專利名稱：光學(xué)長度測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量兩個物體的相對位置的光學(xué)長度測量設(shè)備，所述物體被布置為能夠至少沿著測量方向彼此相對移動。
背景技術(shù)：
公知有基于所謂的中心投影掃描原理的光學(xué)位置測量設(shè)備。對此例如可參閱DE10 2006 021 017 Al。如果這樣的位置測量設(shè)備被構(gòu)造成以入射光運(yùn)行的長度測量設(shè)備，則這些長度測量設(shè)備包括計量用具，該計量用具與兩個物體之一連接并且具有在測量方向
上延伸的反射測量分度。另外，設(shè)置有與另一物體連接的掃描單元以用于對測量分度進(jìn)行光學(xué)掃描。該掃描單元包括光學(xué)有效的點狀光源以及至少一個布置在探測平面中的光學(xué)有效的探測器裝置，使得從該光源發(fā)散式地發(fā)射的射束朝向測量分度的方向傳播，在該測量分度處經(jīng)歷朝向掃描單元的方向的回射并且然后施加到探測器裝置。在探測器裝置上產(chǎn)生取決于位移的經(jīng)調(diào)制圖案，該圖案可以通過該探測器裝置被轉(zhuǎn)換成一個或多個取決于位置的掃描信號。在此，可以在這樣的位置測量設(shè)備的掃描單元中設(shè)置真實光源或一次光源，其中在真實光源與測量分度之間布置有光學(xué)有效的兀件，所述兀件保證一方面在產(chǎn)生的光學(xué)有效的虛光源與測量分度之間的光學(xué)有效距離和另一方面在探測器裝置與測量分度之間的光學(xué)有效距離相等。類似地，還可以在測量分度與真實探測器裝置之間的掃描光路中設(shè)置合適的光學(xué)有效的元件，以便保證期望的間距相等。對此可以明確地參閱從DE 10 2006021 017A1中公知的措施。除了這樣的光學(xué)有效的元件以外，在掃描光路中未布置另外的光學(xué)元件。這種類型的光學(xué)長度測量設(shè)備由于其簡單和緊湊的構(gòu)造而具有特定的優(yōu)點。但是該光學(xué)長度測量設(shè)備能夠列舉出以下缺點，即該長度測量設(shè)備相對于掃描單元的可能的俯仰傾斜為相對敏感的；在這種情況下，產(chǎn)生失真的掃描信號。在此，應(yīng)將俯仰傾斜理解成掃描單元繞俯仰軸的傾斜，該俯仰軸在測量分度平面中或者在與該測量分度平面平行的垂直于測量方向的平面中取向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種光學(xué)長度測量設(shè)備，其基于中心投影掃描原理并且相對于掃描單元的俯仰傾斜為盡可能不敏感的。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求I的特征的光學(xué)長度測量設(shè)備來解決。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的有利實施方式由在從屬權(quán)利要求中提出的措施得出?，F(xiàn)在在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的情況下規(guī)定將掃面單元布置為在測量方向上被縱向引導(dǎo)并且通過耦合點與撥桿鉸接地耦合，所述撥桿與另一物體連接。在此，耦合點的位置被選擇為使得在掃描單元圍繞耦合點俯仰傾斜的情況下不導(dǎo)致有誤的掃描信號。根據(jù)本發(fā)明的用于測量被布置為能夠至少沿著測量方向彼此移動的兩個物體的相對位置的光學(xué)長度測量設(shè)備由下列各項構(gòu)成
一計量用具，其與所述兩個物體之一連接，并且包括在測量方向上延伸的測量分度；和一與另一物體連接的用于對所述測量分度進(jìn)行光學(xué)掃描的掃面單元，其中所述掃描單元包括光學(xué)有效的點狀光源以及至少一個光學(xué)有效的探測器裝置，使得從所述光學(xué)有效的光源發(fā)散地發(fā)射的射束在所述測量分度的方向上傳播，在所述測量分度處經(jīng)歷朝向所述掃描單元的方向的回射，并且然后落到所述至少一個光學(xué)有效的探測器裝置上，使得在所述探測器裝置上產(chǎn)生取決于位移的經(jīng)調(diào)制的圖案，該圖案能夠通過所述光學(xué)有效的探測器裝置被轉(zhuǎn)換成一個或多個與位置相關(guān)的掃描信號。所述掃描單元在測量方向上被縱向引導(dǎo)，并且通過耦合點與撥桿鉸接地耦合，所述撥桿與另一物體連接。所述耦合點的位置被選擇為使得在所述掃描單元圍繞所述耦合點俯仰傾斜的情況下不導(dǎo)致有誤的掃描信號。
所述耦合點有利地被選擇為在垂直于所述測量分度的直線上以距離d位于具有所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面上方，其中距離d根據(jù)下式得出
t. .-im I a / f% -th r-i-i
.^ I a rf \}，其中
d:=所述耦合點在所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面上方的距離，
I =所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面與所述測量分度相距的距離，a:=所述光學(xué)有效的光源同具有所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面相距的距離與具有所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面同所述測量分度相距的距離之間的比例。在此，可以選擇a = 0并且所述耦合點處于所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面中。還可以選擇a古0，并且所述耦合點處于所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面上方。可能的是，所述掃描單元布置在掃描車中，所述掃描車通過引導(dǎo)元件在計量用具處和/或在所述計量用具的殼體處在測量方向上被縱向引導(dǎo)。另外，所述掃描車可以通過在I禹合點處的接合(Kupplung)而與撥桿I禹合。此外可以規(guī)定在所述掃描單元中在射束的光路中僅僅布置光學(xué)有效的元件， 一所述元件有針對性地調(diào)節(jié)真實光源與所述測量分度之間的光學(xué)有效距離；和/或 一所述元件有針對性地調(diào)節(jié)真實的探測器裝置與所述測量分度之間的光學(xué)有效距離。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的解決方案應(yīng)當(dāng)提到的特別有利之處是，現(xiàn)在在掃描單元可能圍繞耦合點俯仰傾斜的情況下不再導(dǎo)致有誤的掃描信號。


根據(jù)下面結(jié)合附圖對根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的實施例的描述來闡述本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)和優(yōu)點。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的實施例的高度示意性圖示；
圖2示出用于闡述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備中的相關(guān)幾何參量的第一圖示；
圖3示出用于闡述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備中的相關(guān)幾何參量的第二圖示；
圖4示出用于闡述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備中的相關(guān)幾何參量的第三圖示；圖5a、5b分別示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的另一實施例的高度示意性圖示； 圖6a、6b分別示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的另一實施例的高度示意性圖示。
具體實施例方式圖I中以高度示意性的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的實施例。該長度測量設(shè)備用于檢測兩個被布置為彼此可移動的物體的相對位置。在此，這兩個——在圖中未示出的——物體被布置為至少可沿著所給定的測量方向X相對于彼此位移。這些物體例如可以是可相對于彼此移動的機(jī)器零件。通過根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備，提供與這些機(jī)器零件的相對位置有關(guān)的上級機(jī)器控制信息。屬于所示出的光學(xué)長度測量設(shè)備的一方面有與兩個物體之一相連接的計量用具10,該計量用具10由支承體11構(gòu)成,在該支承體11上布置有在測量方向X上延伸的反射性測量分度12。該測量分度12以公知方式由布置在測量方向X上的分度區(qū)域構(gòu)成，這些分度區(qū)域具有不同的反射率。 另一方面，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備包括掃描單元20，該掃描單元20具有點狀光源21和至少一個探測器裝置22。在本實施例中，光源21和探測器裝置布置在一個平面中。通過掃描單元20，測量分度12被光學(xué)掃描，其中該掃描基于開頭所闡述的中心投影原理。為此規(guī)定從光源21發(fā)散地發(fā)射的射束朝向測量分度12的方向傳播。在該測量分度12處，這些射束經(jīng)歷朝向掃描單元20的方向的回射，并且然后在掃描單元中落到探測器裝置22上。在探測器裝置22上產(chǎn)生取決于位移的經(jīng)調(diào)制圖案，該圖案可以通過探測器裝置22被轉(zhuǎn)換成一個或多個取決于位置的掃描信號。在所示實施例中，在從點狀光源到測量分度的光路中或在從測量分度到探測器裝置的光路中未布置另外的光學(xué)元件。但是可能的是，光源或探測器裝置由于構(gòu)造引起的原因而不能放置在共同的平面中，或者有意地將不被布置在共同的平面中。在這些情況下，可以在光路中布置光學(xué)有效的元件，這些元件分別對掃描光路施加特定的光學(xué)作用。該光學(xué)作用可以在于，將一方面光學(xué)有效的光源與測量分度之間的距離和另一方面測量分度與探測平面之間的距離調(diào)節(jié)為相等的；另外，這樣的元件的光學(xué)作用可以在于，將一方面光源與測量分度之間的距離和另一方面測量分度與探測器裝置之間的距離有針對性地調(diào)節(jié)為不同的。因此，鑒于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的掃描單元的這些另外的實施可能性，在下面將始終講述光學(xué)有效的光源或光學(xué)有效的探測器裝置。這些術(shù)語涵蓋了對于中心投影掃描的不同可能性，也就是說，將真實點狀光源與探測器裝置布置在一個平面中而不需要另外的光學(xué)有效的元件，以及將真實點狀光源或點狀一次光源布置在另一位置并且在光路中設(shè)置合適的光學(xué)有效的元件；類似的情況也適用于用來放置真實探測器裝置的不同可能性。此外，關(guān)于最后提到的實施可能性和附加光學(xué)有效元件在光路中的合適布置，可以明確地參閱 DE 10 2006 021 017 Al。從圖I中可以看出，在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備的所示實施例中，掃描單元20布置在掃描車30中。掃描車30以及由此還有布置在其中的掃描單元20通過引導(dǎo)元件31a、31b在計量用具10處在測量方向X上被縱向引導(dǎo)。為此，引導(dǎo)元件31a、31b例如可以被構(gòu)造成滾珠軸承的滾筒或輥形式的滑動元件。可替代或補(bǔ)充于計量用具10處的縱向引導(dǎo)，也可以規(guī)定通過另外的引導(dǎo)元件在計量用具10的——未示出的——?dú)んw處縱向引導(dǎo)掃描車30。掃描單元20通過耦合點50借助于接合與撥桿41鉸接地耦合。撥桿41又與安裝腳(Montagefufi) 40連接，該安裝腳40布置在兩個可彼此移動的物體中的另一個處。在所示實施例中，通過掃描車30或掃描單元20在耦合點50處的這樣的鉸接耦合，形成強(qiáng)制性的旋轉(zhuǎn)軸、即相應(yīng)的俯仰軸。圍繞該俯仰軸，例如當(dāng)在計量用具10處縱向引導(dǎo)掃描車30的情況下支承體11不是完全平坦時，導(dǎo)致例如掃描單元20相對于計量用具10的扭轉(zhuǎn)。因此通過這種方式，掃描車30追蹤到計量用具10側(cè)上的可能的不平性。對于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)長度測量設(shè)備重要的是耦合點50的位置或掃描單元20的由此造成的俯仰軸位置。該位置可以針對所使用的中心投影原理合適地選擇，因此在掃描單元30圍繞耦合點50或圍繞穿過該點延伸的俯仰軸的俯仰傾斜的情況下不造成有誤的掃描信號。下面將闡述，如何根據(jù)本發(fā)明在所使用的中心投影原理的情況下選擇耦合點的位置。為此首先參閱圖2，圖2表明在所使用的中心投影原理的情況下的重要幾何參量。 通過發(fā)散地輻射的光學(xué)有效的點狀光源21來照射以距離u布置的周期測量分度12。在本示例中，測量分度12具有周期Tl。因此，通過這種方式，在與測量分度12間隔距離V布置的光學(xué)有效的探測器裝置22的探測平面中產(chǎn)生具有擴(kuò)大的周期T2的周期圖案。通過公知輻射定律得知，對周期T2必然有下式成立
T2 = Tl (y + V) / U (公式 I)
因此，光學(xué)有效的探測器裝置22必須根據(jù)擴(kuò)大的周期T2來設(shè)計。這例如可以在使用所謂的結(jié)構(gòu)化光電探測器的情況下通過如下方式進(jìn)行在用周期T2所掃描的圖案的該周期T2內(nèi)于是布置有——未示出的——周期探測器陣列的4個探測器元件。通過這種方式，產(chǎn)生4個分別相移90°的掃描信號。此外，公式(I)不限于對嚴(yán)格周期性的結(jié)構(gòu)的描繪。因此，當(dāng)測量分度被構(gòu)造成非周期編碼結(jié)構(gòu)時，Tl也可以表示計量用具上的編碼的(位)寬度。在與測量分度相距距離V時，該編碼于是具有寬度T2并且必須利用光學(xué)有效的探測器裝置側(cè)上的具有足夠?qū)挾鹊囊欢〝?shù)量的探測器元件來掃描?，F(xiàn)在在圖3中示出了中心投影掃描裝置的兩個狀態(tài)。用實線表明正常狀態(tài)，其中探測器裝置22未圍繞俯仰軸N傾斜；用虛線示出如下的狀態(tài)在該狀態(tài)下，探測器裝置22圍繞俯仰軸N傾斜了俯仰角。在圖3中，俯仰軸N穿過光學(xué)有效的點狀光源21延伸并且垂直于繪圖平面。另外，利用I來表示光學(xué)有效的探測器裝置22與測量分度12之間的距離；a I說明光學(xué)有效的光源21與光學(xué)有效的探測器裝置22相距的距離。因此，對于圖2和3中所示的關(guān)系有下列關(guān)系式成立
:翁* I_I;)='I |a； . ;i|(公式 2.1)
V= I(公式 2. 2)
{a'+ . :/'','+ f I(公式 2. 3 )因此利用公式I有下式成立
權(quán)利要求
1.一種用于測量被布置為能夠至少沿著測量方向(X)彼此移動的兩個物體的相對位置的光學(xué)長度測量設(shè)備，由下列各項構(gòu)成 一計量用具(10)，其與所述兩個物體之一連接并且包括在測量方向(X)上延伸的反射的測量分度(12);和 一與另一物體連接的用于對所述測量分度(12)進(jìn)行光學(xué)掃描的掃描單元(20)，其中所述掃描單元(20)包括光學(xué)有效的點狀光源(21)以及至少一個光學(xué)有效的探測器裝置(22)，使得從所述光學(xué)有效的光源(21)發(fā)散地發(fā)射的射束在所述測量分度(12)的方向上傳播，在所述測量分度處經(jīng)歷朝向所述掃描單元(20)的方向的回射，并且然后落到所述至少一個光學(xué)有效的探測器裝置(22)上，使得在所述探測器裝置(22)上產(chǎn)生取決于位移的經(jīng)調(diào)制的圖案，所述圖案能夠通過所述光學(xué)有效的探測器裝置(22)被轉(zhuǎn)換成一個或多個與位置相關(guān)的掃描信號，其中 一所述掃描單元(20)在測量方向(X)上被縱向引導(dǎo)；并且 一所述掃描單元(20)通過耦合點(50)與撥桿(41)鉸接地耦合，所述撥桿(41)與另一物體連接并且所述耦合點(50)的位置被選擇為使得在所述掃描單元(20)圍繞所述耦合點(50)俯仰傾斜的情況下不導(dǎo)致有誤的掃描信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)長度測量設(shè)備，其中所述耦合點(50)在垂直于所述測量分度(12)的直線上以距離d位于具有所述光學(xué)有效的探測器裝置(22)的平面上方，其中距離d根據(jù)下式得出 d =丨 * s / ( a+2'}，其中 d:=所述耦合點在所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面上方的距離 I:=所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面與所述測量分度相距的距離 a:=所述光學(xué)有效的光源同具有所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面相距的距離與具有所述光學(xué)有效的探測器裝置的平面同所述測量分度相距的距離之間的比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)長度測量設(shè)備，其中選擇a= 0并且所述耦合點(50)處于所述光學(xué)有效的探測器裝置(22)的平面中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)長度測量設(shè)備，其中選擇a古0，并且所述耦合點(50)處于所述光學(xué)有效的探測器裝置(22)的平面上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)長度測量設(shè)備，其中所述掃描單元(20)布置在掃描車(30)中，所述掃描車(30)通過引導(dǎo)元件(31a，31b)在計量用具(10)處和/或在所述計量用具(10 )的殼體處在測量方向(X )上被縱向引導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)長度測量設(shè)備，其中所述掃描車(30)通過在耦合點(50)處的接合而與所述撥桿(41)耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)長度測量設(shè)備，其中在所述掃描單元(20)中在射束的光路中僅僅布置光學(xué)有效的元件， 一所述元件有針對性地調(diào)節(jié)真實光源與所述測量分度(12)之間的光學(xué)有效距離；和/或 一所述元件有針對性地調(diào)節(jié)真實的探測器裝置與所述測量分度(12)之間的光學(xué)有效距離。
全文摘要
光學(xué)長度測量設(shè)備。本發(fā)明涉及用于測量被布置為能夠至少沿著測量方向彼此移動的兩個物體的相對位置的光學(xué)長度測量設(shè)備。該設(shè)備由下列各項構(gòu)成計量用具，其與兩個物體之一連接并且包括在測量方向上延伸的測量分度；以及與另一物體連接的用于對測量分度進(jìn)行光學(xué)掃描的掃面單元。掃描單元包括光學(xué)有效的點狀光源以及至少一個光學(xué)有效的探測器裝置，使得從光學(xué)有效的光源發(fā)散地發(fā)射的射束在測量分度的方向上傳播，在測量分度處經(jīng)歷朝向掃描單元的方向的回射并且然后落到光學(xué)有效的探測器裝置上，使得在光學(xué)有效的探測器裝置上產(chǎn)生取決于位移的經(jīng)調(diào)制的圖案，該圖案能夠通過光學(xué)有效的探測器裝置被轉(zhuǎn)換成一個或多個與位置相關(guān)的掃描信號。
文檔編號G01B11/00GK102735165SQ20121010796
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者B.馬丁, C.阿貝爾-凱爾哈克, U.本納 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司