位置测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种位置测量装置。其包括具有环形围绕的反射测量分度的圆柱形目标，该目标能绕目标纵轴旋转地布置。此外该位置测量装置包括相对于能旋转地布置的目标静止的﹑用于光学扫描反射测量分度的扫描单元，其具有光源﹑发射光栅和探测器。在此光源发射的光束穿过发射光栅，接着射到反射测量分度上，由该反射测量分度实现沿探测器方向的向回反射，通过该光束能产生与转动有关的位置信号。根据圆柱形目标的半径，选择在探测器与反射测量分度之间的光学有效标准距离大于或小于在发射光栅与反射测量分度之间的光学有效标准距离。
【专利说明】位置测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的位置测量装置。
【背景技术】
[0002]例如从EP I 795 872 Al的说明书导论中公知有这种位置测量装置。该出版物的图1示出一个位置测量装置，其一方面具有带有环形围绕的反射测量分度的圆柱形目标，其中目标能绕目标纵轴旋转地布置。另一方面设置相对于能旋转布置的目标静止的、用于反射测量分度(Reflexionsnessteilung)的光学扫描的扫描单元。在图2B和图2C中大致示出适合于这种装置的扫描单元，并且其分别包括光源、发射光栅和探测器。由光源射出的光束穿过发射光栅并且随后射到反射测量分度上。在那里实现沿探测器方向的向回反射，在反射测量分度和扫描单元相对运动的情况下通过探测器能产生与转动有关的位置信号。
[0003]在R.M.Pettigrew 的名称为“Analysis of Grating Images and its Applicationto Displacement Metrology” 的公开物(出自 SPIE 卷 136,1st European Congress onOptics Applied to Metrology (1977),第325-332页)中详细阐述了运用在这种位置测量装置中的光学扫描原理。下面简短地说明这个公知的扫描原理。
[0004]在此发射光栅通过适合的光源、例如LED (发光二极管)照明。每个被照明的发射光栅刻线分别向量具发射柱面波，该量具位于在发射光栅后面距离u处。在光路中通过每个这种柱面波在距离V处产生量具的放大的自映像。在探测平面上如下地得出自映像的周期性dD:
[0005]
【权利要求】
1.一种位置测量装置，具有 -带有环形围绕的反射测量分度的圆柱形的目标，所述目标为能绕目标纵轴旋转地布置，并且 -相对于能旋转地布置的所述目标静止的、用于光学扫描所述反射测量分度的扫描单元，所述扫描单元带有光源、发射光栅和探测器，其中由所述光源发射的光束穿过所述发射光栅，接着射到所述反射测量分度上，并且由所述反射测量分度实现沿所述探测器的方向向回反射，通过所述光束能产生与转动有关的位置信号， 其特征在于， 根据圆柱形的所述目标(2 ；20 ；120 ；220 ；320 ；420 ；520)的半径(R)，在所述探测器(112 ；212 ；312 ；512)与所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)之间的光学有效标准距离(V)大于或小于在所述发射光栅(13 ；113 ；213 ；513)与所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ;521)之间的光学有效标准距离(U)。
2.根据权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，在所述发射光栅(13；113 ；213 ；513)与所述探测器(112 ；212 ；312 ；512)之间的标准距离(ε )为
ε = (2.U2)/R
包括+/ - 20%的公差在内， 其中: ε:=在所述发射光栅与所述探测器之间的标准距离 u:=由所述发射光栅至所述反射测量分度的所述光学有效标准距离 R:=圆柱形的所述目标的所述半径，其中R > O用于外部扫描，并且R < O用于内部扫描。
3.根据权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，除所述发射光栅(13；113 ；213 ；513)之外，在所述光源(11 ；111 ；211 ；311 ；511)与所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ;521)之间没有布置其他的光学元件。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)设计为具有周期布置的分度区域的光栅，所述分度区域具有不同的光学特性，其中所述分度区域的纵向延伸方向平行于所述目标纵轴或与所述目标纵轴(A)成45°地取向。
5.根据权利要求4所述的位置测量装置，其特征在于， -所述反射测量分度(421)包括具有周期布置的分度区域的另一个光栅，所述分度区域具有不同的光学特性，其中所述分度区域的所述纵向延伸方向垂直于所述目标纵轴(A)或与所述目标纵轴(A)成45°地取向，并且 -设置用于光学 扫描所述另一个光栅的第二扫描单元(410b)， -从而通过两个所述扫描单元(410a，41b )在测量技术上能检测所述目标(420 )绕所述目标纵轴(A)的旋转运动以及所述目标(420)沿所述目标纵轴(A)的平移运动。
6.根据权利要求4或5中所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)设计为振幅光栅。
7.根据权利要求4或5中所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)设计为相位光栅。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述扫描单元(I ；10 ；110 ；310 ；410a,410b,510)与所述目标纵轴(A)的径向距离选择为大于圆柱形的所述目标(2 ；20 ；120 ；320 ；420 ；520)的所述半径(R)。
9.根据权利要求1至7中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述扫描单元(210)与所述目标纵轴(A)的径向距离选择为小于圆柱形的所述目标(220)的所述半径(R)。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述光源(11；111 ；211 ；511) (311)设计为空间延展的光源。
11.根据权利要求1至9中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，代替具有排在前面的所述发射光栅的所述光源在所述扫描单元中布置有点光源(311)，并且所述探测器与所述反射测量分度(321)之间的所述光学有效标准距离(V) -在外部扫描情况下大于在所述点光源的发射区域与所述反射测量分度之间的所述光学有效标准距离(U)或者 -在内部扫描情况下小于在所述点光源的发射区域与所述反射测量分度之间的所述光学有效标准距离U)。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述发射光栅(13)布置在透明的片状基底(14)上，所述基底同样位于在所述发射光栅(13)与所述反射测量分度(21)之间以及所述反射测量分度(21)与所述探测器(12)之间的扫描光路中，其中如下地由所述光学有效标准距离(U，V)得出物理标准距离(u' ,y')
13.根据权利要求1至11中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述发射光栅(113 )布置在透明的片状基底(114 )的朝向所述反射测量分度(121)的一侧上，其中如下地由所述光学有效标准距离(V)得出所述物理标准距离(V )
I，= f + ? I — — J t/?
、H5/ ?..其中 V:=由所述反射测量分度至所述探测平面D的光学有效标准距离 V’:=由所述反射测量分度至所述探测平面D的物理标准距离ns: =所述基底的折射率 tD:=在所述反射测量分度和所述探测平面之间的基底厚度。
14.根据权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述发射光栅(13 ；113 ；213 ；,513)的光学有效位置比所述探测器(112 ；212 ；312 ；512)的光学有效位置更接近地毗邻所述目标纵轴(A)，其中所述发射光栅(13 ；113 ；213 ;513)的所述光学有效位置通过在所述发射光栅(13 ；113 ；213 ;513)与所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ;521)之间的所述光学有效标准距离U)来确定，并且所述探测器(112 ；212 ；312 ；512)的所述光学有效位置通过在所述探测器(I 12 ；212 ；312 ;512)与所述反射测量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；,421 ;521)之间 的所述光学有效标准距离(V)来确定。
【文档编号】G01D5/34GK103852090SQ201310557285
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2012年12月3日
【发明者】沃尔夫冈·霍尔扎普费尔, 米夏埃尔·赫尔曼, 卡斯滕·萨恩迪格 申请人:约翰内斯﹒海德汉博士有限公司