[發明專利]旋轉位置測量裝置

有效

• 申請號: 201210338229.7
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102997948A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: U.本納
• 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: G01D5/34
• 分類號: G01D5/34;G01B11/26;G01B11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 梁冰;楊國治

技術領域

本發明涉及一種旋轉位置測量裝置。

背景技術

圖1示出了光學位置測量裝置的示意性部分視圖，該光學位置測量裝置基于中央投影-掃描原理。光源1在此發散地照明反射量具2。量具既可以設計成線性的又可以設計為旋轉的刻度（Teilung），這根據位置測量裝置要用于檢測旋轉的或線性的相對運動而定。投射到其上的光束由量具2朝向光源1反射并且在探測面上射到光電的探測裝置3上。量具2能相對于光源1和探測裝置3運動地布置，也就是說或者能沿線性的軸線移動或者能圍繞旋轉軸線旋轉。在量具2相對于光源1和探測裝置3相對運動的情況下，在探測面中產生了經過調制的條紋圖案，該條紋圖案能通過探測裝置3轉換成與運動相關的位置信號。

借助于這種位置測量裝置可以確定兩個能彼此相對（線性地或旋轉地）運動的物體的相對-或絕對位置。該物體之一在此與量具2相連接，另一個物體與光源1和探測裝置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；在下面，這個距離被稱為第一距離。探測裝置3布置成以距離v與量具2間隔開，該距離在下面被稱為第二距離。根據圖1，第二距離v與第一距離u不同。

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

例如由JP?9-133552?A已知了基于光學中央投影-掃描原理的旋轉位置測量系統。這種位置測量裝置包括光源、帶有旋轉對稱的反射的量具的刻度盤和光電探測裝置。刻度盤能相對于光源和探測裝置圍繞旋轉軸線旋轉，從而在相對旋轉的情況下能通過探測裝置檢測與旋轉角度相關的位置信號。

所使用的用于產生位置信號的中央投影-掃描原理（Zentralprojektions－Abtastprinzip）也被稱為所謂的三光柵-掃描原理（Dreigitter－Abtastprinzip）；對此例如可參考R.Pettigrew的公開文獻，標題為“Analysis?of?Grating?Imaging?and?its?Application?to?Displacement?Metrology?（光柵成像的分析和其用于位移計量的應用）”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；對此，位置測量裝置的相應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，在物體之間或者說在量具2和光源1/探測裝置2之間的距離、即掃描距離的可能變化不會影響到在探測面中形成的條紋圖案的大小。然而在實踐中，不能始終確保第一和第二距離u、v是相同的。也就是說常常引起如圖1中所示的情況，據此，第一距離u與第二距離v是不同的，在具體的實例中是u?<?v。在這種情況下，掃描距離的波動引起了條紋圖案的大小方面的變化并且進而引起在確定位置時的誤差。

在這種位置測量裝置中的其它問題由于其對于在量具上的污物的敏感性而引起。

發明內容

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

所述目的根據本發明通過一種具有權利要求1所述特征的旋轉位置測量裝置來實現。

根據本發明的旋轉位置測量裝置的有利的實施方式由從屬權利要求中的措施得出。

根據本發明的旋轉位置測量裝置包括：光源；帶有旋轉對稱的、反射的量具的刻度盤；和光電的探測裝置。刻度盤能相對于光源和探測裝置圍繞旋轉軸線進行旋轉，從而在相對旋轉的情況下能通過探測裝置來檢測與旋轉角度相關的位置信號。在此，光源在旋轉軸線上布置成以第一距離與量具間隔開；探測裝置布置成以第二距離與量具間隔開，所述第二距離不同于第一距離。刻度盤包括光學器件，該光學器件具有這樣的光學作用，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，該第三距離根據數值與第一距離不同。

在此可能的是：第三距離選擇為與第二距離相同。

在根據本發明的旋轉位置測量裝置的一種實施方式中可以規定，在刻度盤上的光學器件具有一種光學作用，該光學作用與具有定義的焦距的凹面鏡的光學作用相應。