[发明专利]光学位置测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的光学位置测量设备。

背景技术

这种类型的光学位置测量设备从US 6,831,267B2中是已知的；尤其是在此参照图11和50。在该出版物中所建议的位置测量设备用于高分辨率地检测扫描单元和具有测量分度的计量用具的相对位置，其中扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向彼此运动。扫描单元包括光源、第一圆环形扫描分度、可直接布置于其之后的反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。反射回扫描单元的分射线束经由第一扫描分度和反射元件再次在测量分度的方向上被反射，其中分射线束在至测量分度的通路上又穿过第一扫描分度。第一扫描分度被构造为圆光栅。这种圆光栅由同中心的光栅支杆(Gittersteg)组成，所述同中心的光栅支杆径向等距地布置。当在测量分度处重新反射之后，在扫描单元方向上传播的分射线束发生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受偏转，在此处多个与位置有关的扫描信号可被检测。通过在测量分度或计量用具与第一扫描光栅之间的光程中的附加极化光学器件彼此正交地极化两个分射线束，使得借助于已知的极化光学方法在探测单元中在计量用具和扫描单元相对运动的情况下可产生高分辨率的、相移的扫描信号。

从US 6,831,267的两个所提及的图中已知的光学位置测量设备由于在很大程度上的圆柱体对称性而应该在扫描单元相对于计量用具的倾斜方面具有非常大的容差；尤其是在此应该相对于所谓的莫尔倾斜(Moiré-Verkippungen)存在特别的不敏感性。对此理解为扫描单元和计量用具围绕旋转轴的倾斜，所述旋转轴垂直于测量分度平面来取向。

但是，对这种光学位置测量设备的所实施的模拟得出所建议的扫描光学系统的各种各样的弱点。因此，测量分度和第一扫描分度非常不同地影响衍射的分射线束的波前。尤其是，第一扫描分度的圆光栅显著地使波前失真，因为光栅支杆圆形地弯曲。这样构造的第一扫描分度不适于扫描线性测量分度。在所分裂的分射线束中得到大的波前失真，这导致扫描信号的十分小的调制度。因为波前失真横向于射线方向强烈增加，所以从光源入射的射线束的射线截面必须选择得非常小。作为结果由此得出光学测量设备的高污染和故障敏感性。

但是还更严重的是，在所建议的光学位置测量设备中的大的波前失真导致极小的加装、运行和制造容差。在这样的加装、运行和制造容差的情况下产生两个分射线束的小的侧向位移。在大的波前失真的情况下，所述小的侧向位移导致显著的局部相移和从而导致叠加的分射线束的不足的干涉。这又导致扫描信号强度的显著下降。在模拟时所确定的十分小的加装和制造容差可以仅在少数应用情况下被接受。在此涉及以下情况，即在所述情况下一方面要求大的莫尔倾斜容差，而另一方面所有其他容差必须比在商业上通用的光学测量设备的情况下小得多。

发明内容

本发明的任务是，说明一种高分辨率的光学位置测量设备，其对于扫描单元相对于具有测量分度的计量用具的以下倾斜具有不灵敏性，所述倾斜的轴垂直于测量分度层面来取向，并且所述倾斜同时相对于计量用具的其他倾斜和位移具有大的容差。

本发明光学位置测量设备的有利的实施方案由从属权利要求中的措施得出。

本发明光学位置测量设备包括扫描单元和具有测量分度的计量用具，其中扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向(x)彼此运动。扫描单元具有光源、第一圆环形扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。在扫描单元方向上传播的分射线束经由第一扫描分度射到反射元件上。在反射元件处，分射线束在测量分度方向上遭受反射并且在至测量分度的通路上经过第一扫描分度。在重新施加测量分度时，在扫描单元方向上传播的分射线束发生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受转向，在此处可检测多个与位置有关的、相移的扫描信号。第一扫描分度被构造，使得由此使从测量分度入射到所述第一扫描分度上的分射线束聚焦到反射元件上。另外，经由第一扫描分度进行分射线束的再准直，所述分射线束当在反射元件处反射之后在测量分度方向上传播。

在此，另外可以规定，

-在所分裂的分射线束的光程中布置至少一个极化光学器件，经由所述器件，两个在测量分度处分裂的分射线束彼此遭受线性或圆正交极化，和

-在探测单元中在多个光电子探测元件之前布置极化器。

可能的是，经由至少一个极化光学器件要么

-在两个正好相反地布置的扇区中得到分射线束的正交极化，要么