[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210338229.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102997948A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: U.本納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/34
• 分類號(hào): G01D5/34;G01B11/26;G01B11/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 梁冰;楊國(guó)治

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

圖1示出了光學(xué)位置測(cè)量裝置的示意性部分視圖，該光學(xué)位置測(cè)量裝置基于中央投影-掃描原理。光源1在此發(fā)散地照明反射量具2。量具既可以設(shè)計(jì)成線性的又可以設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)的刻度（Teilung），這根據(jù)位置測(cè)量裝置要用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的或線性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而定。投射到其上的光束由量具2朝向光源1反射并且在探測(cè)面上射到光電的探測(cè)裝置3上。量具2能相對(duì)于光源1和探測(cè)裝置3運(yùn)動(dòng)地布置，也就是說(shuō)或者能沿線性的軸線移動(dòng)或者能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。在量具2相對(duì)于光源1和探測(cè)裝置3相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，在探測(cè)面中產(chǎn)生了經(jīng)過(guò)調(diào)制的條紋圖案，該條紋圖案能通過(guò)探測(cè)裝置3轉(zhuǎn)換成與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的位置信號(hào)。

借助于這種位置測(cè)量裝置可以確定兩個(gè)能彼此相對(duì)（線性地或旋轉(zhuǎn)地）運(yùn)動(dòng)的物體的相對(duì)-或絕對(duì)位置。該物體之一在此與量具2相連接，另一個(gè)物體與光源1和探測(cè)裝置3相連接。

如從圖1中可看到，光源1布置成以距離u與量具2間隔開(kāi)；在下面，這個(gè)距離被稱為第一距離。探測(cè)裝置3布置成以距離v與量具2間隔開(kāi)，該距離在下面被稱為第二距離。根據(jù)圖1，第二距離v與第一距離u不同。

根據(jù)模型，所述的掃描光路也能以這種方式考慮：替代將實(shí)際的光源1以距離u與量具2間隔開(kāi)，虛擬的光源1′以距離u′=u從另一個(gè)側(cè)面照明量具2。由光源1′發(fā)射的光束引起了量具2的被掃描的刻度到探測(cè)面中的中央投影。

例如由JP?9-133552?A已知了基于光學(xué)中央投影-掃描原理的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量系統(tǒng)。這種位置測(cè)量裝置包括光源、帶有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的反射的量具的刻度盤(pán)和光電探測(cè)裝置?？潭缺P(pán)能相對(duì)于光源和探測(cè)裝置圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的情況下能通過(guò)探測(cè)裝置檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的位置信號(hào)。

所使用的用于產(chǎn)生位置信號(hào)的中央投影-掃描原理（Zentralprojektions－Abtastprinzip）也被稱為所謂的三光柵-掃描原理（Dreigitter－Abtastprinzip）；對(duì)此例如可參考R.Pettigrew的公開(kāi)文獻(xiàn)，標(biāo)題為“Analysis?of?Grating?Imaging?and?its?Application?to?Displacement?Metrology?（光柵成像的分析和其用于位移計(jì)量的應(yīng)用）”in?SPIE?Vol.?36,1st?European?Congress?on?Optics?applied?to?Metrology（1977）,?S.325-332。

在理想情況下，在這種中央投影掃描中，第一距離u和第二距離v相同地選擇；對(duì)此，位置測(cè)量裝置的相應(yīng)的組件適合置于掃描光路中。在相同地選擇距離u、v情況下，在物體之間或者說(shuō)在量具2和光源1/探測(cè)裝置2之間的距離、即掃描距離的可能變化不會(huì)影響到在探測(cè)面中形成的條紋圖案的大小。然而在實(shí)踐中，不能始終確保第一和第二距離u、v是相同的。也就是說(shuō)常常引起如圖1中所示的情況，據(jù)此，第一距離u與第二距離v是不同的，在具體的實(shí)例中是u?<?v。在這種情況下，掃描距離的波動(dòng)引起了條紋圖案的大小方面的變化并且進(jìn)而引起在確定位置時(shí)的誤差。

在這種位置測(cè)量裝置中的其它問(wèn)題由于其對(duì)于在量具上的污物的敏感性而引起。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，使得旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置，基于中央投影-掃描原理，在掃描光路中各個(gè)組件之間的非理想的距離方面變得不敏感和/或確保相對(duì)于被掃描的量具（Ma?verk?rperung）的污物的較大的不敏感性。

所述目的根據(jù)本發(fā)明通過(guò)一種具有權(quán)利要求1所述特征的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置的有利的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求中的措施得出。

根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置包括：光源；帶有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的、反射的量具的刻度盤(pán)；和光電的探測(cè)裝置?？潭缺P(pán)能相對(duì)于光源和探測(cè)裝置圍繞旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的情況下能通過(guò)探測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的位置信號(hào)。在此，光源在旋轉(zhuǎn)軸線上布置成以第一距離與量具間隔開(kāi)；探測(cè)裝置布置成以第二距離與量具間隔開(kāi)，所述第二距離不同于第一距離?？潭缺P(pán)包括光學(xué)器件，該光學(xué)器件具有這樣的光學(xué)作用，使得光源成像到一位置中，所述位置與量具之間具有第三距離，其中，該第三距離根據(jù)數(shù)值與第一距離不同。

在此可能的是：第三距離選擇為與第二距離相同。

在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量裝置的一種實(shí)施方式中可以規(guī)定，在刻度盤(pán)上的光學(xué)器件具有一種光學(xué)作用，該光學(xué)作用與具有定義的焦距的凹面鏡的光學(xué)作用相應(yīng)。