用于初始化位置测量系统的方法技术方案

将在至少两个自由度中相对于测量框架移动的目标上的位置测量系统初始化的方法。该位置测量系统每个自由度具有位置测量仪器及扫描头，其中位置测量仪器分别具有标尺，标尺具有增量通道和绝对通道，所述扫描头配属于所述标尺并且用于读出增量通道和绝对通道。按照一种实施例，在初始化步骤中用在扫描头及所属的标尺的定向方面具有大公差的第一分析法对所述增量通道进行分析，并且在该过程中为每个自由度确定大致的绝对位置。在定向步骤中，借助于所述大致的位置使所述移动的目标相对于测量框架进行定向。在检测步骤中用在扫描头及所属的标尺的定向方面具有微小公差的第二分析法对绝对通道进行分析，并且为每个自由度确定精确的绝对位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。它能够为在多个自由度中相对于测量框架移动的目标启动位置测量系统。
技术介绍
对于在纳米范围及低于纳米的范围中的高精度位置测量任务来说，无法顺序测量机器的单根轴线。在这样的顺序测量装置中，为每根轴线彼此安装单个的测量仪器，使得比如用于Y-方向的第二测量仪器的静止部分与用于垂直于Y-方向的X-方向的第一位置测量仪器的活动部分相连接。而后将有待监控的目标(比如定位台)与所述第二测量仪器的活动部分相连接。在用于X-方向的导向装置中，总是出现Y-方向上的很小的导向偏差。但这样的导向偏差在顺序测量装置中无法由所述第二位置测量仪器探测到，因为它作为整体与这些导向偏差一同移动。即使在非常高级的导向装置中也会在横向于导向方向的方向上出现数个纳米的偏差。由此无法用一台顺序测量装置在多个方向上进行高精度的位置测量。有必要将用于所有测量方向的测量仪器的静止部分固定地与一个测量框架相连接，并且将其活动部分与有待监控的目标相连接。唯有如此才能保证每台测量仪器可以真正地检测到在相应的测量方向上的所有关系重大的运动。比如可以在移动的目标上固定具有光学的、磁性的或者电容的刻度的标尺，通过固定在所述测量框架上的相对应的扫描头来无接触地对这些标尺进行扫描或者说将其读出。通常，这样的标尺除了高精度的增量通道(Spur)之外还具有其它的包含绝对位置信息的通道。在最简单的情况下，这可以是基准标记，该基准标记在扫描头经过(berfahren)时配属于增量通道的一个信号周期，并且由此提供绝对位置信息，或者也提供一种绝对编码的通道，该通道能够在所述位置测量仪器的每个位置中读出绝对位置。以下将这样的通道称为绝对通道。无论如何，将所述绝对通道配属于增量通道这一点十分重要，因为只有这样才能形成精确的位置值。通常，所述从对增量通道进行的扫描中产生的增量信号以及在多数情况下从对绝对通道进行的扫描中产生的绝对信号可以在一个宽的、有关在标尺及所属的扫描头的定向的公差范围内检测到并进行分析。但这不适用于来自绝对通道的绝对位置信息和来自增量通道的相对位置信息之间的对应关系。这种对应关系也被称为绝对通道和增量通道的连接。为了能够为每个绝对信息明确地配设所属的增量通道的信号周期，必须为扫描头和所配设的标尺之间的定向保持相当小的公差，下面也将该公差称为连接公差。一种这样的位置测量系统包括多个用于多个自由度或者说测量方向的位置测量仪器，在启动具有一种这样的位置测量系统的机器时提出这样的问题，即移动的目标首先仅仅非常大概地相对于测量框架进行定向，比如通过机械止挡。由此在启动时，在目标和测量框架之间的定向方面仅仅保证一个相当大的公差，以下将该公差称为初始公差。如果在所述扫描头和所配设的标尺之间存在太大的扫描间距或者太大的相互翻转，那就无法对绝对信息进行分析或者说无法将绝对信息对应于增量通道。这主要在角度轴线也一同参与时是这种情况。而后位置测量系统的初始化就十分困难。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是说明一种方法，利用该方法可以使一种用于多个自由度的位置测量系统初始化，即使在所述参与测量的位置测量仪器的扫描头及标尺的位置首先无法进行精确的位置测量时，也能做到这一点。该任务通过一种按权利要求1所述的方法得到解决。本方法的有利的细节产生于那些从属于权利要求1的权利要求。在此描述了一种方法，该方法用于将在可以相对于测量框架在至少两个自由度中移动的目标上的位置测量系统初始化。所述位置测量系统每个自由度具有至少一个位置测量仪器以及扫描头，其中所述位置测量仪器具有一个标尺，而该标尺则具有用于测量相对位置的增量通道以及用于测量绝对位置的绝对通道，并且配属于所述标尺的扫描头用于读出增量通道和绝对通道。在初始化步骤中用第一分析法对所述增量通道或绝对通道进行分析，并且在该过程中形成分析结果。在定向步骤中，借助于所述来自初始化步骤的分析结果使所述移动的目标相对于所述测量框架进行定向。在检测步骤中用在所述扫描头及所属的标尺的定向方面具有微小公差的第二分析法对所述绝对通道进行分析，并且为每个自由度确定精确的绝对位置，具体方法是将所述绝对通道的信号明确地对应于所述增量通道的信号周期。因此，本专利技术基于这样的构思，即在初始化步骤中首先用不同于第二分析法的第一分析法读出参与测量的位置测量仪器，并且在该过程中形成分析结果，该分析结果能够在定向步骤中将所述移动的目标相对于所述测量框架置于一个明确确定的初始位置中，在该初始位置中所述标尺及扫描头彼此间的位置与进行精确的位置测量所必需的连接公差相符。在必要时，需要多次重复初始化步骤及定向步骤，直到遵守很小的公差或者说连接公差。可以比如在每次定向步骤之后进行相应的检查，而后要么分支到另一个初始化步骤，要么分支到检测步骤。还应该提到，在成功的检测步骤中已经为增量通道的信号周期配设了一个明确的绝对位置信息，随后完全可以放弃读出所述绝对通道，方法是仅仅一个计数器将增量通道的信号周期一起计数。因为而后也不再有必要将所述绝对通道连接到增量通道上，所以用于在扫描头和所配设的标尺之间的定向的公差、以下也称为运行公差又可以明显大于所述连接公差。它甚至可以相当于初始公差。但如果出于运行可靠性的原因有必要不断配设绝对信息和增量信息，必须为所述运行公差选择象连接公差一样狭窄的范围。所述连接公差因此明显小于所述初始公差，而运行公差根据应用情况可以处于所述连接公差和初始公差之间。附图说明本专利技术的其它优点以及细节产生于借助附图对实施例所作的以下说明。其中图1是一个移动的目标连同三个位置测量仪器，图2是在定向步骤前后扫描头的信号，图3是流程图。具体实施例方式图1示出了一个移动的目标1。该目标1可以在两个旋转自由度Rx和Ry中以及在一个平移自由度Z中移动，这里没有示出相应的导向装置。翻转轴线处于平坦的目标1的平面中并且彼此垂直。所述Z-轴线与所述两根翻转轴线垂直。在目标1上固定着三个标尺2，这些标尺2分别具有一个增量通道3和一个绝对通道4。在测量框架6上固定着扫描头5，这些扫描头5配属于相应的标尺2并且不仅可以读出增量通道3而且可以读出绝对通道4，并且可以转换为电信号。所述标尺2和扫描头5构成三个对翻转角Rx、Ry和Z-位置Z进行检测的位置测量仪器10、11、12。其中，所述翻转角Rx可以从所述位置测量仪器10和12的测量值的差值(P12-P10)中推导出来。所述翻转角Ry可以从所述位置测量仪器11的测量值和所述位置测量仪器10及12的测量值的和的一半之间的差值(P11-0.5*(P10+P12))中推导出来。在Z-方向上的位置可以借助于所有三个位置测量仪器10、11、12的测量值的总和(P10+P11+P12)来确定。其中P10、P11、P12分别代表由相应的位置测量仪器10、11、12检测得到的位置值。所述绝对通道4具有基准标记，这些基准标记用于相应地对增量通道3的信号周期进行标记。通过在所述增量通道3的周期内的插值以及其中一个这样的周期与所述绝对通道4的基准标记之间的对应，就可以为所有的自由度Rx、Ry、Z进行高精度的绝对位置测量。图2a示出了所述扫描头12的信号7、9，该扫描头12用于检测目标1关于自由度Z的位置。所述增量信号9象通常一样是指两个彼此相位移动了90度本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将在至少两个自由度（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｚ）中相对于测量框架（６）移动的目标（１）上的位置测量系统初始化的方法，其中所述位置测量系统每个自由度（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｚ）具有至少一个位置测量仪器（１０、１１、１２）以及扫描头（５），其中所述位置测量仪器（１０、１１、１２）分别具有标尺（２），而该标尺（２）则具有用于测量相对位置的增量通道（３）和用于测量绝对位置的绝对通道（４），并且所述扫描头（５）配属于所述标尺（２）并且用于读出增量通道（３）和绝对通道（４），其特征在于，在初始化步骤（１００）中用第一分析法对所述增量通道（３）或者绝对通道（４）进行分析，并且形成分析结果，在定向步骤（２００）中，借助于所述分析结果使所述移动的目标（１）相对于所述测量框架（６）进行定向，并且在检测步骤（３００）中用在所述扫描头（５）及所属的标尺（２）的定向方面具有微小公差的第二分析法对所述绝对通道（４）进行分析，并且为每个自由度（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｚ）确定精确的绝对位置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：W霍尔查普菲尔，K拉舍尔，
申请(专利权)人：约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]