DE19538228C2 - Positionserfassungseinrichtung - Google Patents
PositionserfassungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungseinrichtung
zur Erfassung der Relativposition zu einem in seiner Ebene
relativ zu der Positionserfassungseinrichtung bewegbaren,
im wesentlichen ebenen Markierungsträger, wobei die
Positionserfassungseinrichtung eine
Strahlungsquellenanordnung zur Emission von auf die Ebene
des Markierungsträgers gerichteter Strahlung und eine
Detektoranordnung zum Empfang von mit dem Markierungsträger
in Wechselwirkung getretener Strahlung aufweist. Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung einer
Relativposition zweier relativ zueinander in einer
Bewegungsrichtung bewegbarer Körper, wobei an dem einen der
Körper ein im wesentlichen ebener Markierungsträger
angebracht ist und an dem anderen der Körper eine
Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der
Relativposition zu dem Markierungsträger angebracht ist.
Positionserfassungseinrichtungen werden beispielsweise zur
Erfassung der Relativposition zwischen zwei Körpern
verwendet. Bei Werkzeugmaschinen werden beispielsweise ein
zu bearbeitendes Werkstück mit einem mit Markierungen
versehenen Markierungsträger und ein bearbeitendes Werkzeug
mit der Positionserfassungseinrichtung fest verbunden und
die Relativposition zwischen Werkstück und Werkzeug durch
Ablesen des Markierungsträgers mittels der
Positionserfassungseinrichtung erfaßt. Dabei verkörpert der
im wesentlichen ebene Markierungsträger einen Maßstab,
dessen Markierungen in eine Bewegungsrichtung des
Markierungsträgers relativ zu der
Positionserfassungseinrichtung gesehen herkömmlicherweise
zueinander im wesentlichen gleichen Abstand aufweisen. Zur
Herstellung des Markierungsträgers findet beispielsweise
eine Glasplatte Verwendung, auf welche beispielsweise
mittels fotolithografischer Verfahren eine Strichteilung
aufgebracht ist. Die Striche der Strichteilung erstrecken
sich dabei im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung
und sind bei Positionserfassungseinrichtungen zur Erfassung
der Relativposition bei relativ zueinander linear
verschiebbarer Positionserfassungseinrichtungen und
Markierungsträger zueinander parallel angeordnet. Zur
Erfassung einer Drehstellung erstrecken sich die Striche im
wesentlichen radial zu einer senkrecht zum
Markierungsträger verlaufende Drehachse und sind in
Drehumfangsrichtung mit gleichem Abstand voneinander
angeordnet.
Bei einer bekannten Positionserfassungseinrichtung
beleuchtet eine Strahlungsquelle den mit einem Strichgitter
versehenen Markierungsträger mit einem Strahlungsbündel,
dessen Strahlen im wesentlichen parallel verlaufen und
dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Abstand
zwischen einzelnen Strichen des Strichgitters. Das durch
das Strichgitter und den Markierungsträger fallende Licht
trifft auf ein Analysatorgitter, welches mit einem Detektor
fest verbunden ist und welches Strichmarkierungen aufweist,
die parallel zu den Strichmarkierungen des
Markierungsträgers verlaufen. Bei einer Verschiebung des
Markierungsträgers in seiner Bewegungsrichtung relativ zur
Positionserfassungseinrichtung wird damit die Intensität
der auf den Detektor fallenden Strahlung periodisch
moduliert und durch Abzählen der Signaländerungen, d. h.
durch Inkrementieren bzw. Dekrementieren eines
entsprechenden Zählers, kann ein die Relativposition der
Positionserfassungseinrichtung zum Markierungsträger
charakterisierendes Positionssignal erzeugt werden.
Da bei dieser bekannten Positionserfassungseinrichtung eine
Vielzahl von Strichen des Strichgitters und des
Analysatorgitters zur Strahlungsmodulation beiträgt, kann
zwar eine relative Verschiebung des Markierungsträgers bzw.
eine Änderung der Position des Markierungsträgers zu der
Positionserfassungseinrichtung erfaßt werden. Es ist jedoch
mit einer derartigen Positionserfassungseinrichtung nicht
möglich, zu erfassen, an welcher Stelle eine bestimmte
Markierung des Markierungsträgers relativ zur
Positionserfassungseinrichtung angeordnet ist. Deshalb
eignet sich eine derartige Positionserfassungseinrichtung
nur zur Erfassung von Änderungen der Relativposition, es
ist jedoch nicht möglich, Relativpositionen absolut zu
erfassen. Um eine absolute Ausgangsposition für eine
darauffolgende Erfassung von Positionsänderungen
festzulegen, ist ein von der geschilderten
Positionserfassungseinrichtung unabhängiger Mechanismus
notwendig. Bei der bekannten Positionerfassungseinrichtung
beispielsweise ist es notwendig, bei einem
Versorgungsspannungsausfall und dem damit verbundenen
Verlust der Absolutposition, den Markierungsträger relativ
zur Positionerfassungseinrichtung an eine Nullposition zu
bewegen und dort den inkrementellen Zähler zurückzusetzen.
Da das Analysatorgitter der bekannten
Positionerfassungseinrichtung und das Strichgitter des
Markierungsträgers zusammenwirken müssen, um die zum
Detektor gelangende Strahlung mehr oder weniger
abzuschatten, ist darauf zu achten, daß zwischen dem Gitter
des Markierungsträgers und dem Analysatorgitter ein im
wesentlichen paralleler Strahlengang besteht. Dabei muß der
Abstand zwischen einzelnen Markierungen bzw. Strichen des
Markierungsträgers insbesondere so groß sein, daß an den
Spalten zwischen den einzelnen Strichen keine
Beugungseffekte auftreten. Dieser Abstand muß dabei
insbesondere größer sein als ein Mehrfaches des von der
Strahlungsquelle emittierten Lichts, womit der
Auflösegenauigkeit der Positionserfassungseinrichtung
natürliche Grenzen gesetzt sind. Zudem ist das
Analysatorgitter ein Bauteil, welches mit hoher Präzision
gefertigt werden muß und, da es sich über eine
Mindestdistanz in Bewegungsrichtung erstreckt, unter
Umständen wertvollen Bauraum beansprucht.
Ferner weist die bekannte Positionserfassungseinrichtung
den Nachteil auf, daß, da der Markierungsträger von der
Strahlung durchleuchtet wird, auf beiden Seiten des
Markierungsträgers Komponenten der
Positionserfassungseinrichtung angeordnet sein müssen.
Dadurch sind die Möglichkeiten, beispielsweise eine schon
bestehende Werkzeugmaschine mit einer
Positionserfassungseinrichtung zu versehen, beschränkt, da
unter Umständen der notwendige Bauraum auf beiden Seiten
des Markierungsträgers nicht zur Verfügung steht.
DE 31 27 116 C2 offenbart eine Kolben-Zylindereinheit, bei
der Markierungsbereiche an einer Kolbenstange durch Laser
strahlbeschuß mit einem Schreib-Laser und damit einhergehende
lokale Zerstörung eines lichtreflektierenden Metallfilms an
gebracht werden können. Ferner ist ein Lese-Laser vorgesehen,
dessen Strahlung mittels Lichtleiter in die Nähe der Kolben
stange und der dort angebrachten Markierungsbereiche trans
portiert wird. Die am Ende des Lichtleiters diffus austreten
de Strahlung wird von der Kolbenstange reflektiert, wobei die
reflektierte Intensität vom Anteil an intaktem Metallfilm im
Bereich des Lichtleiterendes abhängt. Ein Teil der reflek
tierten Strahlung wird von einem weiteren Lichtleiter aufge
nommen und einem Strahlendetektor zugeführt. Bei dieser An
ordnung ist die erzielbare Auflösung begrenzt durch die Größe
des Bereichs auf der Kolbenstange, auf den die diffus auftre
tende Strahlung trifft und dessen reflektierte Strahlung von
dem weiteren Lichtleiter aufgenommen wird.
Aus DE 25 00 798 A1 ist eine Positionserfassungseinrichtung
bekannt, welche nach dem Moiré-Streifenprinzip arbeitet.
Hierbei ist ein Markierungsträger mit einem Strichgitter ver
sehen, dessen Striche senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Markierungsträgers orientiert sind. Der Positionserfassungs
einrichtung ist ein weiteres Strichgitter zugeordnet, dessen
Striche gegenüber der Orientierung der Striche des Markie
rungsträgers geringfügig verkippt sind. Die bei Durchleuch
tung beider Strichgitter entstehenden Moiré-Streifen werden
zur Positionserfassung einer Hell-Dunkel-Analyse unterzogen.
Die Auflösung dieser Positionserfassungseinrichtung ist be
schränkt durch den Abstand der Moiré-Streifen, wobei deren
Abstand wiederum wesentlich größer ist als der Strichabstand
der beiden Gitter.
Ferner ist aus DE 25 40 412 B2 eine Positionserfassungsein
richtung bekannt, bei der ein linearer Strichmaßstab inkre
mentell abgetastet wird. Zum Rücksetzen des Inkrementalzäh
lers sind neben dem Strichmaßstab Magnete angeordnet, auf
welche an der Positionserfassungseinrichtung vorgesehene
Reed-Schalter ansprechen.
Die aus EP 0 638 810 A1 bekannte Positionserfassungseinrich
tung erfaßt durch differentielle Messung jeweils den Eintritt
eines Markierungsbereichs in ein auf einen Markierungsträger
fallendes Strahlenbündel bzw. den Austritt des Markierungsbe
reichs aus diesem Strahlenbündel. Zwischen diesen beiden Er
eignissen Eintritt in das bzw. Austritt aus dem Strahlenbün
del entstehenden Zwischenstellungen des Markierungsträgers
relativ zu der Positionserfassungseinrichtung können durch
diese Positionserfassungseinrichtung nicht erfaßt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Positionserfassungsein
richtung sowie ein Verfahren zur Erfassung von Positionen an
zugeben, welche eine erhöhte Meßgenauigkeit ermöglichen.
Diese Aufgabe wird unter einem ersten Aspekt durch eine Posi
tionserfassungseinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen
1 und 3 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen hierzu sind in
den hiervon abhängigen Ansprüchen angegeben.
Da das Strahlenbündel derart auf den Markierungsträger
fokussiert ist, daß es dort einen Flächenbereich trifft
bzw. diesen beleuchtet, welcher in Bewegungsrichtung
gesehen einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als
ein mittlerer Abstand zwischen den Markierungsbereichen,
ist es möglich, das Vorhandensein eines einzelnen
Markierungsbereichs in dem Flächenbereich zu erfassen.
Somit eignet sich die Positionserfassungseinrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung zur absoluten Erfassung einer
Relativposition zwischen dem Markierungsträger und der
Positionserfassungseinrichtung. Beispielsweise kann durch
eine gesteuerte Bewegung des Markierungsträgers relativ zur
Positionserfassungseinrichtung ein erster
Markierungsbereich aus einer Mehrzahl von in einer Reihe
angeordneten Markierungsbereichen in dem Flächenbereich und
damit in einer definierten Position relativ zu der
Positionserfassungseinrichtung positioniert werden.
Da jeweils nur einzelne Markierungsbereiche von dem
fokussierten Strahlenbündel beleuchtet werden, kann der
Abstand zwischen einzelnen Markierungsbereichen Werte
aufweisen, welche im Bereich der Wellenlänge der von der
Strahlungsquellenanordnung emittierten Strahlung liegen.
Somit ist es möglich, die Markierungsbereiche auf dem
Markierungsträger mit einem sehr geringen Abstand
voneinander anzubringen und den Markierungsträger mit einem
Maßstab mit einer sehr feinen Maßstabsteilung zu versehen,
womit eine präzise Erfassung der Relativposition zwischen
dem Markierungsträger und der
Positionserfassungseinrichtung ermöglicht wird.
Bevorzugterweise umfaßt die Positionserfassungseinrichtung
eine Schreibeinrichtung, welche an vorbestimmten
Sollpositionen auf dem Markierungsträger die
Markierungsbereiche erzeugt. Dadurch ist es möglich, den
Markierungsträger in bestimmungsgemäß montiertem Zustand
durch die Positionserfassungseinrichtung selbst zu eichen
und somit eine weitere Erhöhung der Präzision der
Positionserfassungseinrichtung zu erzielen.
In einem zweiten Aspekt geht die Erfindung aus von einem
Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zweier
relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung bewegbarer
Körper, wobei an dem einem der Körper ein im wesentlichen
ebener Markierungsträger angebracht ist und an dem anderen
der Körper eine Positionserfassungseinrichtung zur
Erfassung der Relativposition zu dem Markierungsträger
angebracht ist, wobei wenigstens ein von einer
Strahlungsquellenanordnung der
Positionserfassungseinrichtung emittiertes Strahlenbündel
bei jeder vorgesehenen Relativposition des
Markierungsträgers zu der Positionserfassungseinrichtung
den Markierungsträger trifft und wobei eine
Detektoranordnung der Positionserfassungseinrichtung ein
von der Intensität einer Komponente der von der
Strahlungsquellenanordnung emittierten Strahlung nach deren
Wechselwirkung mit dem Markierungsträger abhängiges
Detektionssignal abgibt, und das Verfahren einen
Detektionsschritt umfaßt, bei welchem aufgrund von durch
auf dem Markierungsträger angeordneten Markierungsbereichen
verursachten Änderungen im Detektionssignal bei einer
Relativbewegung der Positionserfassungseinrichtung zu dem
Markierungsträger deren relative Lage zueinander bestimmt
wird.
Das Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß vor dem
Detektionsschritt ein Eich-Schritt ausgeführt wird, bei
welchem der Markierungsträger relativ zu der
Positionserfassungseinrichtung an wenigstens eine
vorbestimmte Sollposition bewegt wird und an der
Sollposition mittels einer an der
Positionserfassungsvorrichtung vorgesehenen
Schreibeinrichtung wenigstens eine Markierungsanordnung an
dem Markierungsträger angebracht wird.
Das Verfahren kann mit Positionerfassungseinrichtungen aus
geführt werden, welche eine Schreibeinrichtung umfassen,
insbesondere auch mit einer Positioneinrichtung gemäß dem
ersten Aspekt der Erfindung, welche eine Schreibeinrichtung
umfaßt.
Insbesondere entstehen bei der Anwendung des Verfahrens und
bei der vorangehend genannten
Positionserfassungseinrichtung keine Fehler, welche
üblicherweise dadurch entstehen, daß ein vorab mit
Markierungsbereichen versehener Markierungsträger zu der
Positionserfassungseinrichtung ungenau ausgerichtet
montiert wird. Fällt beispielsweise bei einer
Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung einer
Drehstellung die Symmetrieachse der in Umfangsrichtung um
diese Symmetrieachse angebrachten Markierungsbereiche nicht
mit der mechanischen Drehachse des Markierungsträgers
zusammen, so entsteht beim Ablesen der Markierungsbereiche
auf dem Markierungsträger ein Rundlauffehler, welcher die
Präzision der Positionserfassungseinrichtung mindert.
Werden hingegen die Markierungsbereiche durch die
Schreibeinrichtung der Positionserfassungseinrichtung auf
dem Markierungsträger an den vorbestimmten Sollpositionen
angebracht, so fallen die Symmetrieachse der
Markierungsbereiche und die mechanische Drehachse
zwangsläufig zusammen und diese Fehlerquelle kann
eliminiert werden.
Zur Bestimmung der Sollpositionen kann beispielsweise eine
geeichte Positionserfassungseinrichtung verwendet werden,
die mechanisch an die Positionserfassungseinrichtung,
welche mit ihrer Schreibeinrichtung Markierungsbereiche an
dem Markierungsträger anbringt, gekoppelt ist.
Bevorzugterweise erfolgt das Anbringen der
Markierungsbereiche auf dem Markierungsträger mit einem
optischen Verfahren, und die Schreibeinrichtung umfaßt zur
Erzeugung eines Schreibstrahls einen Laser, insbesondere
einen Halbleiterlaser. Der Schreibstrahl wird zur Erzeugung
eines Markierungsbereichs auf vorbestimmte Weise auf den
Markierungsträger gerichtet und erzeugt dabei durch
beispielsweise eine thermisch induzierte Verformung der
Oberfläche einer Schicht des Markierungsträgers oder durch
thermisch induzierte Änderung des Reflexionsverhaltens
einer Schicht des Markierungsträgers oder durch eine
thermisch induzierte Änderung der Magnetisierung einer
Schicht des Markierungsträgers einen Markierungsbereich.
Um das Anbringen der Markierungsbereiche an den
vorbestimmten Sollpositionen mit erhöhter Genauigkeit zu
ermöglichen, sind die Strahlungsquellenanordnung und die
Schreibstrahlquelle bevorzugterweise zu einer Baueinheit
vereinigt, womit deren Abstand relativ zueinander gut
definiert ist und beispielsweise nicht durch Vibrationen
gestört ist.
Bevorzugterweise und insbesondere dann, wenn die
Positionserfassungseinrichtung mit einer Schreibeinrichtung
versehen ist, ist eine Temperaturregelung zur
Temperaturstabilisierung der Positionserfassungseinrichtung
zusammen mit dem Markierungsträger vorgesehen, um eine
weitere Erhöhung der Genauigkeit zu erzielen.
Bevorzugterweise sind die Strahlungsquellenanordnung und
die Detektoranordnung auf der gleichen Seite des
Markierungsträgers angeordnet, und die Detektoranordnung
empfängt zumindest einen Teil eines von dem
Markierungsträger reflektierten Strahlenbündels. Durch
diesen reflektierenden Strahlengang ermöglicht die
Positionserfassungseinrichtung eine erhöhte Flexibilität
bei ihrem Einbau, da nur auf einer Seite des
Markierungsträgers Bauraum für die
Positionserfassungseinrichtung vorzusehen ist. Zudem ist
keine mechanische Verbindung zwischen der
Strahlungsquellenanordnung und der Detektoranordnung
vorzusehen, welche den Markierungsträger umgreift und damit
besonders anfällig ist für durch Temperaturänderungen oder
mechanische Vibrationen verursachte Änderungen in den
räumlichen Beziehungen und damit in dem vorbestimmten
Strahlengang der Positionserfassungseinrichtung.
Bevorzugterweise ist die Strahlungsquellenanordnung und die
Detektoranordnung dabei zu einer Baueinheit vereinigt,
womit eine besonders stabile Verbindung dieser beiden
Komponenten untereinander und damit eine erhöhte Präzision
der Positionserfassungseinrichtung, insbesondere in
Hinblick auf Vibrationen, ermöglicht ist.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die Detektoranordnung
einen ortsauflösenden Strahlungsdetektor aufweist, auf
welchen der von dem Strahlenbündel getroffene
Flächenbereich auf dem Markierungsträger optisch derart
abgebildet ist, daß benachbarte Teilbereiche des
Flächenbereichs auf verschiedene Detektor-Teilbereiche des
ortsauflösenden Strahlungsdetektors abgebildet sind.
Dadurch ist es möglich, die Relativposition und Änderungen
der Relativposition des Markierungsbereichs innerhalb des
Flächenbereichs zu registrieren. Insbesondere ist es
dadurch möglich, die Richtung einer Relativbewegung
zwischen dem Markierungsträger und der
Positionserfassungseinrichtung festzustellen. Hierzu umfaßt
der ortsauflösende Strahlungsdetektor bevorzugterweise drei
Teildetektoren, wobei auf jeden Teildetektor ein
Teilbereich abgebildet ist.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß der Durchmesser des
Flächenbereichs in Bewegungsrichtung bevorzugterweise so
bemessen ist, daß er dem mittleren Abstand zwischen
Markierungsbereichen entspricht und drei in
Bewegungsrichtung nebeneinanderliegende und im wesentlichen
gleichen Durchmesser aufweisende Teilbereiche jeweils auf
einen der Teildetektoren abgebildet sind. Hierdurch kann
beispielsweise bei einer Bewegung des Markierungsträgers
relativ zu der Positionserfassungseinrichtung das Eintreten
eines Markierungsbereichs in den Flächenbereich von einer
Seite her festgestellt werden, indem ein erster der drei
Teildetektoren dies registriert. Weiterhin kann
beispielsweise durch die Teildetektoren registriert werden,
daß sich der Markierungsbereich nun bei Beibehaltung der
anfänglichen Bewegungsrichtung weiter in den dem zweiten
der Teildetektoren zugeordneten Teilbereich und von diesem
weiter in den dritten der Teilbereiche bewegt, bevor er den
Flächenbereich verläßt und ein weiterer Markierungsbereich
im Bereich des ersten Teildetektors in den Flächenbereich
eintritt.
Es ist ebenfalls vorgesehen, daß sich die
Markierungsbereiche in einem Winkel zu der
Bewegungsrichtung erstrecken und der Flächenbereich sich in
einem Winkel sowohl zu der Bewegungsrichtung als auch zu
dem Winkel der Markierungsbereiche erstreckt, wobei die
Teilbereiche des Flächenbereichs in Richtung dessen
Erstreckungsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.
Weisen die Markierungsbereiche in Bewegungsrichtung
voneinander einen vorgegebenen geringen Abstand auf, so ist
damit die Möglichkeit eröffnet, quer zur Bewegungsrichtung
sich erstreckenden Raum auf dem Markierungsträger für die
Anordnung der Teilbereiche zu nutzen, um eine feine
Ortsauflösung der Positionserfassungseinrichtung zu
realisieren.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, den Markierungsträger mit
Markierungsbereichen zu versehen, welche in einer Mehrzahl
von sich jeweils in Bewegungsrichtung erstreckenden, quer
zur Bewegungsrichtung zueinander versetzten Reihen von
Markierungsbereichen angeordnet sind. Die
Positionserfassungseinrichtung umfaßt zur Erfassung von
Markierungsbereichen aus den verschiedenen Reihen eine
Strahlungsquellenanordnung, die eine Mehrzahl
Strahlenbündel emittiert, welche auf quer zur
Bewegungsrichtung zueinander versetzte, den Positionen der
einzelnen Reihen entsprechende Stellen in der Ebene des
Markierungsträgers fokussiert sind. Ferner umfaßt die
Positionserfassungseinrichtung dabei eine
Detektoranordnung, welche eine Mehrzahl Einzeldetektoren
aufweist, wobei einem jeden der Strahlenbündel ein
Einzeldetektor zugeordnet ist. Somit ist beispielsweise die
Möglichkeit gegeben, Reihen von Markierungsbereichen
redundant auszulegen, d. h. im wesentlichen gleich zu
gestalten, um bei einer durch Verschmutzung verursachten
Störung im Bereich einer der Reihen oder bei einem Ausfall
eines Einzeldetektors weiterhin das Funktionieren der
Positionserfassungseinrichtung zu gewährleisten. Es ist
ebenfalls möglich, die Abstände zwischen den
Markierungsbereichen bei verschiedenen Reihen jeweils
unterschiedlich auszulegen, um somit eine Absolutposition
zwischen dem Markierungsträger und der
Positionserfassungseinrichtung zu kodieren. Beispielsweise
können die Abstände zwischen Markierungsbereichen einer
ersten Reihe einen Abstand von 1 µm aufweisen, die Abstände
zwischen Markierungsbereichen einer zweiten benachbarten
Reihe können voneinander einen Abstand von 2 µm aufweisen,
und die Abstände zwischen Markierungsbereichen einer
dritten benachbarten Reihe können voneinander einen Abstand
von 4 µm aufweisen usw., wobei die Abstände zwischen den
Markierungsbereichen von einer Reihe zur nächsten sich nach
einem Zweierpotenzgesetz vergrößern und womit ein digitaler
Positionierungscode in Bewegungsrichtung gebildet ist.
Somit ist es möglich, die Position des Markierungsträgers
relativ zur Positionserfassungseinrichtung absolut zu
erfassen, womit beispielsweise das zwangsläufige Anfahren
einer Nullposition bei Inbetriebnahme der
Positionserfassungseinrichtung und das daran anschließende
inkrementelle Verändern des Positionserfassungsignals im
Betrieb vermieden werden kann. Damit ist die
Positionserfassungseinrichtung insbesondere auch nach einer
Unterbrechung ihrer Stromversorgung wieder betriebsbereit
ohne eine Nullposition anfahren zu müssen.
Die Positionserfassungseinrichtung umfaßt bevorzugterweise
eine Quelle kohärenten Lichts, womit sie insbesondere dazu
geeignet ist, mit einem Markierungsträger zusammenzuwirken,
auf dem ein Markierungsbereich durch einen gegenüber seiner
Umgebung derart eingesenkten oder vorspringenden Bereich
gebildet ist, daß ein darauf gerichtetes Strahlenbündel
eine Interferenzauslöschung erfährt, was zu einer
Verminderung der Intensität des im Bereich des
Markierungsbereichs reflektierten Lichtbündels im Vergleich
zu einem Lichtbündel führt, welches außerhalb des
Markierungsbereichs von dem Markierungsträger reflektiert
wird. Die Strahlungsquelle umfaßt hierbei bevorzugterweise
einen Laser und insbesondere einen Halbleiterlaser, da ein
solcher besonders einfach in elektronische Schaltkreise
integriert werden kann.
Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die
Positionserfassungseinrichtung mit einem Markierungsbereich
zusammenwirkt, welcher die Polarisationsrichtung von darauf
fallender polarisierter Strahlung ändert. Hierzu umfaßt die
Strahlungsquellenanordnung bevorzugterweise einen
Polarisator zur Emission von polarisierter Strahlung und
die Detektoranordnung einen Polarisator zur Analyse der
Polarisationsrichtung der empfangenen Strahlung.
Bevorzugterweise ist die Positionserfassungseinrichtung
relativ zu dem Markierungsträger derart bewegbar, daß sich
das Strahlenbündel bei der Bewegung in der Ebene des
Markierungsträgers auf einer vorbestimmten Bahn bewegt.
Diese Bahn entspricht dem Verlauf einer Reihe von in der
Bewegungsrichtung benachbart angeordneten
Markierungsbereichen, wobei bei Verwendung einer Mehrzahl
Strahlenbündel mehrere dieser Reihen benachbart zueinander
angeordnet sein können. Bevorzugterweise ist die
vorbestimmte Bahn eine Gerade, womit der Markierungsträger
relativ zur Positionserfassungseinrichtung linear
verschiebbar ist, ebenfalls bevorzugt ist eine Kreisbahn,
womit sich die Positionserfassungseinrichtung zusammen mit
dem Markierungsträger als Drehgeber verwenden läßt. Es ist
jedoch ebenfalls vorgesehen, daß sich die
Positionserfassungseinrichtung und der Markierungsträger in
besonderen Fällen auf von der Geraden bzw. der Kreisbahn
abweichenden vorbestimmten Bahnen relativ zueinander
bewegen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
anhand von Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer
Positionserfassungseinrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt in Bewegungsrichtung durch
einen Markierungsträger zur Verwendung mit der in
Fig. 1 dargestellten
Positionserfassungseinrichtung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten
Markierungsträger,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen mit einer Variante der
in Fig. 1 dargestellten
Positionserfassungseinrichtung verwendbaren
Markierungsträger,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren
Variante der in Fig. 1 dargestellten
Positionserfassungseinrichtung und
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Markierungsträger zur
Verwendung mit der in Fig. 5 dargestellten
Positionserfassungseinrichtung.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine
Positionserfassungseinrichtung 1, welche relativ zu einem
Markierungsträger 3 in eine durch einen Pfeil 5
dargestellte Bewegungsrichtung 5 verschiebbar ist. In Fig.
2 ist ein Teil des in der Fig. 1 dargestellten
Markierungsträgers 3 vergrößert im Schnitt in
Bewegungsrichtung dargestellt, aus Fig. 3 ist eine
Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten Teil des
Markierungsträgers 3 ersichtlich.
Der Markierungsträger 3 weist eine Substratschicht 7 auf,
die auf ihrer der Positionserfassungseinrichtung 1
zuweisenden Seite mit einer Mehrzahl jeweils voneinander
mit einem Abstand D angeordneter Markierungsbereiche 8 mit
jeweils einer Vertiefung 9 versehen ist. Die
Substratschicht 7 ist mit einer dünnen, der Struktur der
Substratschicht 7 folgenden, die von der
Positionserfassungseinrichtung 1 emittierte Strahlung
reflektierenden Schicht 11 belegt, welche wiederum mit
einer für die Strahlung transparenten Schutzschicht 13 zur
Bildung einer planen Oberfläche 15 überdeckt ist.
Die Positionserfassungseinrichtung 1 umfaßt eine
Strahlungsquellenanordnung 16 mit einem Halbleiterlaser 17,
einer ersten Kollimatorlinse 19 und einer zweiten
Kollimatorlinse 25. Die von dem Halbleiterlaser 17
emittierte Strahlung wird durch die Kollimatorlinse 19 zu
einem parallelen Strahlenbündel 21 geformt, welches durch
einen in einem Winkel von 45° zu der Ausbreitungsrichtung
des Strahlenbündels 21 angeordneten halbdurchlässigen
Spiegel 23 tritt. Anschließend wird das Strahlenbündel 21
mittels der zweiten Kollimatorlinse 25 auf einen
Flächenbereich 27 in der Ebene der reflektierenden Schicht
11 fokussiert.
In dem Flächenbereich 27 sind drei Teilbereiche 29, 29' und
29" enthalten, welche optisch auf drei Teildetektoren 35,
35' und 35" einer Detektoranordnung 33 abgebildet werden,
wobei jedem der Teilbereiche 29, 29' und 29" einer der
Teildetektoren 35, 35' bzw. 35" zugeordnet ist. Die
Abbildung erfolgt über die Kollimatorlinse 25, durch 90°-
Reflexion an dem halbdurchlässigen Spiegel 23 sowie durch
drei Kollimatorlinsen 31, 31' und 31", von denen jeweils
eine vor einem der Teildetektoren 35, 35' bzw. 35"
angeordnet ist. Jeder der Teildetektoren 35, 35', 35" gibt
ein von der Intensität eines auf ihn einfallenden
Teilstrahlenbündels 39, 39' bzw. 39" abhängendes
Detektionssignal ab. Die Intensität eines
Teilstrahlenbündels 39, 39', 39" wird durch das
Vorhandensein eines Markierungsbereichs 8 samt einer
Vertiefung 9 in dem ihm zugeordneten Teilbereich 29, 29'
bzw. 29" moduliert. Ist kein Markierungsbereich 8 in einem
Teilbereich angeordnet, wie dies bei dem mittleren
Teilbereich 29' und dem rechten Teilbereichen 29" der
Fig. 2 und 3 der Fall ist, so wird ein Großteil der
Intensität des einfallenden Strahlenbündels 21 durch die
reflektierende Schicht 11 in die zugeordneten
Teilstrahlenbündel 39' und 39" reflektiert, und die
zugehörigen Teildetektoren 35' und 35" empfangen damit
Strahlenbündel 39' bzw. 39" mit maximaler Intensität und
geben ein entsprechendes Detektionssignal ab. In dem linken
Teilbereich 29 der Fig. 2 und 3 ist die Vertiefung 9 des
Markierungsbereichs 8 angeordnet. Das zugehörige
Teilstrahlenbündel 39 wird zu einem Teil, dem in der Fig.
3 kreuzschraffiert dargestellten Teil des Teilbereichs 29,
vom Boden der Vertiefung 9 und zum anderen Teil, dem in der
Fig. 3 einfach schraffiert dargestellten Teil des
Teilbereichs 29, von dem außerhalb der Vertiefung 9
liegenden Teil des Teilbereichs 29 reflektiert. Die Tiefe
der Vertiefung 9 ist so bemessen, daß unter
Berücksichtigung der Wellenlänge der Strahlung in dem
Medium der Schutzschicht 13 eine Interferenzauslöschung in
dem Teilstrahlenbündel 39 auftritt, wodurch der zugehörige
Teildetektor 35 eine relativ niedrige Intensität empfängt
und ein Detektionssignal abgibt, aus welchem auf das
Vorhandensein eines Markierungsbereichs 8 in dem
Teilbereich 29 geschlossen werden kann.
Bewegt sich der Markierungsträger 3 nun relativ zur
Positionserfassungseinrichtung 1 in Bewegungsrichtung 5, so
tritt der Markierungsbereich 8 samt seiner Vertiefung 9
zunächst in dem mittleren Teilbereich 29' und dann in den
rechten Teilbereich 29" der Fig. 2 und 3 ein.
Entsprechend werden die zugeordneten Teildetektoren 35' und
35" nacheinander jeweils ein Detektionssignal abgeben,
welches das Vorhandensein des Markierungsbereichs 8 in dem
entsprechenden Teilbereich 29' bzw. 29" kennzeichnet. Aus
der zeitlichen Abfolge, in der die Teildetektoren 35, 35'
und 35" derartige Detektionssignale abgeben, kann die
Richtung der Bewegung des Markierungsträgers 3 relativ zur
Positionserfassungseinrichtung 1 entnommen werden (von
links nach rechts in dem vorangehend erläuterten Beispiel).
Der Durchmesser des Flächenbereichs 27 in Bewegungsrichtung
5 ist derart bemessen, daß er dem Abstand D zwischen
einzelnen Markierungsbereichen 8 entspricht. Folglich tritt
im wesentlichen in dem Moment, in dem beispielsweise ein
Markierungsbereich 8 den Flächenbereich 27 und damit den
rechten Teilbereiche 29" nach rechts verläßt, von links
ein weiterer Markierungsbereich 8 mit einer Vertiefung 9 in
den linken Teilbereich 29 des Flächenbereichs 27 ein, womit
nach dem Teildetektor 35" nun der Teildetektor 35 ein
entsprechendes Detektionssignal abgibt und eine
Verschiebung des Markierungsträgers 3 relativ zur
Positionserfassungseinrichtung 1 um den Betrag D erfaßt
ist.
Die in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel genannten
Vertiefungen 9 sind durch ein geeignetes Prägeverfahren bei
der Fertigung des Markierungsträgers erzeugt, können jedoch
auch nach der Fertigung des Markierungsträgers durch
thermische Einwirkung eines Schreib-Lichtstrahls auf dem
Markierungsträger erzeugt sein. Dabei ist es insbesondere
möglich, daß die Interferenzauslöschung in den
Teilstrahlenbündeln nicht durch Vertiefungen sondern durch
Erhebungen in der reflektierenden Schicht 11 oder/und durch
Änderungen in der optischen Dichte der Schutzschicht 13
erzeugt wird.
Ferner ist es ebenfalls möglich, daß die Detektoranordnung
33 statt der beschriebenen drei Teildetektoren 35, 35',
35" vier oder mehr Teildetektoren umfaßt.
Im folgenden werden Varianten der Erfindung erläutert.
Einander entsprechende Komponenten sind jeweils mit
gleichen Bezugszahlen bezeichnet, zur Unterscheidung jedoch
mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung wird jeweils
auf die gesamte vorangehende Beschreibung Bezug genommen.
In Fig. 4 ist eine der Fig. 3 entsprechende Draufsicht
auf einen Markierungsträger 3b dargestellt, welcher mit
einer Variante der in Fig. 1 dargestellten
Positionserfassungseinrichtung zusammenwirkt. Hierbei wird
das Strahlenbündel auf einen Flächenbereich 27b in der
Ebene der reflektierenden Schicht des Markierungsträgers 3b
abgebildet, wobei sich der Flächenbereich 27b im
wesentlichen senkrecht zu einer Bewegungsrichtung 5b des
Markierungsträgers 3b relativ zur
Positionserfassungseinrichtung erstreckt und in diese
senkrechte Richtung in drei Teilbereiche 29b, 29b' und
29b" unterteilt ist, wobei, ähnlich der in Fig. 1
dargestellten Positionserfassungseinrichtung, jeder der
Teilbereiche 29b, 29b' und 29b" auf einen ihm zugeordneten
Teildetektor abgebildet ist.
Markierungsbereiche 8b mit Vertiefungen 9b sind in
Bewegungsrichtung 5b ebenfalls mit einem Abstand D
angeordnet, erstrecken sich jedoch unter einem Winkel von
rund 60 zur Bewegungsrichtung 5b. In der Fig. 4
dargestellt ist der Fall, bei dem eine Vertiefung 9b eines
der Markierungsbereiche 8b durch den mittleren Teilbereich
29b' verläuft und damit zu einer Intensitätsverminderung an
dem dem Teilbereich 29b' zugeordneten Teildetektor führt,
auf welchen der mittlere Teilbereich 29b' abgebildet ist.
Verschiebt sich der Markierungsträger 3b nach rechts, so
ist anschließend der in der Fig. 4 untere Teilbereich
29b" derjenige, in dem die Vertiefung 9b angeordnet ist,
und dessen zugeordneter Teildetektor somit der
Teildetektor, der ein das Vorhandensein eines
Markierungsbereichs 8b signalisierendes Detektionssignal
abgibt.
Die Funktion der in der Fig. 4 erläuterten
Positionserfassungseinrichtung ist damit prinzipiell gleich
der in der Fig. 1 erläuterten
Positionserfassungseinrichtung, jedoch wird der quer zur
Bewegungsrichtung 5b zur Verfügung stehende Raum auf dem
Markierungsträger 3b zur Unterteilung des Flächenbereichs
27b in Teilbereiche 29b, 29b', 29b" verwendet, womit für
die Teilbereiche 29b, 29b', 29b" mehr Raum zur Verfügung
steht. Bei gleicher Miniaturisierung der
Fokussierungsvorrichtungen der Teilstrahlenbündel, wie
beispielsweisen der Kollimatorlinsen 31, 31', 31" und der
Teildetektoren 35 der Fig. 1, kann der Abstand D zwischen
den einzelnen Markierungsbereichen 8b somit kleiner gewählt
werden.
In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren
Positionserfassungseinrichtung 1c gezeigt, im Unterschied
zu der in Fig. 1 dargestellten
Positionserfassungseinrichtung verläuft hier jedoch die
Bewegungsrichtung 5c eines Markierungsträgers 3c zu der
Positionserfassungseinrichtung 1c in die Zeichenebene
hinein. Eine Strahlungsquellenanordnung 16c umfaßt drei
Halbleiterlaser 17c, 17c' und 17c", drei erste
Kollimatorlinsen 19c, 19c' und 19c" eine Polarisatorplatte
37 und drei zweite Kollimatorlinsen 25c, 25c' und 25c".
Die jeweils von den Halbleiterlasern 17c, 17c' bzw. 17c"
erzeugte Strahlung wird durch die ersten Kollimatorlinsen
19c, 19c' bzw. 19c" in drei parallele Strahlenbündel 21c,
21c' und 21c" geformt. Diese sind jeweils durch die
zweiten Kollimatorlinsen 25c, 25c' und 25c" auf drei quer
zur Bewegungsrichtung 5c mit Abstand zueinander angeordnete
Stellen auf dem Markierungsträger 3c fokussiert.
Auf dem Markierungsträger 3c sind, wie aus Fig. 6 in
Draufsicht dargestellt ersichtlich, in Bewegungsrichtung 5c
drei Reihen Reihen 41, 41' und 41" von
Markierungsbereichen 8c angeordnet. Die Abstände zwischen
Markierungsbereichen 8c der in Fig. 6 obersten Reihe 41
betragen D, die der mittleren Reihe 41' betragen 2D und die
der unteren Reihe 41" betragen 4D.
Der Markierungsträger 3c ist relativ zur
Positionserfassungseinrichtung 1c derart angeordnet, daß,
wie in Fig. 6 dargestellt, Markierungsbereiche 8c der
oberen Reihe 41 und der mittleren Reihe 41' jeweils in
einem Flächenbereich 27c des Strahlenbündels 21c bzw. einem
Flächenbereich 27c' des Strahlenbündels 21c' angeordnet
sind, in einem Flächenbereich 27c" des Strahlenbündels
21c" ist kein Markierungsbereich 8c des Markierungsträgers
3c angeordnet. Von den Flächenbereichen 27c, 27c' und 27c"
jeweils nach Reflexion an einem halbdurchlässigen Spiegel
23c, Durchschreiten eines Polarisators 42 und Fokussierung
durch Kollimatorlinsen 31c, 31c' und 31c" abbildend
zugeordneten Einzeldetektoren 51, 51' und 51" registrieren
die Einzeldetektoren 51 und 51' das Vorhandensein von
Markierungsbereichen 8c in den Flächenbereichen 27c und
27c'.
Bei drei weiteren, jeweils um D zueinander verschoben
Relativpositionen des Markierungsträgers 3c zur
Positionserfassungseinrichtung 1c der in Fig. 6
dargestellten Anordnung der Markierungsbereiche 8c in den
Reihen 41, 41' und 41" ändert sich die Kombination der von
den Detektoren 51, 51' und 51" abgegebenen
Detektionssignale, womit vier Positionen des
Markierungsträgers 3c relativ zur
Positionserfassungseinrichtung 1c bestimmbar sind. Um einen
größeren Bereich von unterscheidbaren
Relativpositionsänderungen in Bewegungsrichtung 5c oder/und
eine höhere Positionsauflösung zu ermöglichen, ist jedoch
vorgesehen, statt der in den Fig. 5 und 6 vereinfachend
dargestellten drei Reihen 41, 41', 41" und der drei
zugeordneten Einzeldetektoren 51, 51', 51" eine wesentlich
größere Anzahl von Reihen und Einzeldetektoren samt der
zugehörigen abbildnden Komponenten zu verwenden, wobei der
Abstand der Markierungsbereiche innerhalb der Reihen von
Reihe zu Reihe nach einem Potenzgesetz zunimmt. Kommt in
Bewegungsrichtung über den gesamten Erstreckungsbereich der
Reihen eine Anordnungskombination der Markierungsbereiche
nur ein einziges Mal vor, so ist eine eindeutige und
absolute Erfassung der Position des Markierungsträgers
relativ zur Positionserfassungseinrichtung möglich.
Die in der Fig. 5 dargestellte
Positionserfassungseinrichtung 1c ist mit einer
Schreibeinrichtung 43 versehen, welche das Erzeugen von
Markierungsbereichen 8c auf dem Markierungsträger 3c
ermöglicht. Die Schreibeinrichtung 43 umfaßt als einer
jeden der Reihen 41, 41' und 41" zugeordnete
Schreibstrahlquelle drei Schreiblaser 45, 45' und 45",
deren emittierte Strahlung über einen halbdurchlässigen
Spiegel 47 in den Strahlengang der
Positionserfassungseinrichtung 1c eingekoppelt und mittels
der Kollimatorlinsen 25c, 25c' und 25c" auf den
Markierungsträger 3c abgebildet wird. Der Markierungsträger
3c weist unterhalb einer Deckschicht 15c eine
magnetisierbare Schicht 49 auf, welche eine Änderung der
Polarisationsrichtung der von ihr reflektierten Strahlung
in Abhängigkeit ihrer Magnetisierungsrichtung ermöglicht.
Die Magnetisierung der Schicht 49 kann lokal durch Erhitzen
mittels der durch die einzeln ansteuerbaren Schreiblaser
45, 45', 45" emittierten Strahlung und gleichzeitigem
Anlegen eines durch ebenfalls einzeln ansteuerbare
Elektromagnetanordnungen 61, 61' und 61" der
Schreibeinrichtung 43 erzeugten Magnetfeldes festgelegt
werden. Somit ist es möglich, den Markierungsträger 3c
relativ zur Positionserfassungseinrichtung 1c auf eine
vorbestimmte Sollposition einzustellen und durch wahlweises
Betätigen der Schreiblaser 45, 45', 45" und der
Elektromagnetanordnungen 61, 61', 61" einen Code aus
Markierungsbereichen 8c in den Reihen 41, 41' und 41" auf
dem Markierungsträger 3c zu erzeugen. Mit der
Positionserfassungseinrichtung 1c ist es insbesondere
möglich, die Markierungsbereiche 8c auf dem
Markierungsträger 3c in eingebautem Zustand an einer
Werkzeugmaschine oder ähnlichem zu erzeugen und somit
Einbaufehler und Ausrichtungsfehler des Markierungsträgers
3c relativ zur Positionserfassungseinrichtung 1c zu
eliminieren.
Claims (24)
1. Positionserfassungsseinrichtung zur Erfassung der Rela
tivposition zu einem im wesentlichen ebenen Markierungs
träger (3), welcher in seiner Ebene relativ zu der Posi
tionserfassungsseinrichtung (1) in eine Bewegungsrichtung
(5) bewegbar ist und eine Mehrzahl in der Ebene mit in
Bewegungsrichtung (5) gesehen im wesentlichen gleichem
Abstand voneinander angeordneter Markierungsbereiche (8)
aufweist, umfassend:
- 1. eine Strahlungsquellenanordnung (16) zur Emission von Strahlung, welche auf die Ebene des Markierungs trägers (3) gerichtet ist,
- 2. zum Empfang von mit dem Markierungsträger (3) in Wechselwirkung getretener Strahlung eine Detektor anordnung (33), welche ein von der Intensität einer Komponente der empfangenen Strahlung abhängiges Detektionssignal abgibt,
2. Positionserfassungsseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Schreibeinrichtung (43) zum
Anbringen der Markierungsbereiche (8c) an vorbestimmten
Sollpositionen auf dem Markierungsträger (3c) vorgesehen
ist.
3. Positionserfassungsseinrichtung zur Erfassung der Rela
tivposition zu einem im wesentlichen ebenen Markierungs
träger (3), welcher in seiner Ebene relativ zu der Posi
tionserfassungsseinrichtung (1) in eine Bewegungsrichtung
(5) bewegbar ist und eine Mehrzahl in der Ebene mit in
Bewegungsrichtung (5) gesehen im wesentlichen gleichem
Abstand voneinander angeordneter Markierungsbereiche (8)
aufweist, umfassend:
- 1. eine Strahlungsquellenanordnung (16) zur Emission von Strahlung, welche auf die Ebene des Markierungs trägers (3) gerichtet ist,
- 2. zum Empfang von mit dem Markierungsträger (3) in Wechselwirkung getretener Strahlung eine Detektor anordnung (33), welche ein von der Intensität einer Komponente der empfangenen Strahlung abhängiges Detektionssignal abgibt,
4. Positionserfassungsseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (33) einen
ortsauflösenden Strahlungsdetektor umfaßt und daß ein
Flächenbereich (27) in der Ebene des Markierungsträgers
(3) optisch derart auf den ortsauflösenden Strahlungs
detektor (33) abgebildet ist, daß benachbarte Teilberei
che (29) des Flächenbereichs (27) auf verschiedene Detek
tor-Teilbereiche des ortsauflösenden Strahlungsdetektors
(33) abgebildet sind.
5. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strah
lungsdetektor (33) wenigstens drei Teildetektoren (35)
umfaßt, wobei auf jeden Teildetektor (35) ein Teilbereich
(29) abgebildet ist.
6. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flä
chenbereich (27) sich in Bewegungsrichtung (5) über eine
Länge erstreckt, die im wesentlichen dem Abstand (D)
zwischen den Markierungsbereichen (8) entspricht und die
Teilbereiche (29) des Flächenbereichs (27) in Bewegungs
richtung (5) benachbart zueinander angeordnet sind.
7. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß, bei sich
in einem Winkel zu der Bewegungsrichtung erstreckenden
Markierungsbereichen (8b), der Flächenbereich (27b) sich
in einem Winkel sowohl zu der Bewegungsrichtung (5b) als
auch zu dem Winkel der Markierungsbereiche (8b) erstreckt
und die Teilbereiche (29b) des Flächenbereichs (27b) in
dieser Erstreckungsrichtung benachbart zueinander ange
ordnet sind.
8. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibeinrich
tung (43) zur Erzeugung wenigstens eines Schreibstrahls
eine Schreibstrahlquelle (45), insbesondere einen Laser,
bevorzugterweise einen Halbleiterlaser, umfaßt.
9. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16) und die Schreibstrahlquelle (45) zu
einer Baueinheit vereinigt sind.
10. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der vorange
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tempe
raturregelung zur Temperaturstabilisierung der Positions
erfassungseinrichtung (1) zusammen mit dem Markierungs
träger (3) vorgesehen ist.
11. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16) und die Detektoranordnung (33) derart
auf der gleichen Seite des Markierungsträgers (3) ange
ordnet sind, daß die Detektoranordnung (33) zumindest
einen Teil eines von dem Markierungsträger (3) reflek
tierten Strahlenbündels (39) empfängt.
12. Positionserfassungsseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellenanordnung (16)
und die Detektoranordnung (33) zu einer Baueinheit ver
einigt sind.
13. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16c) eine Mehrzahl von Strahlenbündeln
(21c) emittiert, welche auf jeweils verschiedene, quer
zur Bewegungsrichtung (5c) zueinander versetzte Stellen
(41) in der Ebene des Markierungsträgers (3c) fokussiert
sind und daß die Detektoranordnung (33c) jeweils einen
einem dieser Strahlenbündel (21c) zugeordneten Einzelde
tektor (51) umfaßt.
14. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16) eine Quelle (17) kohärenten Lichts
umfaßt.
15. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16c) eine Quelle (17c, 19c, 37) polarisier
ten Lichts umfaßt.
16. Positionserfassungsseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (33c) zur
Analyse der Polarisationsrichtung der empfangenen
Strahlung wenigstens einen Polarisationsanalysator (42)
umfaßt.
17. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16) einen Laser (17), insbesondere einen
Halbleiterlaser, umfaßt.
18. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquel
lenanordnung (16c) und die Schreibeinrichtung (43) einen
gemeinsamen Laser, insbesondere einen gemeinsamen Halb
leiterlaser, aufweisen.
19. Positionserfassungsseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Markierungs
träger (3) relativ zur Positionserfassungseinrichtung (1)
derart bewegbar ist, daß sich das Strahlenbündel (21) bei
der Bewegung in der Ebene des Markierungsträgers (3) auf
einer vorbestimmten Bahn (41) bewegt.
20. Positionserfassungsseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der Markierungsträger (3) relativ zur
Positionserfassungseinrichtung (1) linear verschiebbar
ist.
21. Positionserfassungsseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Positionserfassungseinrichtung
(1) relativ zum Markierungsträger (3) auf einer Kreisbahn
bewegbar ist.
22. Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zweier
relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung (5) beweg
barer Körper, wobei an dem einem der Körper ein im we
sentlichen ebener Markierungsträger (3) angebracht ist
und an dem anderen der Körper eine Positionserfassungs
einrichtung (1) zur Erfassung der Relativposition zu dem
Markierungsträger (3) angebracht ist, wobei wenigstens
ein von einer Strahlungsquellenanordnung (16) der Posi
tionserfassungseinrichtung (1) emittiertes Strahlenbündel
(21) bei jeder vorgesehenen Relativposition des Markie
rungsträgers (3) zu der Positionserfassungseinrichtung
(1) den Markierungsträger (3) trifft und wobei eine
Detektoranordnung (33) der Positionserfassungseinrichtung
(1) ein von der Intensität einer Komponente der von der
Strahlungsquellenanordnung (16) emittierten Strahlung
nach deren Wechselwirkung mit dem Markierungsträger (3)
abhängiges Detektionssignal abgibt,
und das Verfahren einen Detektionsschritt umfaßt, bei welchem aufgrund von durch auf dem Markierungsträger (3) angeordneten Markierungsbereichen (8) verursachten Ände rungen im Detektionssignal bei einer Relativbewegung der Positionserfassungseinrichtung (1) zu dem Markierungs träger (3) deren relative Lage zueinander bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Detektionsschritt ein Eich-Schritt ausgeführt wird, bei welchem der Markie rungsträger (3) relativ zu der Positionserfassungsein richtung (1) an wenigstens eine vorbestimmte Sollposition bewegt wird und an der Sollposition mittels einer an der Positionserfassungsvorrichtung (1) vorgesehenen Schreib einrichtung (43) wenigstens ein Markierungsbereich (8) an dem Markierungsträger (3) angebracht wird.
und das Verfahren einen Detektionsschritt umfaßt, bei welchem aufgrund von durch auf dem Markierungsträger (3) angeordneten Markierungsbereichen (8) verursachten Ände rungen im Detektionssignal bei einer Relativbewegung der Positionserfassungseinrichtung (1) zu dem Markierungs träger (3) deren relative Lage zueinander bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Detektionsschritt ein Eich-Schritt ausgeführt wird, bei welchem der Markie rungsträger (3) relativ zu der Positionserfassungsein richtung (1) an wenigstens eine vorbestimmte Sollposition bewegt wird und an der Sollposition mittels einer an der Positionserfassungsvorrichtung (1) vorgesehenen Schreib einrichtung (43) wenigstens ein Markierungsbereich (8) an dem Markierungsträger (3) angebracht wird.
23. Verfahren zur Erfassung der Relativposition nach Anspruch
22, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollpositionen in
Bewegungsrichtung (5) des Markierungsträgers (3) relativ
zur Positionserfassungseinrichtung (1) gesehen gleichen
Abstand (D) voneinander aufweisen.
24. Verfahren zur Erfassung der Relativposition nach Anspruch
22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Positions
erfassungseinrichtung (1) eine Positionserfassungsein
richtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 20 ist.
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Owner name: LOCHBIHLER, HANS, DR., 69115 HEIDELBERG, DE |
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