[发明专利]位置测量装置

说明书

本发明涉及一种位置测量装置。量具连接第一物体并包括设计为透射光栅并有第一周期性的周期性标尺光栅。扫描单元连接第二对象并包括光源、具有第二频率的周期性扫描光栅和检测器组件，其由检测平面中周期地以第三周期性布置的辐射敏感的检测器区域构成。从光源发出的光首先施加到标尺光栅上然后穿过扫描光栅，其中以及从射束与标尺光栅和扫描光栅的交互作用在检测平面中得出有第三周期性的周期性条纹图案，由检测器组件对其的扫描能产生多个相互相移的增量信号。扫描光栅布置在一个第一和第二透明板状的承载件上且折射率n1.3的材料填充扫描光栅与检测器区域之间的空间。标尺光栅与第一承载件相邻界面之间的距离在10与200μm之间的范围内选择。

技术领域

本发明涉及一种位置测量装置，该位置测量装置适于高精度地确定两个物体的相对位置，将所述两个物体沿至少一个测量方向相对于彼此可移动地布置。

背景技术

从R.Pettigrew的题为“分析光栅成像及其对于位移测量的应用”的出版物(SPIE卷36，第一届欧洲应用于度量学的光学会议(1977年)，第325-332页)中公开了一种位置测量装置，其基于光学3光栅扫描原理。借助于这种位置测量装置，可以产生相关于两个物体的相对运动的相移增量信号，这两个物体可以相对于彼此沿至少一个测量方向相对运动。在这种情况下，两个物体之一与沿着测量方向延伸并且包括至少一个标尺光栅的量具连接。在透射光的情况下，标尺光栅由周期性地以第一周期性d₁沿着测量方向布置的标尺光栅区域组成，这些标尺光栅区域具有不同的光学透射性。扫描单元与另外的物体连接，该扫描单元包括定位测量装置的扫描侧的组件。对此包括至少一个光源、扫描光栅以及检测器装置。扫描光栅由周期性地以周期性d₂沿着测量方向布置的扫描光栅区域构成，这些扫描光栅区域具有不同的光学特性。检测器装置包括多个辐射敏感的检测器区域，这些区域在检测平面中周期性地以第三周期性d₃沿着测量方向布置。由光源发射的射束首先施加到标尺光栅上并且然后穿过扫描光栅。由射束与标尺光栅和扫描光栅的相互作用在检测器装置的检测平面中得出具有第三周期性d₃的周期性的条纹图案。然后，从利用检测器装置或周期性布置的检测器区域对条纹图案进行的扫描中能够产生多个相移的增量信号。

这样的位置测量装置例如用于需要在机器中高精度地检测可移动机器部件相比于固定机器部件的位置，以便通过机器控制来将这些机器部件精确地相对定位。如果这些机器例如是机床，则对于光学位置测量装置产生可能会损害其功能的使用条件。因此，例如冷却润滑剂或油雾等污染物可能沉积在位置测量装置的光学部件上，例如在扫描光栅上。在极端情况下，这会导致位置测量装置的故障。

在DE 32 10 614 C2中，为了保护光学位置测量装置的类似扫描结构中的扫描光栅而提出，将承载件的扫描光栅布置在其上的那一侧背离量具地布置。此外，扫描光栅还覆盖有光可穿透的保护元件。由于在该位置测量装置中，量具表现为第二被施加的光栅，量具保护层的污染和量具与第三光栅之间的空间中的污染可能导致对信号的特别不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于3光栅光学扫描原理的位置测量装置，该装置确保对扫描光栅的尽可能可靠的保护，以防止可能的污染，同时确保所产生的信号的高质量。

该目的通过具有根据本发明的位置测量装置来实现。

根据本发明的位置测量装置的有利实施例由以下内容得出。