光学位置测量装置和用于运行光学位置测量装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于确定第一对象的位置的光学位置测量装置和运行该位置测量装置的方法，第一对象相对于第二对象可沿着测量方向移动。与第一对象连接的标准量具具有沿着测量方向延伸并且拥有带有不同反射率的分度区域的反射测量分度。扫描单元与第二对象连接并且相对于标准量具以扫描距离布置。此外设置至少一个光源以及包括沿着测量方向周期性布置的多个光电探测器元件的探测器装置。信号处理单元被构造和设立用于从通过探测器元件产生的光电流中产生关于第一对象相对于第二对象的位置的位置信号，确定探测器中间区域中和至少一个探测器边缘区域中的总光电流，并且从探测器中间区域中和探测器边缘区域中的总光电流的所形成的光电流比中确定扫描距离。形成的光电流比中确定扫描距离。形成的光电流比中确定扫描距离。

【技术实现步骤摘要】
光学位置测量装置和用于运行光学位置测量装置的方法


[0001]本专利技术涉及一种光学位置测量装置以及一种用于运行光学位置测量装置以便在这期间确定第一对象相对于第二对象的位置的方法。位置测量装置包括与第一对象连接的反射测量分度和与第二对象连接的扫描单元。借助于信号处理单元可以确定在测量分度和扫描单元之间的扫描距离。

技术介绍

[0002]尤其是在以反射光（Auflicht）工作并且具有带有反射测量分度的标准量具的光学位置测量装置的情况下感兴趣的是，除了实际的位置信息之外，附加地检测在测量分度和扫描单元之间的扫描距离。在以模块化方式构建的位置测量装置的情况下，可以例如在装入时在各自的应用中使用该信息，以便正确地设定扫描距离。在测量运行中，例如在这种位置测量装置的相应的旋转式变型方案的情况下可能的是，从对扫描距离的连续监控中获得对旋转轴的移动或关于热学影响的推断。
[0003]为了在这种位置测量装置中确定扫描距离，一系列解决方案已经变为已知的。
[0004]从而在JP 2001
‑
174287 A中提出，将为了扫描距离测量从附加光源发射的光转向反射器轨道（Reflektorspur），所述反射器轨道布置在标准量具上的两个测量分度轨道之间。由此反射的光在扫描单元中射到探测器上，其中入射到探测器上的射束的射线直径根据扫描距离而变化。可以通过强度测量来估计扫描距离。在该解决方案的情况下，因此除了用于位置测量的部件之外，其他光源、单独的反射器轨道以及附加的探测器是必要的，以便获得关于扫描距离的信息。
[0005]根据JP 2013
‑
113634 A或JP 2016
‑
050886 A的解决方案无这种附加部件也行。在那里，分别照明用于位置测量的测量分度的光栅结构，并且在此根据塔尔博特效应（Talbot
‑
Effekt）评估沿着扫描距离方向周期性构造的光栅自映射。光栅自映射的振幅在这里表示感兴趣的扫描距离的量度。这些变型方案的缺点是为此强制性地需要测量分度上的周期性光栅结构，也即与非周期性代码结构相结合，利用这些解决方案不可能确定扫描距离。此外，对于这种测量方法需要光源，所述光源必须满足一定的相干性要求。
[0006]从DE 10 2018 104 280A 1中已知另一解决方案，该另一解决方案同样提出在反射位置测量装置中使用探测器既用于位置测量又用于确定扫描距离的变化。在这里经由探测器检测的强度变化和/或从测量分度反射回的光的方位（Ort）被评估为扫描距离的变化的量度。因此根据该出版物中的说明，可以以大约0.1mm的分辨率确定扫描距离的变化。然而，在确定扫描距离时这种分辨率对于尤其是在测量运行中监控相应的位置测量装置来说太低。此外，用于确定距离的光强度的评估不能良好地与用于使测量分度（Messteilung）的照亮稳定的常用方法相组合，所述方法对于位置测量装置的运行是有利的。

技术实现思路

[0007]本专利技术所基于的任务在于说明一种光学位置测量装置和一种用于运行光学位置
测量装置的方法，以便在无附加地需要的部件的情况下使得能够尽可能精确地确定扫描距离。
[0008]根据本专利技术，首先提到的任务通过具有权利要求1的特征的光学位置测量装置来解决。
[0009]根据本专利技术的光学位置测量装置的有利实施方案从在从属权利要求中列出的措施中得出。
[0010]根据本专利技术，其次提到的任务通过具有权利要求11的特征的用于运行光学位置测量装置的方法来解决。
[0011]根据本专利技术的用于运行光学位置测量装置的方法的有利实施方案从在从属于权利要求xx的权利要求中列出的措施中得出。
[0012]根据本专利技术的光学位置测量装置用于确定第一对象的位置，所述第一对象相对于第二对象可沿着测量方向移动。标准量具（Ma
ß
verk
ö
rperung）与所述第一对象连接，所述标准量具具有沿着测量方向延伸的反射测量分度，所述反射测量分度具有带有不同反射率的分度区域。扫描单元与第二对象连接并且相对于标准量具以扫描距离布置。所述扫描单元包括至少一个光源和探测器装置，所述探测器装置具有沿着测量方向周期性布置的多个光电探测器元件。此外，信号处理单元分配给所述扫描单元，所述信号处理单元被构造和设立用于从通过所述探测器元件产生的光电流中产生关于第一对象相对于第二对象的位置的位置信号，以及确定探测器中间区域中和至少一个探测器边缘区域中的总光电流，并且从所述探测器中间区域中和探测器边缘区域中的总光电流的所形成的光电流比中确定扫描距离。
[0013]信号处理单元有利地被构造和设立用于为了形成所述光电流比使用为了产生位置信号所使用的光电流的副本。
[0014]此外，信号处理单元可以被构造和设立用于在测量运行中确定多个光电流比，并且对此进行求平均值并且从平均光电流比中确定所述扫描距离。
[0015]可能的是，信号处理单元被构造和设立用于
‑
要么从解析关系式中确定所述扫描距离，要么
‑
从存放在信号处理单元中的表格中确定所述扫描距离，所述表格描述所确定的光电流比和扫描距离之间的关系。
[0016]优选地，测量分度由测量分度单位单元（Messteilungs
‑
Elementarzellen）组成，其中一类分度区域的合计的面积与总单位单元面积的面积比是恒定的，并且对于所述面积比，以下关系式适用，其中V
F
:=面积比F
TB1
:=一类分度区域的合计的面积F
GES
:=总单位单元面积。
[0017]在此情况下，测量分度可以被构造为增量分度，所述增量分度包括具有不同反射率的矩形或圆环扇形分度区域沿着所述测量方向的一维交替布置。
[0018]可替代地可能的是，测量分度包括具有不同反射率的分度区域沿着所述测量方向
和垂直于所述测量方向的二维布置。
[0019]此外也可能的是，测量分度被构造为伪随机码，并且包括具有不同反射率的矩形或圆环扇形分度区域沿着所述测量方向的一维非周期性布置。
[0020]此外可以规定，探测器装置
‑
要么包括沿着所述测量方向彼此相邻地布置的矩形或圆环扇形探测器元件的一维布置，其中所述探测器元件的纵轴垂直于所述测量方向取向，要么
‑
包括沿着所述测量方向以及垂直于所述测量方向彼此相邻地布置的探测器元件的二维布置。
[0021]光源和探测器装置优选地布置在平行于测量分度的平面中。
[0022]根据本专利技术的用于运行光学位置测量装置的方法，通过所述光学位置测量装置确定第一对象相对于可沿着测量方向移动的第二对象的位置，规定，提供与第一对象连接的标准量具，所述标准量具具有沿着所述测量方向延伸的反射测量分度，所述反射测量分度具有带有不同反射率的分度区域。此外提供扫描单元，所述扫描单元与第二对象连接并且相对于所述标准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定第一对象（O1）的位置的光学位置测量装置，所述第一对象可沿着测量方向（x）相对于第二对象（O2）移动，所述光学位置测量装置具有
‑
与所述第一对象（O1）连接的标准量具（10），所述标准量具具有沿着所述测量方向（x）延伸的反射测量分度（11；111；211；311；411；511；611），所述反射测量分度具有带有不同反射率的分度区域（11.1、11.2；111.1、111.2；211.1、211.2；311.1、311.2；411.1、411.2；511.1、511.2；611.1、611.2），以及
‑
扫描单元（20），所述扫描单元与所述第二对象（O2）连接并且相对于所述标准量具（10）以扫描距离（Z
A
）布置，所述扫描单元具有
‑
至少一个光源（21），和
‑
探测器装置（22；122；222；322；422），所述探测器装置包括沿着所述测量方向（x）周期性布置的多个光电探测器元件（122.i；222.i；322.i；422.i），以及
‑
分配给所述扫描单元（20）的信号处理单元（24），所述信号处理单元被构造和设立用于
‑
从通过所述探测器元件（122.i；222.i；322.i；422.i）产生的光电流（I
i
）中产生关于所述第一对象（O1）相对于所述第二对象（O2）的位置的位置信号（S
P
），以及
‑
确定探测器中间区域（MB）中和至少一个探测器边缘区域（RB）中的总光电流（I
ges,MB
、I
ges,RB
），并且从所述探测器中间区域（MB）中和所述探测器边缘区域（RB）中的所述总光电流（I
ges,MB
、I
ges,RB
）的所形成的光电流比（V
I
）中确定所述扫描距离（Z
A
）。2.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其中所述信号处理单元（24）被构造和设立用于为了形成所述光电流比（V
I
）使用为了产生所述位置信号（S
P
）使用的光电流（I
i
）的副本。3.根据权利要求1或2所述的光学位置测量装置，其中所述信号处理单元（24）被构造和设立用于在测量运行中确定多个光电流比（V
I
），并且对此进行求平均值并且从平均光电流比（
Ø
V
I
）中确定所述扫描距离（Z
A
）。4.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学位置测量装置，其中所述信号处理单元（24）被构造和设立用于
‑
要么从解析关系式中确定所述扫描距离（Z
A
），要么
‑
从存放在所述信号处理单元（24）中的表格中确定所述扫描距离（Z
A
），所述表格描述在所确定的光电流比（V
I
）和所述扫描距离（Z
A
）之间的关系。5.根据权利要求1至4中至少一项所述的光学位置测量装置，其中所述测量分度（11；111；211；311；411；511；611）由测量分度单位单元（112；212；312；412；512；612）组成，其中一类分度区域的合计的面积（F
TB1
）与总单位单元面积（F
GES
）的面积比（V
F
）是恒定的，并且对于所述面积比（V
F
），以下关系式适用，其中V
F
:=面积比F
TB1
:=一类分度区域的合计的面积F
GES
:=总单位单元面积。
6.根据权利要求5所述的光学位置测量装置，其中所述测量分度（11；111；411）被构造为增量分度，所述增量分度包括具有不同反射率的矩形或圆环扇形分度区域（11.1、11.2；111.1、111.2；411.1、411.2）沿着所述测量方向（x）的一维交替布置。7.根据权利要求5所述的光学位置测量装置，其中所述测量分度（211；511）包括具有不同反射率的分度区域（211.1、211.2；511.1、511.2）沿着所述测量方向（x）和垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：约翰内斯，
类型：发明
国别省市：