[发明专利]光学位置测量装置

说明书

本发明涉及一种光学位置测量装置。

已知的用于检测两个可移动物体的相对位置的光学位置测量装置通常具有扫描单元及至少在一个测量方向上相对于扫描单元可移动的刻度尺。扫描单元及刻度尺分别与这两个物体连接，例如分别与两个相互间可移动的机器部分连接。在此情况下，基本上扫描单元及刻度尺相互间的正确安装被证明是有问题的。刻度尺不期望的扭转及扫描单元绕一轴线垂直扭转向刻度尺的情况通常被称为所谓的莫尔扭转。这种莫尔扭转导致在测量操作中扫描信号强度下降及在位置测量中不期望的误差。

例如可以如在本申请人的WO 02/23131A1中所公开的那样借助一种位置测量装置来减小莫尔误差。除刻度尺(例如构建成线性反射光刻度尺的刻度尺)之外，该位置测量装置还具有在至少一个测量方向上相对于刻度尺可位移的扫描单元。在扫描单元侧，在扫描光栅旁布置有多个光电探测器元件以及其它，及至少一个后向反射器形式的光学反射器元件。在后向反射器上，由刻度尺第一次反射的部分光线束发生向着刻度尺方向的背反射。于是该部分光线束在那里接着进行第二次反射，此后，最后干涉的部分光线束到达探测器元件并在那里产生依赖于位移调制的扫描信号。反射器元件在该类属的位置测量装置中被构建成带有光学后向反射器功能性的屋脊棱镜。其它带有构建成棱镜式后向反射器元件的光学反射器元件的位置测量装置大致由文献EP 387 520B1或EP 1 347 271A1公开。

本发明的任务在于提供一种光学位置测量装置，其相对于现有技术保证再次更好地补偿可能的误差，正如其尤其在扫描单元及刻度尺的莫尔扭转下实现的那样。

根据本发明，该任务通过带有本发明的特征的位置测量装置来解决。

本申请也给出了根据本发明的位置测量装置的具有优点的实施例。

根据本发明在此设计：将刻度尺构建成组合的结构单元，其在测量刻度旁还具有一个或多个反射器元件。在刻度尺之前，就将来自光源的光线束分裂成至少两束部分光线束，在所述部分光线束又向扫描单元传播之前，所述部分光线束在刻度尺中各两次射中测量刻度及一次射中反射器元件，在所述扫描单元处，进行依赖于位移的信号的探测。

由于刻度尺的这种构造或由此可能的扫描光线路径，可以可靠地光学修正可能产生的莫尔扭转。在根据本发明的光学位置测量装置中，莫尔扭转不再对位置测量产生带有误差的影响，并且不再导致扫描信号强度的下降。这尤其在测量刻度侧使用小刻度段(Teilungsperiode)的情况下，也就是说在高分辨率的位置测量装置中，是特别有利的。

根据本发明的解决方案的其它优点在于，由于入射到刻度尺内的部分光线束与射出的部分光线束的侧向偏移，在此可以放弃在其它情况下必须的、用于分开所述部分光线束的、对测量刻度的倾斜照射。这导致带有提高了的总对称性的扫描光学系统，其结果是明显更大的调节容差。

根据本发明的光学位置测量装置允许检测扫描单元及至少在一个测量方向上相对于该扫描单元可移动的刻度尺的相对位置。刻度尺被构建成组合的结构单元，其具有至少一个反射器元件及测量刻度。光源及一个或多个探测器元件被分配给扫描单元。扫描单元具有分裂器，其在测量方向上将由光源发射的光线束分裂成至少两束部分光线束，该部分光线束在分裂后向着刻度尺方向传播。

在根据本发明的光学位置测量装置的一个有利的实施方式中，测 量刻度如此构建，使得所述至少两束从相反对称方向上入射的部分光线束经历相反的偏转作用，并在射中测量刻度后沿相同的空间方向传播。

在根据本发明的光学位置测量装置的另一实施方式中，测量刻度如此构建，使得所述至少两束从不同方向入射的部分光线束经历相反的偏转作用，并在射中测量刻度后沿对称的空间方向传播。

测量刻度例如可以如此构建，使得对入射的部分光线束

-在由测量方向及刻度尺上的法线张成(aufspannen)的平面内产生第一偏转作用，并

-在横向于测量方向取向的方向上产生第二偏转作用，其中借助第二偏转聚焦到所述至少一个反射器元件上。

具有优点的是，测量刻度被构建成交替线形柱状透镜结构。

另外有可能的是，如此选择测量刻度的周期性，使得在两个偏转方向上只有+1.和-1.衍射级的部分光线束射出，而不期望的、更高的衍射级，尤其是+3.和-3.衍射级被抑制。

在一个可能的变体中，在被分裂的部分光线束再次向扫描单元方向传播之前，被分裂的部分光线束在刻度尺中首先在测量刻度处经历衍射，其后在所述至少一个反射器元件处经历反射，以及最后在测量刻度处经历新的衍射。