[发明专利]位置测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置测量装置。

背景技术

例如从EP 1 795 872 A1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(Reflexions-messteilung)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。

在R.M.Pettigrew的名称为“Analysis of Grating Images and its Application to Displacement Metrology”的公开物(出自SPIE卷136，1st European Congress on Optics 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。

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d_D：

d_D:＝量具的﹑在探测器上的探测平面中的自映像的周期性

d_M:＝量具的周期性

u:＝在发射光栅和量具之间的距离

v:＝在量具和探测平面之间的距离

根据下面的方程2通过适当选择发射光栅的周期性d_S实现了在探测器上的自映像在结构方面不相干地叠加。

d_S:＝发射光栅的周期性

d_M:＝量具的周期性

u:＝在发射光栅与量具之间的距离

v:＝在量具与探测平面之间的距离

在量具相对于另外的部件运动的情况下，量具的自映像在探测平面中也会运动。如果探测器设计为所谓的结构化的光电探测器，其周期性与量具的自映像的周期性一致，则对此可以产生相位偏移的增量信号形式的与位移有关的位置信号。证明对于量具的自映像的优化了的对比度有利的是，还另外遵循下列条件，该条件公知为所谓的Talbot条件：

d_M:＝量具的周期性

u:＝在发射光栅与量具之间的距离

v:＝在量具与探测平面之间的距离

n:＝1，2，3，……

这种扫描原理特别有利地使用在反射照明系统中，在该反射照明系统中量具设计为反射测量分度，并且在该反射照明系统中发射光栅和探测器布置在共同的平面内。在这种情况下适用于：

u＝v (方程4)

u:＝在发射光栅与量具之间的距离

v:＝在量具与探测平面之间的距离

由方程1得出，在改变扫描距离、也就是在反射照明系统中的距离u或v时，量具的自映像的周期性d_D不变，并且因此不出现在位置信号中的调制系数干扰。

这种考虑原则上仅仅适用于平坦的量具。如果要将所述的扫描原理应用在具有弯曲量具、例如环形围绕的反射测量分度的位置测量装置中，则不能优先地保证的是，量具的自映像的周期性、也就是在探测平面中的条纹图案的周期性在扫描距离改变时不发生改变。在开头提到的EP 1 795 872 A1中并没有说明如何能够保证在探测平面内的条纹图案周期与在此类位置测量装置中的扫描距离的这种不相关性。

发明内容

基于这一问题，本发明的目的在于，实现一种具有光学扫描的、环形围绕的反射测量分度的位置测量装置，在该装置中在探测平面上的条纹图案周期与扫描距离无关。

根据本发明，该目的通过根据本发明的一种具体实施方式的位置测量装置来实现。

由根据本发明的以下所述的方法得出根据本发明的位置测量装置的有利的实施方式。