[发明专利]光学位置测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量设备。

背景技术

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－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匀性，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。

发明内容

本发明的任务是，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。

根据本发明，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。

根据本发明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。