CN105135968A - 位置测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种位置测量装置，其带有标尺(1)和可相对于此在测量方向(X)移动的探测单元(2)。标尺(1)具有增量的测量分度(11)以及多个参考记号(12,13)。为了选出这些参考记号(12)中的一个在标记轨迹(T1)中布置有第一标记(14)。在该标记轨迹(T1)中布置有第二标记(15)，从其中通过探测可导出开关信号(S1)。为了探测标记轨迹(T1)在探测单元(2)中设置有两个在测量方向(X)上彼此相间隔的检测器(23,24)。

Description

位置测量装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的位置测量装置。
背景技术
这样的位置测量装置尤其被用在加工机床中用于测量工具关于待加工的工件的相对位置，被用在坐标测量机中用于测定试验对象的位置和尺寸以及还被用在半导体工业中、例如在晶片分档器(Waferstepper)以及压接器(Bonder)中。在此，标尺(Massstab)直接被装在驱动单元(例如线性马达)处或标尺被装在由驱动单元驱动的构件处。位置测量装置的探测单元(Abtasteinheit)相对于移动的标尺静止地布置在其位置应被测量的另一机器部件处。
一种这样的位置测量装置例如由文件US7,421,800B2已知。标尺具有用于产生周期性的测量信号的增量的测量分度(Messteilung)以及用于产生参考记号信号的、在测量方向上彼此相间隔的多个参考记号。通过在该位置处将计数器置于规定的计数器读数上，参考记号信号具有对于参考记号的位置建立增量的位置测量的绝对参考的功能。为了给使用者可选地设计该位置，使用者可从多个参考记号中选择一个。为了选择，期望的参考记号在标尺的标记轨迹(Makierungsspur)中关联有第一标记，其在探测时生成选择信号。在该标记轨迹中此外布置有第二标记，从其通过探测可产生开关信号，开关信号限定极限位置。
为了区别在标记轨迹中布置在不同的位置处的两个标记，在第二标记的地点处在另外的标记轨迹中布置有另外的标记。为了提高区别的可靠性，提出将第二标记设计得比布置在另外的标记轨迹中的另外的标记更长。
发明内容
本发明目的在于在这样的位置测量装置中进一步提高标记和因此限定这些标记的位置的区分的可靠性。
该目的根据本发明通过一种带有权利要求1的特征的位置测量装置来实现。
该位置测量装置包括标尺和相对于其在测量方向上可动的探测单元。标尺具有增量的测量分度以及在测量方向上彼此相间隔的多个参考记号。通过探测测量分度可产生周期性的测量信号而通过探测参考记号相应可产生参考记号信号。标尺此外具有标记轨迹，其带有第一标记，其中，第一标记与参考记号中的一个相关联。通过探测该第一标记可生成探测信号，其具有第一标记相关联的参考记号的选择信号的功能。
在标记轨迹中在测量方向上与第一标记相间隔地布置有第二标记，其在测量方向上比第一标记更长且通过该第二标记的探测可生成开关信号。
探测单元为了探测标记轨迹具有第一检测器和在测量方向上与其相间隔布置的第二检测器，其中，这两个检测器相互的距离大于第一标记的长度而小于第二标记的长度。检测器在探测标记中的一个时相应生成探测信号。
探测单元构造成当第一检测器以及第二检测器共同生成探测信号时生成开关信号。如果仅这两个检测器中的第一检测器生成探测信号，探测单元另外构造成产生参考脉冲。
参考记号是可选的，该表达不强制意味着根据本发明仅选出唯一的。通过相应使第一标记与该多个参考记号相关联，由此对于本发明还可存在合适的应用，在其中选出多个参考记号。
根据本发明的位置测量装置的有利的实施方案由在从属权利要求中所列举的措施得出。
附图说明
根据实施例的接下来的说明结合附图来阐述本发明的另外的细节和优点。
其中：
图1显示了根据本发明的位置测量装置的第一实施例的示意性图示；
图2显示了图1中的位置测量装置的评估电路(Auswerteschaltung)；
图3显示了根据本发明的位置测量装置的第二实施例的示意性图示；以及
图4显示了图3中的位置测量装置的分析电路。
具体实施方式
在图1和2中示意性示出了根据本发明的位置测量装置的第一实施例且接下来详细来阐述。
位置测量装置包括标尺1和相对于其在测量方向X上可动的探测单元2。标尺1携带增量的测量分度11，其可由探测单元2的检测器单元21探测。在探测测量分度11时检测器单元21以已知的方式产生周期性的电气的测量信号M，利用其实现相对的位置测量。
标尺1此外包括多个在测量方向X上彼此相间隔的参考记号12、13。为了探测参考记号12、13，在探测单元2中设有参考记号检测器22。在利用参考记号检测器22探测参考记号12、13时相应产生参考记号信号R。
可从该多个参考记号12、13中选出一个。为了选出参考记号12,13中的一个在标尺1处设置有标记轨迹T1。在该标记轨迹T1中选出的参考记号12关联有第一标记14。为了探测第一标记14在探测单元2中布置有第一检测器23。在借助于第一检测器23探测该第一标记14时产生以第一探测信号A1的形式的选择信号。如果在探测单元2中同时出现参考记号信号R和第一探测信号A1，产生参考记号脉冲RI，其使该位置关联绝对位置。这例如可由此实现，通过将增量的位置测量的计数器置于规定的值上。用于在由第一标记14选出的参考记号12的位置处产生参考记号脉冲RI的逻辑电路的原理在图2中示意性地通过探测单元2的结构块40示出。
第一标记14尤其是可由位置测量装置的用户施加到标尺1上的标记，例如通过粘上或通过拧紧可安装。
如果位置测量装置根据光电探测原理工作，第一标记14优选地是不透明的或非反射性的条带，其中，标记轨迹T1的其余区域对此互补地来构造，即透明的或反射性的。
为了确保同时产生参考记号信号R和第一探测信号A1，第一标记14相对于参考记号12以距离a来安装，其中，该距离a相应于参考记号检测器22和第一检测器23的相互的距离a(距离a和b分别在测量方向X上观察)。
以未示出的方式，参考记号12、13也可集成在测量分度11中，如本身已知地且例如在开头所提及的文件US7,421,800B2中所示。在该情况中距离a可选择成等于零。
在多个情况中在位置测量时附加地要求，在标尺1的规定的区域处发出尽可能可靠的开关信号。该开关信号例如可被用于清楚地识别出探测单元2是位于标尺的终端位置处还是探测单元位于参考记号的右侧上或左侧上。
在第一实施例中应生成开关信号S1，其指示标尺1的终端位置。为了能够利用探测单元2通过探测标尺1产生这样的开关信号S1，在标记轨迹T1中在测量方向X上与第一标记14地间隔布置有第二标记15。该第二标记15在测量方向X上具有长度I2，其中，I2大于第一标记14的长度I1。
为了探测标记轨迹T1，探测单元2具有第一检测器23和在测量方向X上与其相间隔布置的第二检测器24，其中，这两个检测器23和24相互的距离b大于第一标记14的长度I1而小于第二标记15的长度I2。因为标记轨迹T1由第一检测器23以及由第二检测器24来探测，第一检测器23在探测第一标记14时和在探测第二标记15时相应产生探测信号A1以及第二检测器24在探测第一标记I4时和在探测第二标记15时相应产生探测信号A2。
探测单元2构造成当第一检测器23生成探测信号A1以及第二检测器24同时生成第二探测信号A2时生成开关信号S1。在图2中为了产生开关信号S1示意性示出评估单元30。通过使第二标记15比第一检测器23和第二检测器24相互的距离b更长以及使第一标记14比该距离b更短，确保仅在第二标记15处产生开关信号S1。为了另外确保在探测第一标记14以及参考记号12时不产生开关信号S1，第一检测器23和第二检测器24相互的距离b不同于参考记号12和第一标记14相互的距离a。
当第一检测器23位于这两个检测器23和24的该侧上(在标记轨迹T1中第一标记14相对第二标记15也布置在该侧上)时，是有利的。由此确保，在探测单元2驶入第二标记15中时，在第一检测器23驶入第二标记15中之前，总是首先第二检测器24生成探测信号S2。通过该设计方案确保，在探测第二标记15时决不会失误地生成参考记号脉冲RI，因为无论如何先产生第二探测信号A2，其阻止参考记号脉冲RI的发出。探测单元2即构造成如果仅这两个检测器23、24中的第一检测器23生成探测信号A1那么才产生参考脉冲RI。
第二标记15在第一实施例中以有利的方式布置在标尺1的极限位置处且开关信号S1指示探测单元2的行程的该极限位置(此处右边的终端位置)。
第一实施例的标尺1具有另外的标记轨迹T2，其如第一标记轨迹T1那样在测量分度11旁边且平行于此在测量方向X上延伸。在该另外的标记轨迹T2中布置有另外的标记16。为了探测该另外的标记轨迹T2，探测单元2具有另外的检测器25。该另外的检测器25在探测另外的标记16时生成另外的开关信号S2。在所示的示例中另外的标记16布置在标尺1的左边的极限位置，从而该另外的开关信号S2对于探测单元2指示左边的终端位置。
根据图3和4接下来来阐述另外的根据本发明设计的位置测量装置。此处作用相同的构件设有与在第一实施例中相同的附图标记。
该位置测量装置又包括标尺1和相对于其在测量方向上可动的探测单元2。标尺1携带增量的测量分度11，其可由探测单元2的检测器单元21探测。在探测测量分度11时检测器单元21产生周期性的电气测量信号M，利用其实现相对的位置测量。
标尺1此外包括多个在测量方向X上彼此相间隔的参考记号12，此处出于清楚性原因仅示出其中的一个。为了探测参考记号12，在探测单元2中设有参考记号检测器22。在利用参考记号检测器22探测参考记号12时相应产生参考记号信号R。
可从该多个参考记号12中选出一个。为了选出例如参考记号12在标尺1处设置有标记轨迹T1。在该标记轨迹T1中该选出的参考记号12关联有第一标记14。为了探测第一标记14，在探测单元2中布置有第一检测器23。在借助于第一检测器23探测该第一标记14时产生以第一探测信号A1的形式的选择信号。如果在探测单元2中同时出现参考记号信号R和第一探测信号A1，产生参考记号脉冲RI，其使该位置关联绝对位置(通过将增量的位置测量的计数器置于规定的值上)。在通过第一标记14选出的参考记号12的位置处产生参考记号脉冲RI的原理在图2中示意性地通过探测单元2的结构块40示出。
为了确保在期望的位置处同时产生参考记号信号R和第一探测信号A1，第一标记14相对于参考记号12以距离a来安装，其中，该距离a相应于参考记号检测器22和第一检测器23相互的距离a。
以未示出的方式，参考记号12也可集成在测量分度11中，如本身已知地且例如在开头所提及的文件US7,421,800B2中所示。在该情况中距离a也可选择成等于零。
为了能够利用探测单元2通过探测标尺1在该实施例中附加地也产生开关信号S1，在标记轨迹T1中在测量方向X上与第一标记14相间隔地布置有第二标记15。该第二标记15在测量方向X上比第一标记14更长。
为了探测标记轨迹T1，探测单元2具有第一检测器23和在测量方向X上与其相间隔布置的第二检测器24，其中，这两个检测器23和24相互的距离b大于第一标记14的长度I1而小于第二标记15的长度I2。因为标记轨迹T1由第一检测器23以及由第二检测器24来探测，第一检测器23在探测第一标记14时和在探测第二标记15时相应产生探测信号A1以及第二检测器24在探测第一标记14时和在探测第二标记15时相应产生探测信号A2。
探测单元2包括评估单元30，其构造成当第一检测器23生成探测信号A1以及第二检测器24同时生成第二探测信号A2时生成开关信号S1。通过使第二标记15比第一检测器23和第二检测器24相互的距离b更长以及第一标记14比该距离b更短，确保仅在第二标记15处产生开关信号S1而不在第一标记14处。为了另外确保在探测第一标记14以及参考记号12时不产生开关信号S1，第一检测器23和第二检测器24相互的距离b不同于参考记号12和第一标记14相互的距离a。
当第一检测器23位于这两个检测器23和24的该侧上(在标记轨迹T1中第一标记14相对第二标记15也布置在该侧上)时，是有利的。由此确保，在探测单元2驶入第二标记15中时，在第一检测器23驶入第二标记15中之前，总是首先第二检测器24生成探测信号S2。通过该设计方案保证，在探测第二标记15时决不会失误地生成参考记号脉冲RI。探测单元2即构造成如果仅这两个检测器23、24中的第一检测器23生成探测信号A1那么才产生参考脉冲RI。
第二标记15在该第二实施例中以有利的方式又布置在标尺1的极限位置处且开关信号S1指示该极限位置，其中，此处是探测单元2的行程的左边的终端位置。
第二实施例的标尺1具有另外的标记轨迹T2，其平行于第一标记轨迹T1在测量方向X上延伸。在该另外的标记轨迹T2中布置有另外的标记16。为了探测该另外的标记轨迹T2，探测单元2具有另外的检测器25。该另外的检测器25在探测另外的标记16时生成另外的开关信号S2。在示例中另外的标记16布置在参考记号12的右侧处，从而该另外的开关信号S2指示参考记号12右边的区域。
附加地应要求，在第二实施例中右边的和左边的终端位置也彼此可区别，对此可以以简单和可靠定的方式获得另外的信息。尤其在第一标记轨迹T1中在标尺1的右极限位置处设置有另外的标记17。该另外的标记17的长度I3在测量方向X上大于在该第一标记轨迹T1中第一标记14的长度I1。如果检测器25产生探测信号S2且同时这两个检测器23和24产生探测信号A1和A2，产生限定右边的终端位置的开关信号S3。用于产生开关信号S3的逻辑电路在图4中示意性地作为结构块50示出。
根据特别有利的光电探测原理示例性地阐述了本发明。但是本发明不限于此且也可成功地在感应的、磁性的或电容的探测原理中实现。

Claims (10)

1.一种位置测量装置，其带有标尺(1)和能够相对于此在测量方向(X)上移动的探测单元(2)，其中，所述标尺(1)具有增量的测量分度(11)以及在测量方向(X)上彼此相间隔的多个参考记号(12,13)，其中，通过探测所述参考记号中的一个(12)能够产生参考记号脉冲(RI)；所述标尺(1)具有标记轨迹(T1)，其带有第一标记(14)，其中，所述第一标记(14)与所述参考记号中的一个(12)相关联；在所述标记轨迹(T1)中在测量方向(X)上与所述第一标记(14)相间隔地布置有第二标记(15,17)，其在测量方向(X)上比所述第一标记(14)更长且通过探测所述第二标记(15,17)能够生成开关信号(S1)，其特征在于，所述探测单元(2)为了探测所述标记轨迹(T1)具有第一检测器(23)和在测量方向(X)上相间隔于此布置的第二检测器(24)，其中，这两个检测器(23,24)的相互的距离(b)大于所述第一标记(14)的长度(I1)而小于所述第二标记(15,17)的长度(I2,I3)并且所述检测器(23,24)在探测所述标记(14,15,17)中的一个时分别生成探测信号(A1,A2)，且其中，所述探测单元(2)构造成当仅这两个检测器(23,24)中的第一检测器(23)生成探测信号(A1)时产生参考脉冲(RI)而当所述第一检测器(23)以及所述第二检测器(24)生成探测信号(A1,A2)时产生所述开关信号(S1)。
2.根据权利要求1所述的位置测量装置，其中，所述第一检测器(23)位于这两个检测器(23,24)的该侧上，所述第一标记(14)相对所述第二标记(15)也布置在该侧上。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的位置测量装置，其中，多个所述参考记号(12,13)布置在所述标记轨迹(T1)中且为了探测所述参考记号(12,13)在所述探测单元(2)中布置有参考记号检测器(22)用于产生参考记号信号(R)。
4.根据权利要求3所述的位置测量装置，其中，所述参考记号检测器(22)相对于所述第一检测器(23)在测量方向(X)上以第一距离(a)来布置且所述第一标记(14)相对于相关联的所述参考记号(12)以所述第一距离(a)来布置。
5.根据权利要求4所述的位置测量装置，其中，所述第二检测器(24)相对于所述第一检测器(23)在测量方向(X)上以第二距离(b)来布置，所述第二距离(b)不同于所述第一距离(a)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的位置测量装置，其中，所述第二标记(15,17)布置在所述标尺(1)的极限位置处且所述开关信号(S1)指示所述标尺(1)的该极限位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的位置测量装置，其中，所述标尺(1)具有带有另外的标记(16)的另外的标记轨迹(T2)且所述探测单元(2)包括用于探测该另外的标记(16)的另外的检测器(25)。
8.根据权利要求7所述的位置测量装置，其中，所述探测单元(2)构造成当另外的所述检测器(25)探测另外的所述标记(16)时产生另外的开关信号(S2,S3)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的位置测量装置，其中，所述检测器(23,24,25)是光敏的检测器且所述标尺(1)的标记轨迹(T1,T2)是反射性的且所述标记(14,15,16,17)构造成吸收光的。
10.根据权利要求9所述的位置测量装置，其中，吸收光的所述标记(14,15,16,17)是能够粘贴到所述标尺(1)上的条带。
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