DE2262065C3 - Fotoelektrischer Schrittgeber - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Schrittgeber zur zweikoordinatigen vorzeichenrichtigen Messung von Objektverschiebungen mit einem nach zwei Meßkoordinatenrichtungen geteilten Meßgitter, mindestens einem dem Meßgitter über eine Abbildungsoptik zugeordneten Referenzgitter und einem in der Ortsfrequenzebene des Meßgitters angeordneten Ortsfrequenzfilter, welches bestimmte Beugungsordnungen des am Meßgitter gebeugten Lichts durchläßt.

Aus der CH-PS 4 23 278 ist bereits ein Schnttgeber zur Bestimmung der Relativlage eines Objektes nach zwei Koordinatenrichtungen mit fotoelektrischen Empfängern bekannt, bei dem auf einem auf seiner Auflageebene beliebig verschiebbaren starren Objekttisch großflächige, nach den beiden gewünschten Meßkoordinatenrichtungen orientierte Meßraster befestigt sind. Diesen Meßrastern stehen ortsfest montierte Referenzraster gegenüber, auf welche die erstgenannten Raster abgebildet werden. Den Referenzrastern sind fotoelektrische Empfänger zugeordnet, welche die das Referenzraster verlassenden Lichtflüsse in elektrische Signale umwandeln. Nachteilig bei diesem Schrittgeber ist, daß die räumlichen Abmessungen des Tisches durch die großflächigen, auf ihm befestigten Meßraster mitbestimmt werden und, bezogen auf diese Abmessungen, ein nur kleiner Meßbereich zur Verfügung steht.

Verwendet man demgegenüber, wie aus der DT-AS 15 48 707 bekannt, als Meß- und Referenzraster ein Kreuzgitter, so ergibt sich zwar ein räumlich günstigerer Aufbau, es entstehen aber zusätzliche Schwierigkeiten bei der Signalauswertung. Da die Rückmischung der am Meßgitter gebeugten Strahlungsariteile an einem in zwei Koordinaten beugenden Gitter erfolgt, erhalten die fotoelektrischen Empfänger Signale, die von beiden Koordinatenbewegungen beeinflußt sind, Der elektrische Abgleich der Verknüpfungen der Signale ist sehr schwierig (vgl. Feinwerktechnik [1971], S. 490 - 493). Außerdem treten störende Modulationen durch Streulicht auf, so daß eine einwandfreie Koordinatentrennunj! in der Praxis kaum möglich ist.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Schnttgeber anzugeben, der in der Meßebene einen räumlich günstigen Aufbau ermöglicht, ein Übersprechen der Modulation im Signal einer Koordinatenrichtung auf das Signal der anderen Koordinatenrichtung aber vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einem Schrittgeber der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schrittgebers ist in den Merkmalen des Anspruches 2 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schrittgebers wird an Hand der Zeichnung ei läutert.

Eine Lichtquelle 2 beleuchtet über einen Teiler 62 und eine; Optik 4 ein nach zwei Meßkoordinatenrichtungen geteiltes Meßgitter 1. Dieses Meßgitter ist zusammen mit dem Meßobjekt in zwei Koordinatenrichtungen x, y verschieblich gelagert. Über Optiken 4, 7 wird es auf zwe:i getrennte Lineargitter 8, 8' abgebildet. Die Teilungsrichtung des Gitters 8 ist parallel zur x-Koordinate, die Teilungsrichtung des Gitters 8' parallel zur y-Koordinate orientiert. Zwischen den Optiken 4 und 7 liegt paralleler Strahlengang vor. Er wird durch ein Ortsfrequenzfilter 65 aufgespalten. Die lichtablenkenden optischen Bauelemente des Filters 65 sind im dargestellten Fall so ausgebildet, daß sie außer der Strihlaufspaltung noch eine Phasenverschiebung von 4 2wischen Strahlkomponenten bewirken, welche sich

in der Polarisierungsrichtung um 90° unterscheiden. Demgemäß sind über Sammel-Optiken 9 entsprechend orientierte polarisierende Strahlenteiler 20 nachgeschaltet, welche den modulierten Strahlengang auf der x- bzw. y-Koordinate zugeordnete fotoelektrische Empfänger 12, 12' leiten, die in Gruppen angeordnet sind. Die Signalphasen sind durch die trigonometrischen Funktionssymbole der Verschiebestrecken symbolisiert. Die Ausgangssignale der fotoelektrischen Empfänger 12, 12' stellen Drehfeldsignale dar, aus denen in bekannter Weise Größe und Richtung der Objektgitterverschiebung in den beiden Meßkoordinatenrichtungen ermittelt werden.

Anstelle der dargestellten Lage der eine ~ -Verschiebung bewirkenden Bauelemente in der Filierebene 6 können dieselben auch im Strahlengang /wischen diesem Filter und dem jeweiligen Lineargiiter als Referenzgitter 8, 8' liegen.

Zwar ist die Erfindung im Ausführungsbeispiel als Auflichtanordnung dargestellt. Sie kann aber ohne Schwierigkeiten für Durchlicht abgewandelt werden.

Benutzt man als Meßgitter 1 ein Phasengitter, so ist die Möglichkeit gegeben, gleichzeitig mit den Meßsignalen zusätzlich Gegentaktsignale zu gewinnen, die dann in bekannter Weise zur Störanteilsbefreiung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fotoelektrischer Schrittgeber zur zweikoordinatigen vorzeichenrichtigen Messung von Objektverschiebungen mit. einem nach zwei Meßkoordinatenrichtungen geteilten Meßgitter, mindestens einem dem Meßgitter über eine Abbildungsoptik zugeordneten Referenzgitter und einem in der Ortsfrequenzebene des Meßgitters angeordneten Ortsfrequenzfilter, welches bestimmte Beugungsordnungen des am Meßgitter gebeugten Lichts durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortsfrequenzfilter (65) lichtumlenkende optische Bauteile zur Trennung der den Meßkoordinatenrichtungen zugeordneten Strahlengänge aufweist und als Referenzgitter zwei getrennte, diesen Meßkoordinatenrichtungen zugeordnete Lineargitter (8, 8') vorgesehen sind.

2. Fotoelektrischer Schrittgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ortsfrequenzfilters (65) oder zwischen dem Ortsfrequenzfilter und den Lineargittern (8, 8') optische Bauelemente vorgesehen sind, welche zwischen zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen des ausgefilterten Lichts eine optische Wegdifferenz

von τ erzeugen, und daß im jeder Meßkoordinatenrichtung zugeordneten Strahlengang ein polarisierender Teiler (20) mit zugeordneten fotoelektrischen Empfängern vorhanden ist.