[發(fā)明專利]位置測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310557285.4
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103852090B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沃爾夫?qū)せ魻栐召M(fèi)爾;米夏埃爾·赫爾曼;卡斯滕·薩恩迪格
• 申請（專利權(quán)）人: 約翰內(nèi)斯﹒海德漢博士有限公司
• 主分類號: G01D5/34
• 分類號: G01D5/34
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種位置測量裝置。

背景技術(shù)

例如從EP 1 795 872 A1的說明書導(dǎo)論中公知有這種位置測量裝置。該出版物的圖1示出一個位置測量裝置，其一方面具有帶有環(huán)形圍繞的反射測量分度的圓柱形目標(biāo)，其中目標(biāo)能繞目標(biāo)縱軸旋轉(zhuǎn)地布置。另一方面設(shè)置相對于能旋轉(zhuǎn)布置的目標(biāo)靜止的﹑用于反射測量分度(Reflexions-messteilung)的光學(xué)掃描的掃描單元。在圖2B和圖2C中大致示出適合于這種裝置的掃描單元，并且其分別包括光源﹑發(fā)射光柵和探測器。由光源射出的光束穿過發(fā)射光柵并且隨后射到反射測量分度上。在那里實現(xiàn)沿探測器方向的向回反射，在反射測量分度和掃描單元相對運(yùn)動的情況下通過探測器能產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動有關(guān)的位置信號。

在R.M.Pettigrew的名稱為“Analysis of Grating Images and its Application to Displacement Metrology”的公開物(出自SPIE卷136，1st European Congress on Optics Applied to Metrology(1977)，第325-332頁)中詳細(xì)闡述了運(yùn)用在這種位置測量裝置中的光學(xué)掃描原理。下面簡短地說明這個公知的掃描原理。

在此發(fā)射光柵通過適合的光源﹑例如LED(發(fā)光二極管)照明。每個被照明的發(fā)射光柵刻線分別向量具發(fā)射柱面波，該量具位于在發(fā)射光柵后面距離u處。在光路中通過每個這種柱面波在距離v處產(chǎn)生量具的放大的自映像。在探測平面上如下地得出自映像的周期性d_D：

d_D:＝量具的﹑在探測器上的探測平面中的自映像的周期性

d_M:＝量具的周期性

u:＝在發(fā)射光柵和量具之間的距離

v:＝在量具和探測平面之間的距離

根據(jù)下面的方程2通過適當(dāng)選擇發(fā)射光柵的周期性d_S實現(xiàn)了在探測器上的自映像在結(jié)構(gòu)方面不相干地疊加。

d_S:＝發(fā)射光柵的周期性

d_M:＝量具的周期性

u:＝在發(fā)射光柵與量具之間的距離

v:＝在量具與探測平面之間的距離

在量具相對于另外的部件運(yùn)動的情況下，量具的自映像在探測平面中也會運(yùn)動。如果探測器設(shè)計為所謂的結(jié)構(gòu)化的光電探測器，其周期性與量具的自映像的周期性一致，則對此可以產(chǎn)生相位偏移的增量信號形式的與位移有關(guān)的位置信號。證明對于量具的自映像的優(yōu)化了的對比度有利的是，還另外遵循下列條件，該條件公知為所謂的Talbot條件：

d_M:＝量具的周期性

u:＝在發(fā)射光柵與量具之間的距離

v:＝在量具與探測平面之間的距離

n:＝1，2，3，……

這種掃描原理特別有利地使用在反射照明系統(tǒng)中，在該反射照明系統(tǒng)中量具設(shè)計為反射測量分度，并且在該反射照明系統(tǒng)中發(fā)射光柵和探測器布置在共同的平面內(nèi)。在這種情況下適用于：

u＝v (方程4)

u:＝在發(fā)射光柵與量具之間的距離

v:＝在量具與探測平面之間的距離

由方程1得出，在改變掃描距離、也就是在反射照明系統(tǒng)中的距離u或v時，量具的自映像的周期性d_D不變，并且因此不出現(xiàn)在位置信號中的調(diào)制系數(shù)干擾。

這種考慮原則上僅僅適用于平坦的量具。如果要將所述的掃描原理應(yīng)用在具有彎曲量具、例如環(huán)形圍繞的反射測量分度的位置測量裝置中，則不能優(yōu)先地保證的是，量具的自映像的周期性、也就是在探測平面中的條紋圖案的周期性在掃描距離改變時不發(fā)生改變。在開頭提到的EP 1 795 872 A1中并沒有說明如何能夠保證在探測平面內(nèi)的條紋圖案周期與在此類位置測量裝置中的掃描距離的這種不相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容

基于這一問題，本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)一種具有光學(xué)掃描的、環(huán)形圍繞的反射測量分度的位置測量裝置，在該裝置中在探測平面上的條紋圖案周期與掃描距離無關(guān)。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)本發(fā)明的一種具體實施方式的位置測量裝置來實現(xiàn)。

由根據(jù)本發(fā)明的以下所述的方法得出根據(jù)本發(fā)明的位置測量裝置的有利的實施方式。