光学位置测量设备制造技术

本发明专利技术涉及一种光学位置测量设备，其用于检测扫描单元和计量用具的相对位置；扫描单元和计量用具可以沿着弯曲的测量方向彼此相对移动地布置。扫描单元具有至少一个反射器单元和探测器单元，其中反射器单元由第一波前校正器、射束方向逆转器和第二波前校正器构成。反射器单元在扫描单元中被布置和/或构造为使得在部分射束最后到达探测器单元以前，射束首先穿过由计量用具和第一波前校正器构成的第一组合，接着通过射束方向逆转器进行部分射束在计量用具方向的返回反射，并且部分射束然后穿过由计量用具和第二波前校正器构成的第二组合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学位置测量设备。
技术介绍
在用于检测计量用具和扫描单元沿着弯曲测量方向的相对运动的光学位置测量设备的情形下，应当区分两种基本类型a)具有布置在分度盘上的径向分度形式的计量用具的光学位置测量设备； b )具有布置在分度筒上的筒分度形式的计量用具的光学位置测量设备。开头提到光学位置测量设备包括具有精细的径向分度的分度盘作为计量用具，在该光学位置测量设备的情况下，计量用具的安装公差与扫描单元相比通常是极小的。这是由于剧烈的信号下降，该信号下降是在径向分度与额定安装位置之间的小的径向、切向或纵向位置偏差的情况下就已经由于随之而来的在参与信号生成的部分射束中的波前变形造成的，该波前变形造成干涉叠加。在此，径向分度的在径向上变化的光栅常数造成强烈的波前变形。这意味着，被径向分度衍射的部分射束的波前部分地具有相对于平面波前的显著偏差。在第二描述类型的光学位置测量设备的情况下也出现类似的问题，其中计量用具作为所谓的筒分度被布置在旋转筒或旋转圆柱的外周处。在此，弯曲的筒分度同样导致用于生成信号的部分射束中的波前的失真。这样的波前变形还在计量用具的理想安装位置处就已经出现，并且在后面被称为标称波前变形。在非理想安装位置的情况下产生附加的由公差引起的波前变形。因此，在用于生成信号的部分射束中出现的不同波前变形对所生成的位置信号中的开头提到的信号陡降负有主要责任。结果是这样的光学位置测量设备的明显变差的信号质量。另外，在用于检测相对于计量用具的线性推移运动的高分辨率的光学位置测量设备和扫描单元中公知有使用三棱镜形式的回射器；对此例如可以参阅EP 387 520 A2。在其中提出的扫描光路中，激光源的准直射束在计量用具的线性光栅处衍射为第+1和第一 1 衍射级的部分射束。接着，该部分射束借助于一个或多个三棱镜形式的回射器重新偏转到计量用具的线性光栅上。在计量用具处发生进一步衍射以后，两个部分射束在重叠位置处发生干涉。通过使用所述一个或多个被构造成三棱镜的回射器，保证在计量用具相对于扫描单元任意倾斜的情况下，两个部分射束在计量用具处二次衍射以后也保持其方向。于是， 不发生干涉部分射束的波前倾斜。通过这种方式，在计量用具的最精细的分度周期和大的扫描面、即计量用具的位置处的大的射束截面的情况下，附加地也可以实现大的安装公差。 但是这样的光学位置测量设备的良好特性基本上所基于的是，部分射束的波前在计量用具的线性光栅处衍射以后以及在回射器处反射以后都保持得尽可能小。由此，波前倾斜由于计量用具的倾斜而以理想的方式被所使用的回射器补偿。如果现在也使用高分辨率光学位置测量设备来检测计量用具和扫描单元沿着弯曲的测量方向的相对运动、即结合回射器使用具有径向光栅分度和筒分度的系统，则导致一定的问题。在US 5，442，172中对这些问题进行了分析并且提出了想象的解决方案。因此，根据该文献通过提出理想的反射单元将减小波前变形对信号质量的不利影响。该反射单元包括球面镜和布置在透镜的焦平面内的屋脊棱镜的组合。但是通过对所提出的扫描光学系统进行更精确的分析得出，在计量用具和扫描单元失准的情况下导致越来越显著的信号下降。此外，在所提出的理想回射器单元的情况下，射束焦点处于屋脊棱镜的屋脊棱边处，并且因此该屋脊棱镜在该区域中不能产生任何误差。在该区域中，不允许存在丝毫的不均勻性，例如夹杂、污染或者空隙。由于对这样的部件的高制造要求，该屋脊棱镜是极昂贵的。
技术实现思路
本专利技术的任务是，说明一种用于以大的安装公差来检测扫描单元和可以以弯曲测量方向向其移动的计量用具的相对运动的高分辨率光学位置测量设备。根据本专利技术，该任务通过具有权利要求1的特征的光学位置测量设备来解决。根据本专利技术的光学位置测量设备的有利的实施方式从从属权利要求的措施中得出ο根据本专利技术的光学位置测量设备包括扫描单元和计量用具，其中扫描单元和计量用具可以沿着弯曲的测量方向彼此相对移动。通过根据本专利技术的位置测量设备，可以检测扫描单元和计量用具的相对位置。在扫描单元一侧设置有至少一个反射器单元和探测器单元。反射器单元由第一波前校正器、射束方向逆转器和第二波前校正器构成。反射器单元在扫描单元中被布置和/或构造为使得在射束最后到达探测器单元以前，射束首先穿过由计量用具和第一波前校正器构成的第一组合，接着通过射束方向逆转器进行部分射束在计量用具方向的返回反射，并且部分射束然后穿过由计量用具和第二波前校正器构成的第二组合。通过反射器单元保证，由于计量用具处的第一衍射产生的部分射束的波前变形被转换成这样的波前变形，即该波前变形补偿在计量用具处发生第二衍射时造成的波前变形。有利地通过第一波前校正器将从计量用具和第一波前校正器的第一组合出射的波前转换成具有平坦波前的准直部分射束。通过第二波前校正器将从计量用具和第二波前校正器的第二组合出射的波前转换成具有平坦波前的准直部分射束，使得导致叠加的部分射束的波前在计量用具处的第二衍射以后在叠加位置处相同。在此可以规定计量用具和第一波前校正器的第一组合以计量用具一第一波前校正器的顺序被布置在射束传播方向上，计量用具和第二波前校正器的第二组合以第二波前校正器一计量用具的顺序被布置在射束传播方向上。替代于此，可以规定计量用具和第一波前校正器的第一组合以第一波前校正器一计量用具的顺序被布置在射束传播方向上，计量用具和第二波前校正器的第二组合以计量用具一第二波前校正器的顺序被布置在射束传播方向上。优选地，射束方向逆转器被构造为使得对从其反射的部分射束方面的射束方向逆转在两个正交方向上进行。在一个可能的实施方式中，射束方向逆转器可以被构造成三角柱镜或三棱镜。此外，射束方向逆转器可以包括透镜和反射镜的组合。可能的是，波前校正器和/或射束方向逆转器的透镜被构造成折射光学元件。波前校正器可以被构造成衍射光学元件。另外可能的是，将波前校正器和射束方向逆转器的透镜构造成衍射光学元件。此外可以规定将波前校正器分别构造成扫描光栅形式的衍射光学组合元件，该扫描光栅另外对落到其上的部分射束具有下列附加光学功能中的至少之一一光学偏转作用一光学分束或联合作用一到反射镜上的光学聚焦功能。在此，反射镜和衍射光学元件可以布置在透镜扫描板的相对侧。在另一实施方式中，计量用具被构造成绕旋转轴旋转的分度片上的径向分度并且被绕旋转轴布置为同心的。替代于此地可以规定计量用具被构造成旋转分度筒的外周上的筒分度，其中旋转轴与分度筒的长轴重合。在此有利的是，扫描单元中的光学元件被构造和布置为使得从光源发射的射束以不等于90°的角度落到筒分度上。因此，根据本专利技术的光学位置测量设备的扫描光学系统基于反射器单元的特别构造。这保证被计量用具衍射的部分射束再次被反射回计量用具，使得所述部分射束在叠加时具有相等的波前。因此，保证在干涉信号生成时的最大干涉对比度。这在计量用具的理想安装位置和与其小的由公差引起的偏差的情况下都被保证。因此，通过根据本专利技术的光学位置测量设备的扫描光学系统，标称波前变形以及由公差引起的波前变形都被可靠地校正。可以由此在计量用具和扫面单元的可能非最优的相对对准的情况下避免信号陡降， 也就是说保证所期望的安装公差。此外，可以通过根据本专利技术的措施实现扫描光学系统的明显的简化，也就是说也可以以低本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　用于检测扫描单元（２０；２２０；３２０；４２０；５２０；５２０’；６２０；２０００）和计量用具（１０；２１０；３１０；４１０；５１０；５１０’；６１０；１０００）的相对位置的光学位置测量设备，其中扫描单元（２０；２２０；３２０；４２０１０；４１０；５１０；５１０’；６１０）处发生第二衍射时产生的波前变形。）构成的第二组合，其中－通过反射器单元（２０００）保证，通过计量用具（１０；２１０；３１０；４１０；５１０；５１０’；６１０；１０００）处的第一衍射产生的部分射束的波前变形被转换成这样的波前变形，即该波前变形补偿在计量用具（１０；２１０；３向逆转器（２３００）进行部分射束在计量用具方向（１０；２１０；３１０；４１０；５１０；５１０’；６１０）的返回反射，并且部分射束然后穿过由计量用具（１０；２１０；３１０；４１０；５１０；５１０’；６１０；１０００）和第二波前校正器（２２００２０；５２０’；６２０；２０００）中被布置和／或构造为使得在部分射束最后到达探测器单元以前，射束首先穿过由计量用具（１０；２１０；３１０；４１０；５１０；５１０’；６１０；１０００）和第一波前校正器（２１００）构成的第一组合，接着通过射束方０）具有至少一个反射器单元（２０００）和探测器单元，并且反射器单元（２０００）由第一波前校正器（２１００）、射束方向逆转器（２３００）和第二波前校正器（２２００）构成；以及－反射器单元（２０００）在扫描单元（２０；２２０；３２０；４２０；５；５２０；５２０’；６２０；２０００）和计量用具（１０；２１０；３１０；４１０；５１０；５１０’；６１０；１０００）能够沿着弯曲的测量方向（ｘ）彼此相对移动，并且其中－扫描单元（２０；２２０；３２０；４２０；５２０；５２０’；６２０；２００...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：W霍尔扎普费尔，M赫尔曼，K森迪希，
申请(专利权)人：W霍尔扎普费尔，M赫尔曼，K森迪希，
类型：发明
国别省市：DE