[發明專利]光學位置測量設備

有效

• 申請號: 201110433921.3
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102589420A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: W·霍爾茨阿普費爾
• 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: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01D5/347;G01D5/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;盧江

技術領域

本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的光學位置測量設備。

背景技術

這種類型的光學位置測量設備從US?6,831,267B2中是已知的；尤其是在此參照圖11和50。在該出版物中所建議的位置測量設備用于高分辨率地檢測掃描單元和具有測量分度的計量用具的相對位置，其中掃描單元和計量用具沿著至少一個測量方向彼此運動。掃描單元包括光源、第一圓環形掃描分度、可直接布置于其之后的反射元件、分束元件以及探測單元。從光源發出的射線束射到測量分度上，在此處分裂成至少兩個分射線束。反射回掃描單元的分射線束經由第一掃描分度和反射元件再次在測量分度的方向上被反射，其中分射線束在至測量分度的通路上又穿過第一掃描分度。第一掃描分度被構造為圓光柵。這種圓光柵由同中心的光柵支桿(Gittersteg)組成，所述同中心的光柵支桿徑向等距地布置。當在測量分度處重新反射之后，在掃描單元方向上傳播的分射線束發生疊加并且經由分束元件在探測單元方向上遭受偏轉，在此處多個與位置有關的掃描信號可被檢測。通過在測量分度或計量用具與第一掃描光柵之間的光程中的附加極化光學器件彼此正交地極化兩個分射線束，使得借助于已知的極化光學方法在探測單元中在計量用具和掃描單元相對運動的情況下可產生高分辨率的、相移的掃描信號。

從US?6,831,267的兩個所提及的圖中已知的光學位置測量設備由于在很大程度上的圓柱體對稱性而應該在掃描單元相對于計量用具的傾斜方面具有非常大的容差；尤其是在此應該相對于所謂的莫爾傾斜(Moiré-Verkippungen)存在特別的不敏感性。對此理解為掃描單元和計量用具圍繞旋轉軸的傾斜，所述旋轉軸垂直于測量分度平面來取向。

但是，對這種光學位置測量設備的所實施的模擬得出所建議的掃描光學系統的各種各樣的弱點。因此，測量分度和第一掃描分度非常不同地影響衍射的分射線束的波前。尤其是，第一掃描分度的圓光柵顯著地使波前失真，因為光柵支桿圓形地彎曲。這樣構造的第一掃描分度不適于掃描線性測量分度。在所分裂的分射線束中得到大的波前失真，這導致掃描信號的十分小的調制度。因為波前失真橫向于射線方向強烈增加，所以從光源入射的射線束的射線截面必須選擇得非常小。作為結果由此得出光學測量設備的高污染和故障敏感性。

但是還更嚴重的是，在所建議的光學位置測量設備中的大的波前失真導致極小的加裝、運行和制造容差。在這樣的加裝、運行和制造容差的情況下產生兩個分射線束的小的側向位移。在大的波前失真的情況下，所述小的側向位移導致顯著的局部相移和從而導致疊加的分射線束的不足的干涉。這又導致掃描信號強度的顯著下降。在模擬時所確定的十分小的加裝和制造容差可以僅在少數應用情況下被接受。在此涉及以下情況，即在所述情況下一方面要求大的莫爾傾斜容差，而另一方面所有其他容差必須比在商業上通用的光學測量設備的情況下小得多。

發明內容

本發明的任務是，說明一種高分辨率的光學位置測量設備，其對于掃描單元相對于具有測量分度的計量用具的以下傾斜具有不靈敏性，所述傾斜的軸垂直于測量分度層面來取向，并且所述傾斜同時相對于計量用具的其他傾斜和位移具有大的容差。

本發明光學位置測量設備的有利的實施方案由從屬權利要求中的措施得出。

本發明光學位置測量設備包括掃描單元和具有測量分度的計量用具，其中掃描單元和計量用具沿著至少一個測量方向(x)彼此運動。掃描單元具有光源、第一圓環形掃描分度、反射元件、分束元件以及探測單元。從光源發出的射線束射到測量分度上，在此處分裂成至少兩個分射線束。在掃描單元方向上傳播的分射線束經由第一掃描分度射到反射元件上。在反射元件處，分射線束在測量分度方向上遭受反射并且在至測量分度的通路上經過第一掃描分度。在重新施加測量分度時，在掃描單元方向上傳播的分射線束發生疊加并且經由分束元件在探測單元方向上遭受轉向，在此處可檢測多個與位置有關的、相移的掃描信號。第一掃描分度被構造，使得由此使從測量分度入射到所述第一掃描分度上的分射線束聚焦到反射元件上。另外，經由第一掃描分度進行分射線束的再準直，所述分射線束當在反射元件處反射之后在測量分度方向上傳播。

在此，另外可以規定，

-在所分裂的分射線束的光程中布置至少一個極化光學器件，經由所述器件，兩個在測量分度處分裂的分射線束彼此遭受線性或圓正交極化，和

-在探測單元中在多個光電子探測元件之前布置極化器。

可能的是，經由至少一個極化光學器件要么

-在兩個正好相反地布置的扇區中得到分射線束的正交極化，要么