[發(fā)明專利]用于初始化位置測量系統(tǒng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710092034.8
• 申請日: 2007-04-04
• 公開（公告）號: CN101050957A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設計）人: W·霍爾查普菲爾;K·拉舍爾
• 申請（專利權）人: 約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00;G01B21/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曹若;劉華聯(lián)

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于初始化位置測量系統(tǒng)的方法。它能夠為在多 個自由度中相對于測量框架移動的目標啟動位置測量系統(tǒng)。

背景技術

對于在納米范圍及低于納米的范圍中的高精度位置測量任務來 說，無法順序測量機器的單根軸線。在這樣的順序測量裝置中，為每 根軸線彼此安裝單個的測量儀器，使得比如用于Y-方向的第二測量儀 器的靜止部分與用于垂直于Y-方向的X-方向的第一位置測量儀器的活 動部分相連接。而后將有待監(jiān)控的目標(比如定位臺)與所述第二測 量儀器的活動部分相連接。在用于X-方向的導向裝置中，總是出現(xiàn)Y- 方向上的很小的導向偏差。但這樣的導向偏差在順序測量裝置中無法 由所述第二位置測量儀器探測到，因為它作為整體與這些導向偏差一 同移動。即使在非常高級的導向裝置中也會在橫向于導向方向的方向 上出現(xiàn)數(shù)個納米的偏差。由此無法用一臺順序測量裝置在多個方向上 進行高精度的位置測量。

有必要將用于所有測量方向的測量儀器的靜止部分固定地與一個 測量框架相連接，并且將其活動部分與有待監(jiān)控的目標相連接。唯有 如此才能保證每臺測量儀器可以真正地檢測到在相應的測量方向上的 所有關系重大的運動。比如可以在移動的目標上固定具有光學的、磁 性的或者電容的刻度的標尺，通過固定在所述測量框架上的相對應的 掃描頭來無接觸地對這些標尺進行掃描或者說將其讀出。通常，這樣 的標尺除了高精度的增量通道(Spur)之外還具有其它的包含絕對位 置信息的通道。在最簡單的情況下，這可以是基準標記，該基準標記? 在掃描頭經(jīng)過(berfahren)時配屬于增量通道的一個信號周期，并 且由此提供絕對位置信息，或者也提供一種絕對編碼的通道，該通道 能夠在所述位置測量儀器的每個位置中讀出絕對位置。以下將這樣的 通道稱為絕對通道。無論如何，將所述絕對通道配屬于增量通道這一 點十分重要，因為只有這樣才能形成精確的位置值。

通常，所述從對增量通道進行的掃描中產(chǎn)生的增量信號以及在多 數(shù)情況下從對絕對通道進行的掃描中產(chǎn)生的絕對信號可以在一個寬 的、有關在標尺及所屬的掃描頭的定向的公差范圍內(nèi)檢測到并進行分 析。但這不適用于來自絕對通道的絕對位置信息和來自增量通道的相 對位置信息之間的對應關系。這種對應關系也被稱為絕對通道和增量 通道的連接。為了能夠為每個絕對信息明確地配設所屬的增量通道的 信號周期，必須為掃描頭和所配設的標尺之間的定向保持相當小的公 差，下面也將該公差稱為連接公差。

一種這樣的位置測量系統(tǒng)包括多個用于多個自由度或者說測量方 向的位置測量儀器，在啟動具有一種這樣的位置測量系統(tǒng)的機器時提 出這樣的問題，即移動的目標首先僅僅非常大概地相對于測量框架進 行定向，比如通過機械止擋。由此在啟動時，在目標和測量框架之間 的定向方面僅僅保證一個相當大的公差，以下將該公差稱為初始公 差。如果在所述掃描頭和所配設的標尺之間存在太大的掃描間距或者 太大的相互翻轉(zhuǎn)，那就無法對絕對信息進行分析或者說無法將絕對信 息對應于增量通道。這主要在角度軸線也一同參與時是這種情況。而 后位置測量系統(tǒng)的初始化就十分困難。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務是說明一種方法，利用該方法可以使一種用 于多個自由度的位置測量系統(tǒng)初始化，即使在所述參與測量的位置測 量儀器的掃描頭及標尺的位置首先無法進行精確的位置測量時，也能 做到這一點。

該任務通過一種按權利要求1所述的方法得到解決。本方法的有 利的細節(jié)產(chǎn)生于那些從屬于權利要求1的權利要求。

在此描述了一種方法，該方法用于將在可以相對于測量框架在至 少兩個自由度中移動的目標上的位置測量系統(tǒng)初始化。所述位置測量 系統(tǒng)每個自由度具有至少一個位置測量儀器以及掃描頭，其中所述位 置測量儀器具有一個標尺，而該標尺則具有用于測量相對位置的增量 通道以及用于測量絕對位置的絕對通道，并且配屬于所述標尺的掃描 頭用于讀出增量通道和絕對通道。

在初始化步驟中用第一分析法對所述增量通道或絕對通道進行分 析，并且在該過程中形成分析結果。在定向步驟中，借助于所述來自 初始化步驟的分析結果使所述移動的目標相對于所述測量框架進行定 向。在檢測步驟中用在所述掃描頭及所屬的標尺的定向方面具有微小 公差的第二分析法對所述絕對通道進行分析，并且為每個自由度確定 精確的絕對位置，具體方法是：將所述絕對通道的信號明確地對應于 所述增量通道的信號周期。