[发明专利]用于位置测量装置的刻度尺以及位置测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于位置测量装置的刻度尺以及一种具有这样的刻度尺的位置测量装置。

背景技术

已经公开了用于长度或者角度测量的、基于具有高精度的周期性的刻度区的刻度尺的位置测量装置或位置测量设备。所述位置测量装置或位置测量设备用于在各种类型的机器中借助于驱动装置使活动的轴定位。这样的机器的例子是具有三个或更多个用于按照NC-程序将工具或工件相对于彼此定位的活动的轴的机床以及自动装配机或者用于在电子加工中对晶片进行加工的设备。

一般来说，随着现有技术的发展，对这样的机器的精度提出越来越高的要求，并且由此也提高对位置测量装置的要求。例如已经用基于刻度尺的位置测量设备进行纳米范围内的位置测量，所述纳米范围以往为干涉仪所保留。

这样的位置测量设备的刻度尺通常具有周期性的刻度区，所述刻度区由所述位置测量设备的探测器进行扫描。在此产生周期性的、相互相位移的电信号，可以以公知的方式从所述电信号中按数值及方向求得位移。

因为除了沿测量方向的位移之外也经常需要有待测量的轴的绝对位置(比如为了马达的整流)，所以能够在接通之后立即输出有效位置的绝对位置测量设备与首先必须置于基准位置中的增量位置测量设备相比越来越多地被人们所接受。

绝对位置测量设备除了非常精细的周期性的增量区之外还包括其它允许确定绝对位置的区。

在本申请所依据的EP 1400778 A2中，对以下情况进行了说明，也就是将基准标记以有规律的间距集成在具有很小周期的增量区中是值得追求的。由此使所述具有很小周期的增量区与具有稍大的周期的第二增量区重叠。平行于所述增量区延伸的绝对区(所谓的代码接口)的对应关系由此得到显著简化，所述位置测量设备相对于在安装时的波纹-误差(Moire-Fehler)的敏感性得到明显降低。

在EP 1400778 A2中提出，在交替地由浅色及深色区域以有规律的间距构成的增量的刻度结构中将浅色的(或深色的)区域通过深色的(或浅色的)区域来取代，比如通过将透光刻度尺的本来透明的区域的涂黑。在每第八个周期中进行所述增量区的周期性的中断，并且因此这种间隙也称为“八个(周期)中有一个空隙”。

这样的空隙象刻度尺的周期性污染一样作用于所述增量信号。在借助于结构化的、具有大量传感器区的、同时对所述刻度尺的多个周期进行探测的光电探测器对这样的刻度尺进行扫描时，只要刻度尺和探测器相互间最佳调准，那么对周期性的有规律的干扰就不会对测量产生不良影响。但是，如果比如照明光学系统没有提供理想平行的光路，或者所述光电探测器在使用圆形刻度时径向移动，那么所述增量区在光电探测器上的成像就没有和这个光电探测器相同的刻度周期。该图像要么太大要么太小并且从传感器中心直到所述传感器区的两个端部沿测量方向产生相位移。这种相位移会得到补偿，只要关于扫描区的其中一半扫描区上的相应的传感器总是可以在另一半扫描区上找到关于传感器中心镜像对称布置的传感器。这样，也就是说这两个传感器具有相同的相位移数值，但具有相反的符号。但是，如果污染或者正好“八个(周期)中有一个空隙”穿过这个传感器区，那就不再是这种情况。而后单个的传感器被覆盖并且由此未得到补偿的传感器的相位角误差起作用。而后，在从所述光电探测器的电信号中形成位置数值时，就会在测量的位置数值和实际的位置数值之间出现偏差并且由此导致测量不精确性。

发明内容

本发明的任务是，说明一种具有集成的基准标记的刻度尺，该刻度尺即使在没有最佳地调整位置测量装置时还能够形成准确的位置数值。

此外，本发明的任务是说明一种位置测量装置，该位置测量装置能够对按本发明的刻度尺进行分析，从而即使在没有最佳地调整所述位置测量装置时也可以形成准确的位置数值。

这些任务通过一种按权利要求1所述的刻度尺以及一种按权利要求5所述的位置测量设备得到解决。

在此提出了一种用于位置测量装置的刻度尺，该刻度尺拥有一种沿测量方向P-周期性的刻度区，所述刻度区以有规律的间距具有集成的、以所述P-周期性的中断的形式出现的基准标记。在此，所述刻度尺按照横向于测量方向错开的方式具有至少两个这样的P-周期性的刻度区，所述刻度区的集成的基准标记沿测量方向相互错开。

使用一种这样的刻度尺的位置测量装置具有结构化的探测器，所述探测器用于对刻度尺进行扫描以便产生用于形成位置数值的电信号。所述用于对刻度区进行扫描的探测器横向于测量方向错开布置地包括多个探测器区，所述探测器区对所述刻度区的多个周期来说相应地每个周期具有m个沿测量方向先后布置的传感器。