光学位置测量设备制造技术

光学位置测量设备。本发明专利技术涉及一种用于检测扫描单元以及计量用具的相对位置的光学位置测量设备，所述扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向彼此活动地布置。扫描单元包括光源、第一圆环形扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。在扫描单元方向上传播的分射线束经由第一扫描分度射到反射元件上并且在测量分度方向上遭受反射，其中分射线束在至测量分度的路径上经过第一扫描分度。在重新施加测量分度之后，在扫描单元方向上传播的分射线束出现叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受转向。在那里可检测多个与位置有关的、相移的扫描信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求I的前序部分所述的光学位置测量设备。
技术介绍
这种类型的光学位置测量设备从US 6，831，267B2中是已知的；尤其是在此参照图11和50。在该出版物中所建议的位置测量设备用于高分辨率地检测扫描单元和具有测量分度的计量用具(MaBverkorperung )的相对位置，其中扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向彼此运动。扫描单元包括光源、第一圆环形扫描分度、可直接布置于其之后的反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。反射回扫描单元的分射线束经由第一扫描分度和反射元件再次在测量分度的方向上被反射，其中分射线束在至测量分度的通路上又穿过第一扫描分度。第一扫描分度被构造为圆光栅。这种圆光栅由同中心的光栅支杆(Gittersteg)组成,所述同中心的光栅支杆径向等距地布置。当在测量分度处重新反射之后，在扫描单元方向上传播的分射线束发生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受偏转，在此处多个与位置有关的扫描信号可被检测。通过在测量分度或计量用具与第一扫描光栅之间的光程中的附加极化光学器件彼此正交地极化两个分射线束，使得借助于已知的极化光学方法在探测单元中在计量用具和扫描单元相对运动的情况下可产生高分辨率的、相移的扫描信号。从US 6,831,267的两个所提及的图中已知的光学位置测量设备由于在很大程度上的圆柱体对称性而应该在扫描单元相对于计量用具的倾斜方面具有非常大的容差；尤其是在此应该相对于所谓的莫尔倾斜(Moir6_Verkippungen)存在特别的不敏感性。对此理解为扫描单元和计量用具围绕旋转轴的倾斜，所述旋转轴垂直于测量分度平面来取向。但是，对这种光学位置测量设备的所实施的模拟得出所建议的扫描光学系统的各种各样的弱点。因此，测量分度和第一扫描分度非常不同地影响衍射的分射线束的波前。尤其是，第一扫描分度的圆光栅显著地使波前失真，因为光栅支杆圆形地弯曲。这样构造的第一扫描分度不适于扫描线性测量分度。在所分裂的分射线束中得到大的波前失真，这导致扫描信号的十分小的调制度。因为波前失真横向于射线方向强烈增加，所以从光源入射的射线束的射线截面必须选择得非常小。作为结果由此得出光学测量设备的高污染和故障敏感性。但是还更严重的是，在所建议的光学位置测量设备中的大的波前失真导致极小的加装、运行和制造容差。在这样的加装、运行和制造容差的情况下产生两个分射线束的小的侧向位移。在大的波前失真的情况下，所述小的侧向位移导致显著的局部相移和从而导致叠加的分射线束的不足的干涉。这又导致扫描信号强度的显著下降。在模拟时所确定的十分小的加装和制造容差可以仅在少数应用情况下被接受。在此涉及以下情况，即在所述情况下一方面要求大的莫尔倾斜容差，而另一方面所有其他容差必须比在商业上通用的光学测量设备的情况下小得多。
技术实现思路
本专利技术的任务是，说明一种高分辨率的光学位置测量设备，其对于扫描单元相对于具有测量分度的计量用具的以下倾斜具有不灵敏性，所述倾斜的轴垂直于测量分度层面来取向，并且所述倾斜同时相对于计量用具的其他倾斜和位移具有大的容差。本专利技术光学位置测量设备的有利的实施方案由从属权利要求中的措施得出。本专利技术光学位置测量设备包括扫描单元和具有测量分度的计量用具，其中扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向(X)彼此运动。扫描单元具有光源、第一圆环形扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。在扫描单元方向上传播的分射线束经由第一扫描分度射到反射元件上。在反射元件处，分射线束在测量分度方向上遭受反射并且在至测量分度的通路上经过第一扫描分度。在重新施加测量分度时，在扫描单元方向上传播的分射线束发生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受转向，在此处可检测多个与位置有关的、相移的扫描信号。第一扫描分度被构造，使得由此使从测量分度入射到所述第一扫描分度上的分射线束聚焦到反射元件上。另外，经由第一扫描分度进行分射线束的再准直，所述分射线束当在反射元件处反射之后在测量分度方向上传播。在此，另外可以规定，-在所分裂的分射线束的光程中布置至少一个极化光学器件，经由所述器件，两个在测量分度处分裂的分射线束彼此遭受线性或圆正交极化，和-在探测单元中在多个光电子探测元件之前布置极化器。可能的是，经由至少一个极化光学器件要么-在两个正好相反地布置的扇区中得到分射线束的正交极化，要么-得到线性极化，所述线性极化在方位角上地点有关地在圆周上旋转180°。作为极化光学器件例如可以在分射线束的扫描光光程中布置至少一个高频光栅。此外可能的是，反射元件被构造为极化光学器件。在另一实施形式中可以规定，多个被构造为延迟板的极化光学器件在分射线束的扫描路程中布置在测量分度和第一扫描分度之间或在第一扫描分度和反射兀件之间。优选地，叠加的分射线束在第二次施加测量分度之后沿着光轴传播。有利地，第一扫描分度利用二次相位函数根据I I r I糾一* J'被构造为衍射环形透镜，其中Oai (r):=与半径有关的相位函数r:=半径dM :=测量分度的分度周期r0 :=射到衍射环形透镜上的主射线的径向间距。另外可能的是，分射线束在第一次施加第一扫描分度之后平行于光轴传播。最后，除了极化光学组件之外可以与光轴圆柱形对称地构造第一扫描分度和反射元件，并且从光源发出的射线束沿着光轴传播。可以规定，测量分度-作为一维线性分度或-作为二维线性分度或-作为径向分度或-作为圆分度来构造。此外，可以将衍射结构布置在扫描板的区域中，其中从光源发出的射线束经过所述区域，其中衍射结构用作从光源入射的射线束的准直透镜和/或用作从测量分度入射的叠加的分射线束的光栅分束器，并且其中在扫描板的前侧和后侧布置第一扫描分度和反射元件或相反地布置。在可能的实施形式中，探测单元可以具有分束器，所述分束器对入射的叠加的分射线束在空间上进行分裂并且在分裂的分射线束射到光电子探测元件上之前，所述分裂的分射线束分别通过极化器。另外，可能的是，分束器被构造为光栅分束器。在本专利技术光学位置测量设备的另一变型方案中，在分射线束的光程中可以布置光学延迟分段。作为本专利技术光学位置测量设备的决定性优点得出在其他倾斜和位置容差同时大的情况下相对于扫描单元和计量用具的莫尔倾斜的期望的高容差。由此，本专利技术光学位置测量设备也具有大的加装和运行容差。这可以决定性地归因于将第一扫描分度构造为具有优化的相位特性曲线和相间隔的反射器的衍射环形透镜，所述反射器位于衍射环形透镜的焦平面中。由此可以使扫描光程中的干扰波前失真最小化。此外，可能的是，在扫描计量用具或测量分度时以足够大的射线截面工作，这又导致小的污染敏感性。附图说明从根据附图对多个实施例的以下描述中得出本专利技术的其他优点以及细节。在此图I示出本专利技术光学位置测量设备的第一实施形式的强烈示意化的图示；图2a、2b分别示出图I的光学测量设备的组件的视图；图3示出图I的光学位置测量设备的探测单元的强烈示意化的图示；图4示出本专利技术光学位置测量设备的第二实施例的强烈示意化的图示；图5a、5b分别示出图4的光学位置测量设备的组件的视图；图6示出图4的光学位置测量设备的探测单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：W·霍尔茨阿普费尔，
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：