DE4391632C2

DE4391632C2 - X-Y-Tischvorrichtung

Info

Publication number: DE4391632C2
Application number: DE4391632A
Authority: DE
Inventors: Wataru Ishibashi; Hongchun Teng
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: DE4391632T1; WO1993021639A1; US5408750A; GB2272523A; GB9323561D0; GB2272523B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine X-Y-Tischvorrichtung, die Objekte be wegt, die in einer X-Y-Ebene bezüglich einer Basis zu laden sind, und insbesondere eine X-Y-Tischvorrichtung, ausgestattet mit einem X-Y-Codierer, der in der Lage ist, Verschiebungen in zweidimensionalen Richtungen genau zu erkennen.

X-Y-Tische jeweils für das Platzieren eines Objektes, wie beispielsweise eines zu vermessenden oder maschinell zu bearbeitenden Werkstücks, welches an eine Soll- Position zu laden ist, werden weithin in verschiedenen Maschinen wie beispiels weise Messmaschinen, Werkzeugmaschinen und ähnlichen Maschinen benutzt.

Im Allgemeinen ist der X-Y-Tisch dieses Typs mit einer stabilen Basis, einem in der X-Richtung bezüglich der Basis bewegbaren X-Richtungsbewegungsteil und einem in Y-Richtung bezüglich des Y-Richtungsbewegungsteils beweglichen Y- Richtungsbewegungsteil (oder einem Montierteil) versehen.

Um Verschiebungen eines auf dem Montierteil geladenen Objekts in X-Richtung und in Y-Richtung zu erkennen, sind Linearcodierer zur Erkennung der Verschie bungen an den benachbarten zwei Seiten (gerichtet in der X-Richtung bzw. in der Y-Richtung) des Montierteils vorgesehen.

In dem herkömmlichen X-Y-Tisch allgemeiner Art müssen jedoch die Linearco dierer mit den äußeren Oberflächen des Montierteils befestigt sein. Dies macht die äußeren Abmessungen der Vorrichtung groß. Weiterhin sind Schutzabdeckungen erforderlich, um die Codierer, die außerordentlich präzise Vorrichtung darstellen, vor Staub und/oder externen Schocks zu schützen, da andernfalls die Codierer der äußeren Atmosphäre ausgesetzt sind. Zwei separate Codierer sind für die beiden Achsen zu benutzen, was zu hohen Herstellungskosten führt und eine kompli zierte Verdrahtung erfordert. Weiterhin ist das Objekt auf dem Montierteil gegen über den Linearcodieren verschoben. Damit bestand ein Problem darin, dass eine kleine Verschiebung und/oder ein Spiel des Tisches direkt nachteilig auf die Messgenauigkeit wirkt.

Aus der DE 29 45 175 A1 ist eine X-Y-Tischvorrichtung bekannt, welche einen in X- und Y-Richtung beweglichen Wagen umfasst, worauf ein zu vermessender Gegenstand angebracht werden kann. Eine als Kreuzgitter ausgebildete Verschie bungserkennungseinrichtung ist unmittelbar an der Unterseite des Wagens ange bracht, weil eine Abtasteinrichtung an der Basis der Tischvorrichtung angeordnet ist.

Aus der DE 39 04 898 A1 ist ein Drei-Gitter optischer Codierer bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, einen X-Y- Tisch anzugeben, der eine einfache und kleine Struktur aufweist und verbesserte Messgenauigkeit vorsieht.

Um dieses technische Problem zu lösen, sieht die Erfindung eine X-Y- Tischvorrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aufweist: eine Ba sis; ein Richtungsbewegungsteil, das auf der Basis vorgesehen und in X-Richtung hinsichtlich der Basis beweglich ist; ein Montierteil, das auf dem X- Richtungsbewegungsteil vorgesehen und in Y-Richtung hinsichtlich des X- Richtungsbewegungsteils beweglich ist und das in der Lage ist, Objekte zu laden; und eine Verschiebungserkennungseinrichtung zum Erkennen von Verschiebun gen des Montierteils hinsichtlich der Basis, die einen photoelektrischen Kreuzgit ter-Codierer umfasst. Im zentralen Bereich der Basis ist ein kreisförmiger Hohl raum ausgebildet und im zentralen Bereich des X-Richtungsbewegungsteils ist ein durchgehendes Längsloch ausgebildet, das sich in Y-Richtung erstreckt. Die Verschiebungserkennungseinrichtung umfasst einen als Drei-Gitter-Codierer ausge bildeten photoelektrischen Codierer und weist eine Erkennungswelle auf, die sich von dem Montierteil aus durch das Längsloch des X-Richtungsbewegungsteils hindurch erstreckt. Die Hauptskala des photoelektrischen Codierers ist auf dem dem Montierteil entgegengesetzten Ende der Erkennungswelle derart angeordnet, dass die Hauptskala in dem Hohlraum der Basis angeordnet ist, wobei die Haupt skala als ein erstes, reflektierendes matrixförmiges Flächengitter ausgebildet ist, und die Verschiebungserkennungseinrichtung eine Indexskala aufweist, die am Boden des Hohlraums der Basis parallel zur Hauptskala angeordnet ist, wobei diese ein zweites Kreuzgitter umfasst, das dem lichtemittierenden Element des photoelektrischen Codierers zugeordnet ist, und ein weiteres drittes Kreuzgitter umfasst, das dem lichtempfangenden Element des photoelektrischen Codierers zugeordnet ist.

Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung eine X-Y-Tischvorrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Gitter eines transparenten Typs ist und im Mittelbereich der Indexskala vorgesehen ist, wobei das dritte Gitter eines transparenten Typs an dem äußeren peripheren Bereich des zweiten Gitters vorge sehen ist, wobei lichtemittierende Elemente an der rückwärtigen Seite des zweiten Gitters vorgesehen sind, und dass ein lichtempfangendes Element auf der rück wärtigen Seite des dritten Gitters vorgesehen ist.

Mit dem Y-Y-Tisch gemäß der vorliegenden Erfindung werden Verschiebungen des Montierteils (geladenes Objekt) in der X- und der Y-Richtung durch eine ein zige Verschiebungserkennungseinrichtung erkannt, was zu einer Verkleinerung und zu geringen Herstellungskosten des Tisches führt. Weiterhin kann die Mess genauigkeit verbessert werden, da die Verschiebungserkennungseinrichtung im We sentlichen auf dem zentralen Bereich des Montierteils angeordnet werden kann.

Der X-Y-Codierer, der nun betrachtet wird, hat eine Hauptskala und eine Index skala, die einander gegenüberliegend in der Weise angeordnet sind, dass sie die Verschiebungen in zweidimensionalen Richtungen messen. Eine der Skalen ist mit der Basis befestigt und die andere bewegliche Skala ist durch eine Erken nungswelle verbunden, die mit einem Fixierloch, das in dem Montierteil ausgebil det ist, befestigt ist. Wenn der X-Y-Codierer und der Tisch nicht in hoher Genau igkeit in diesem Fall positioniert sind, besteht das Problem, dass der X-Y- Codierer eine Verschiebung in einer Y-Richtung ausgibt, obwohl der Tisch bei spielsweise nur in einer Richtung bewegt wird. Dieses Problem tritt nicht auf, wenn Codierer längs der X- bzw. der Y-Richtung angeordnet sind.

Es ist demgemäß ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine X-Y- Tischvorrichtung mit einem Mechanismus zu schaffen, um ein relatives Positio nieren zwischen dem X-Y-Codierer und dem Tischteil präzise durchzuführen.

Drittens ist eines X-Y-Tischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung da durch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Basis; ein erstes axial sich bewe gendes Teil, das so vorgesehen ist, dass es in einer ersten Axialrichtung in einem zweidimensionalen Bereich hinsichtlich der Basis beweglich ist; ein Montierteil, das in einer zweiten Axialrichtung in dem zweidimensionalen Bereich hinsichtlich des ersten axial sich bewegenden Teils beweglich ist, zum Laden von Objekten; einen X-Y-Codierer mit einer massiven zylindrischen oder hohlen zylindrischen Erkennungswelle, die mit einer Montierbohrung verbunden ist, die in dem Mon tierteil ausgebildet ist, und eine Hauptskala und eine Indexskala, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei eine der Haupt- und der Indexskalen mit der Basis befestigt ist, zum gleichzeitigen Erkennen von Verschiebungen der Basis in der ersten und der zweiten Richtung; und eine Justierreinrichtung mit drei parallelen Stiften, die in der Montierbohrung des Montierteils so vorgesehen sind, dass sie teilweise von der inneren peripheren Wand der Montierbohrung herausra gen, wobei die drei parallelen Stifte drei Linien zum Unterstützen der Erken nungswelle definieren, und wobei der Hebel zum Rotieren der Erkennungswelle und Justieren einer relativen Rotationswinkelposition zwischen dem Montierteil und dem X-Y-Codierer vorgesehen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Justiereinrichtung, die drei parallele Stifte aufweist, die in der Montierbohrung des Montierteils so vorgesehen sind, daß sie teilweise von der inneren peripheren Wand der Montierbohrung hervorstehen, wobei die drei parallelen Stifte drei Linien zur Unterstützung der Erkennungswelle definieren, und einen Hebel aufweist, der die Erkennungswelle rotiert und zwar zur Justierung einer relativen Drehwinkelposition zwischen dem Montierteil und dem X-Y- Codierer, eine relative Positionierung leicht mit einer hohen Genauigkeit realisieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun an Hand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die allgemeine Struktur eines X-Y Tisches gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Tisches längs der Linie II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Tisches längs der Linie III-III nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht, die die Struktur des Verschiebungserkennungs bereichs des Tisches nach der Ausführungsform nach Fig. 1 darstellt;

Fig. 5 eine Ansicht, die eine allgemeine Struktur eines photoelek trischen Codierers darstellt, der in der Ausführungsform nach Fig. 1 benutzt wird;

Fig. 6 eine Ansicht, die eine Anordnung eines lichtemittierenden Elements und lichtempfangender Elemente des photoelek trischen Codierers bezüglich der zuvor erwähnten Ausfüh rungsform zeigt;

Fig. 7 eine Ansicht, die die Hauptskala (erstes Gitter) des photo elektrischen Codierers bezüglich der zuvor erwähnten Aus führungsform darstellt;

Fig. 8 eine Ansicht, die die Indexskala (zweites und drittes Gitter) des photoelektrischen Codierers bezüglich der zuvor erwähn ten Ausführungsform zeigt;

Fig. 9 eine Ansicht, die das Verschiebungserkennungsprinzip des photoelektrischen Codierers der zuvor erwähnten Ausfüh rungsform erklärt;

Fig. 10 eine Ansicht, die die Positionsverschiebung zwischen dem Montierteil und dem Codierer zeigt;

Fig. 11 eine Ansicht der Struktur eines Positionsverschiebungsanpas sungsbereichs der Ausführungsform;

Fig. 12 eine Ansicht, die zeigt, daß die Drehachse bzw. der Dreh punkt fixiert ist, bei der Justierung der Positionsverschie bung der zuvor erwähnten Ausführungsform; und

Fig. 13 eine Ansicht, die darstellt, wie die Drehachse bzw. der Drehpunkt abweicht, wenn sie nur durch einen Satz Schrau ben befestigt ist.

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Draufsicht der grundsätzlichen Struktur eines X-Y-Tisches gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-II nach Fig. 1 und Fig. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie III-III nach Fig. 1.

In diesen Figuren weist der gezeigte X-Y-Tisch 10 eine Basis 12 auf, ein X-Richtungsbewegungsteil 14, das auf der Basis 12 vorgesehen ist, um in der Richtung beweglich zu sein, die mit einem Pfeil X dargestellt ist, ein Montierteil (Y-Richtungsbewegungsteil) 18, das so vorgesehen ist, daß es beweglich hinsichtlich des X-Richtungsbewegungsteils 14 in der Richtung ist, die durch einen Pfeil Y dargestellt ist, und eine Verschiebungserken nungseinrichtung (ein X-Y-Codierer) 20 zum Erkennen von Verschiebun gen des Montierteils 18 bezüglich der Basis 12 in der X- und Y-Rich tung. Die Verschiebungserkennungseinheit 20 schließt eine Hauptskala 24 und eine Indexskala 26 ein, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.

Eine Erkennungswelle 22 erstreckt sich nach unten von dem Montierteil 18 und die Hauptskala 24 ist am unteren Ende der Erkennungswelle 22 vorgesehen.

Die Indexskala 26 ist in der Basis 12 so vorgesehen, daß sie korrespon dierend zu der Hauptskala 24 ausgestaltet ist. Die Verschiebungen des Montierteils 18 in der X- und Y-Richtung werden durch die relative Bewegung zwischen der Hauptskala 24 und der Indexskala 26 erkannt.

Das X-Richtungsbewegungsteil 14 ist auf der Basis 12 mittels Rollen 28 unterstützt (Fig. 3). Wenn das entfernte Ende eines Mikrometerkopfes 30, der mit dem Mikrometerkopfunterstützungsbereich 12a der Basis 12 fixiert ist, vorgetrieben wird durch Rotieren des Griffes 32 des Mikrome terkopfes 30, kann das Montierteil 18 gedrückt werden, um in eine X- Richtung (zu der linken Seite in Fig. 2) gegen die Basis 12 bewegt werden.

Spannfedern 40 und 42 sind zwischen Armen 34 gespannt, die sich nach außen von beiden Seiten des Kopfunterstützungsbereichs 12a und Ver bindungsbereichen 36 und 38 erstrecken. Wird das entfernte Ende des Kopfes 30 zurückgezogen durch Rotieren des Griffes 32 in der entgegen gesetzten Richtung, so wird das X-Richtungsbewegungsteil 14 in eine X- Richtung (zu der rechten Seite in der Figur) durch die Spannung der Spannfedern 40 und 42 bewegt. Eine Kreisöffnung 44 ist in dem Mitten bereich der Basis 12 ausgebildet. Da die Erkennungswelle 22 sich durch die Öffnung 44 erstreckt, schränkt die Erkennungswelle 22 die Bewegung des X-Richtungsbewegungsteils 14 in der X-Richtung nicht ein.

Das Montierteil 18 ist auf dem X-Richtungsbewegungsteil 14 mittels Rollen 45 unterstützt. Wenn das entfernte Ende eines Mikrometerkopfes 46, der mit dem Mikrometerunterstützungsbereich 14a des X-Richtungs bewegungsteils 14 fixiert ist, nach vorn bewegt wird durch Rotieren des Griffes 48 des Mikrometerkopfes 46, wird das Montierteil 18 gedrückt, um in eine Y-Bewegung (zu der rechten Seite in Fig. 3) bewegt zu werden. Spannfedern 58 und 60 sind zwischen Armen 50 gespannt, die sich nach außen erstrecken von beiden Seiten des Kopfunterstützungsbereichs 14a und Verbindungsbereichen 54 und 56 auf beiden Seiten des Montierteils 18. Wenn das entfernte Ende des Kopfes 46 zurückgezogen wird durch ein Rotieren des Griffes 48 in die entgegengesetzte Richtung, wird das Montierteil 18 in eine Y-Richtung (zu der linken Seite in Fig. 3) bewegt.

Ein Langloch 62, das sich in Y-Richtung erstreckt, ist in dem Mitten bereich des X-Richtungsbewegungsteils 14 ausgebildet. Da die Erken nungswelle 22 sich durch das Langloch 62 erstreckt, beschränkt die Erkennungswelle 22 nicht die Bewegung des Montierteils 18 in der Y- Richtung.

Wie zuvor beschrieben, kann bei dem X-Y-Tisch gemäß dieser Aus führungsform das Montierteil 18 in der X- und Y-Richtung um erforder liche Strecken durch Rotieren der Griffe 32 und 48 der Mikrometerköpfe 30 bzw. 46 bewegt werden.

In der vorliegenden Erfindung werden Verschiebungen des Montierteils 18 bezüglich der Basis 12 durch eine einzige Verschiebungserkennungsein richtung 20 erkannt. Hierfür wird ein photoelektrischer Codierer 20 als Verschiebungserkennungseinrichtung benutzt.

Insbesondere, wie klar aus der vereinfachten Ansicht nach Fig. 4 ersehen werden kann, erstreckt sich die Erkennungswelle 22 nach unten von dem Montierteil 18 zu der Basis 12 in der Weise, daß die relative Verschie bung zwischen der Hauptskala 24 am distalen bzw. entfernten Endbereich der Erkennungswelle 22 und der Indexskala 26, die an der Basis 12 befestigt ist, erkannt wird.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des photoelektrischen Codierers 20 und Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI nach Fig. 5. In diesen Figuren sind auf den unteren Oberflächen der Indexskala 26 in Fig. 5 ein lichtemittierendes Element 70 und acht lichtempfangende Elemente 72a, 72b, . . . 72h angeordnet.

Die Kontaktfahnen des lichtemittierenden Elements 70 und der licht empfangenden Elemente 72 sind auf einer gedruckten Schaltungsplatte 74 befestigt.

Wie Fig. 7 zeigt, ist ein erstes Gitter 76 auf der Hauptskala 24 ausgebil det. Das erste Gitter 76 ist ein Reflexionstypgitter, das rechtwinklige langförmige bzw. flächenförmige Reflexionsgitterbereiche 78 ₁₁, 78 ₁₂, . . ., 78 _1n; 78 ₂₁, 78 ₂₂ . . ., 78 _2n; . . .; 78_m1, 78_m2, . . . 78_mn in Form einer Matrix aufweist. Felder der Gitterbereiche 78 längs der X-Achse (Zeile) weisen ein Gitter auf, das zu der Y-Achse in einem Abstand P₁ parallel ist, und Felder der Gitterbereiche 78 längs der Y-Achse (Spalte) umfassen ein Gitter parallel zu der X-Achse in einem Abstand P₁'.

Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, hat die Indexskala 26 ein zweites Gitter 80 und dritte Gitter 82a, 82b, . . ., 82h. Das zweite Gitter 80 ist ein transparentes Gitter, das dreieckförmige transparente Gitterbereiche 84a, 84b, . . ., 84d aufweist, die in der X-Richtung und in der Y-Richtung in der Weise angeordnet sind, daß die Reihen der transparenten Gitterbe reiche die Spalten der transparenten Gitterbereiche kreuzen, die dem lichtemittierenden Element 70 entsprechen. Die dritten Gitter 82a, 82b, . . ., 82h, die den lichtempfangenden Elementen 72a, 72b, . . ., 72h ent sprechen, sind in der X-Richtung und in der Y-Richtung so angeordnet, daß sie einander kreuzen.

Licht L, das von dem lichtemittierenden Element 70 emittiert worden ist, wird von dem ersten Gitter 76 durch die zweiten Gitterbereiche 84a, 84b, . . ., 84d reflektiert. Das reflektierte Licht wird von den lichtempfan genden Elementen 72a, 72b, . . ., 72h durch die dritten Gitter 82a, 82b, . . ., 82h empfangen.

Bei dem photoelektrischen Codierer gemäß dieser Ausführungsform dienen zum Erkennen relativer Bewegungen in der X-Richtung die zweiten Gitterbereiche 84a und 84b, das Feld in der Reihenrichtung der ersten Gitterbereiche 78, die dritten Gitterbereiche 82a, 82b, 82c und 82d und die lichtempfangenden Elemente 72a, 72b, 72c und 72d dienen jeweils als ein drei-gitterartiger Verschiebungsdetektor. Hinsichtlich relati ver Bewegungen in der Y-Richtung dienen die zweiten Gitterbereiche 84c und 84d, das Feld in der Spaltenrichtung der ersten Gitterbereiche 78 und die dritten Gitterbereiche 82e, 82f, 82g und 82h jeweils als ein drei- gitterartiger Verschiebungsdetektor.

Das Prinzip des drei-gitterartigen Verschiebungsdetektors ist in Fig. 9 dargestellt, wobei Verschiebungen durch Variation der Überlappungsgrade der drei Gitter erkannt werden, wie dies im Journal of the Optical Society of America, 1965, Vol. 55, No. 4, Seiten 373-381 erklärt wird.

Der in Fig. 9 dargestellte drei-gitterartige Verschiebungsdetektor schließt ein zweites Gitter 80 und ein drittes Gitter 82 ein, die parallel zuein ander angeordnet sind, ein erstes Gitter 76, das zwischen und parallel zu dem zweiten und dem dritten Gitter 80 und 82 so angeordnet ist, daß es relativ zu diesem beweglich ist, ein lichtemittierendes Element 70, das an der linken Seite des zweiten Gitters 80 in Fig. 9 plaziert ist und ein lichtempfangendes Element 72, das an der rechten Seite des dritten Gitters 82 in Fig. 9 angeordnet ist.

Licht, das von dem lichtemittierenden Element 70 emittiert worden ist, kommt an dem lichtempfangenden Element 72 über das zweite Gitter 80 an, das erste Gitter 76 und das dritte Gitter 82 an. Das illuminierende Licht, das von den Gittern 80, 76 und 82 eingeschränkt ist, wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen Vorverstärker 86 so verstärkt, daß es als erkannte Signale s ausgegeben wird.

Wenn sich beispielsweise das erste Gitter 76 relativ in X-Richtung be züglich des zweiten Gitters 80 und des dritten Gitters 82 bewegt, ändert sich graduell der Betrag des Illuminationslichtes von dem lichtemittieren den Element 70, das von den Gittern 80, 76 und 82 abgeschirmt ist, und die resultierenden Signale s werden in einer im wesentlichen sinusförmi gen Form ausgegeben. Da der Abstand P₁ des ersten Gitters 76 der Wellenlänge P der erkannten Signale s entspricht, wird die relative Bewegung des Referenzgitters 76 durch die Wellenlänge der erkannten Signale s gemessen und ihres geteilten Wertes.

Basierend auf dem Prinzip, und zwar durch Vorsehen des ersten Gitters 76 auf der Hauptskala 24 und durch Vorsehen des zweiten Gitters 80 und des dritten Gitters 82 auf der Indexskala 26 können die Größe der relativen Bewegungen der Skalen 24 und 26, d. h. die Größe der relativen Bewegung zwischen dem Montierteil 18 und der Basis 12 erkannt wer den.

In dieser Ausführungsform bilden jene Reihen der Gitterbereiche 78 des ersten Gitters 76, die nebeneinander in der X-Richtung angeordnet sind, ein Gitter, das parallel mit der Y-Achse ist und einen Abstand von P₁ hat, und jene Spalten der Gitterbereiche 78, nebeneinander in der Y- Richtung angeordnet sind, bilden ein Gitter, das parallel mit der X- Achse ist und einen Abstand von P₁' hat.

Die Gitterbereiche 84a und 84b des zweiten Gitters 80 sind mit Gittern gebildet, die jeweils einen Abstand von P₂ längs der Y-Achse haben und die Gitterbereiche 84c und 84d sind mit Gittern gebildet, die jeweils einen Abstand von P₂' längs der X-Achse haben.

Die dritten Gitter 82a, 82b, 82c und 82d bilden Gitter für die Ax-Phase, die Ax'-Phase, the Bx-Phase und die Bx'-Phase, die jeweils einen Abstand von P₃ parallel zu der Y-Achse haben. Die dritten Gitter 82e, 82f, 82g und 82h bilden Gitter für die Ay-Phase, Ay'-Phase, By-Phase und By'- Phase, die jeweils einen Abstand P₃' parallel zu der X-Achse haben.

Unter Berücksichtigung dessen und unter der Annahme, daß Ax = 0°, dann ergibt sich gegenüber Ax
Ax' = 180° (unterscheidend um 1/2 P₃)
Bx = 90° (unterscheidend um 1/4 P₃)
Bx' = 270° (unterscheidend um 3/4 P₃); und
ebenso voraussetzend, daß Ay = 0°, so ergibt sich gegenüber Ay
Ay' = 180° (unterscheidend um 1/2 P₃')
By = 90° (unterscheidend um 1/4 P₃')
By' = 270° (unterscheidend um 3/4 P₃')

Die Skalen sind entsprechend gebildet.

Im Ergebnis können Ax-Phasensignale, Ax'-Phasensignale, Bx-Phasensignale und Bx'-Phasensignale, deren Phasen sich um π/2 nacheinander unter scheiden, von den lichtempfangenen Elementen 72a, 72b, 72c und 72d erhalten werden. Eine Ax-Phasen-Ausgabe wird erhalten durch differen tielles Verstärken der Ax- und Ax'-Phasen, und eine Bx-Phasen-Ausgabe kann erhalten werden durch differentielles Verstärken der Bx- und Bx'- Phasen. Der Richtungssinn der relativen Bewegungen der Skalen längs der X-Achse kann gekannt werden durch den Verschiebungssinn der Ax- Phase und der Bx-Phasenausgabe oder ähnlicher Größen.

Eine elektrische Teilung der erkannten Signale sieht eine hohe Auflö sungsleistungserkennung der Verschiebung vor.

Andererseits kann die Ay-Phase, die Ay'-Phase, die By-Phase und die By'-Phasensignale, deren Phasen sich um π/2 nacheinander unterscheiden, von den lichtempfangenen Elementen 72e, 72f, 72g und 72h erhalten werden und der jeweilige Richtungssinn der Verschiebungen der Skalen 24 und 26 längs der Y-Achse und deren relative Verschiebungen kann auch in einer ähnlichen Weise längs der X-Achse erkannt werden.

Wie zuvor erklärt wurde, können der jeweilige Richtungssinn und die Längen der Verschiebungen in der X- und der Y-Achse durch den photoelektrischen Codierer gemäß dieser Ausführungsform erkannt wer den. In dieser Ausführungsform haben die Gitterbereiche 78, die in der Reihenrichtung zum Erkennen der Bewegungen in der X-Richtung ausge richtet sind, und die Gitterbereiche 78, die in der Spaltenrichtung zum Erkennen der Bewegungen in der Y-Richtung ausgerichtet sind, unter schiedliche Abstände voneinander. So sind die Skalen in der Reihen richtung mit einem relativ groben Abstand P₁ ausgebildet in der Weise, daß die Bewegungen in der X-Richtung mit einer hohen Geschwindigkeit gelesen werden können, während die Skalen in der Spaltenrichtung mit einem relativ feinen Abstand P₁' in der Weise ausgebildet sind, daß Bewegungen in der Y-Richtung mit einer hohen Auflösung gelesen werden können.

Auf diese Weise können die Abstände entsprechend der Bewegungs charakteristiken des Montierteils 18 bestimmt werden. Zusätzlich können die Gitter gemäß den Abständen genau durch dasselbe Herstellungsver fahren wie ein herkömmliches Gitter gebildet werden.

Die folgenden Abstände werden bevorzugt verwendet:
P₁ = 40 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 20 µm)
P₂ = 160 µm (Die Länge des hellen Bereichs = 40 µm, die Länge des dunklen Bereichs = 120 µm)
P₃ = 80 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 40 µm)
P₁' = 20 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 10 µm)
P₂' = 80 µm (Die Länge des hellen Bereichs = 20 µm, die Länge des dunklen Bereichs = 60 µm)
P₃' = 40 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 20 µm).

Wenn der Abstand des zweiten Gitters größer gemacht wird als der des ersten Gitters und die Länge seines lichttransparenten Bereichs nicht größer ausgestaltet ist als der Abstand des ersten Gitters in dieser Art, wird die Inkohärenz des illuminierenden Lichtes, das durch das zweite Gitter hindurchgelaufen ist, verbessert und das Verhältnis S/N der erfaßten Signale wird groß gemacht. Somit können die Signale in einfacher Weise bearbeitet werden und die Verschiebungen können mit einer hohen Genauigkeit erkannt werden.

Die folgenden Abstände werden auch bevorzugt verwendet:
P₁ = 100 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 50 µm)
P₂ = 400 µm (Die Länge des hellen Bereichs = 100 µm, die Länge des dunklen Bereichs = 300 µm)
P₃ = 200 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 100 µm)
P₁' 40 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 20 µm)
P₂' = 160 µm (Die Länge des hellen Bereichs = 40 µm, die Länge des dunklen Bereichs = 120 µm)
P₃' = 80 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 40 µm).

Weiterhin werden auch die folgenden Abstände bevorzugt verwendet:
P₁ = 20 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 10 µm)
P₂ = 20 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 10 µm)
P₃ = 20 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 10 µm)
P₁' = 10 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 5 µm)
P₂' = 10 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 5 µm)
P₃' = 10 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 5 µm).

Wenn die Abstände des ersten, zweiten und dritten Gitters gleichgemacht werden und der Gitterabstand zwischen der Hauptskala 24 und der Indexskala 26 auf d eingestellt wird und

P₁ = 20 µm < P₁' = 10 µm

wie in diesem Beispiel, kann ein X-Y-Codierer realisiert werden, in welchem Ausgabe wenig variieren trotz der Änderung des Gitterabstandes d zwischen der Hauptskala 24 und der Indexskala 26 durch Einstellen des Gitterabstandes d auf:

d ≧ P₁ ²/2λ

wobei λ eine Durchschnittswellenlänge der Lichtquelle (lichtemittierendes Element) 70 ist.

Ist P₁ = P₁', kann einer der beiden Werte angenommen werden.

Die Merkmale dieser Struktur sind die folgenden:

1. Ein Signal der zwei Abstände P₁ wird ausgegeben, wenn die Zufuhr um einen Abstand P₁ in der X-Richtung gemacht wird. Somit wird ein Signal, das optisch in zwei geteilt wird, erhalten. Dies erleichtert es, eine elektrische Teilungsschaltung aufzubauen; und
2. da die Variation des Gitterabstandes d kleine zuwiderlaufende Wirkungen verursacht, ist es für eine Systemstruktur mit einem feinen Abstand P₁ oder P₁', die nicht größer als 40 µm ist, geeignet.

Weiterhin werden die folgenden Abstände bevorzugt verwendet:
P₁ = 40 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 20 µm)
P₂ = 80 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 40 µm)
P₃ = 80 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 40 µm)
P₁' = 10 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 5 µm)
P₂' = 10 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 5 µm)
P₃' = 10 µm (Die Länge des hellen Bereichs = die Länge des dunklen Bereichs = 5 µm).

Wenn die Zufuhr um einen Abstand in der X-Richtung bei dieser Struktur ausgeführt wird, wird ein Ausgabesignal eines Abstandes P₁ erzeugt. Andererseits wird, wenn die Zufuhr um einen Abstand P₁' aus geführt wird, ein Ausgangssignal von zwei Abständen P₁' erzeugt. Damit ist diese Struktur für eine hohe Geschwindigkeit und eine geringe Auflö sungsleistungserkennung der X-Richtungverschiebung und eine geringe Geschwindigkeit und eine hohe Auflösungsleistungserkennung der Y- Richtungsverschiebung geeignet.

Mit der vorliegenden Erfindung kann das erste Gitter 76 in einem weiten Bereich so ausgebildet werden, daß der Erkennungsbereich ver größert wird. Die Form des ersten Gitters 76 kann bestimmt werden durch Berücksichtigung der relativen Bewegung zwischen der Hauptskala und der Indexskala und ähnlichen. Es ist möglich, das matrixförmige Land- bzw. Flächengitter als einen transparenten Bereich auszubilden und den Bereich 89, der nicht ein Bereich der Fläche ist, als einen reflektie renden Bereich auszubilden.

Wenn der X-Y-Codierer 20 mit dem unteren Bereich des Montierteils 18 verbunden ist, ergibt sich aus der relativen Rotationswinkelposition zwi schen dem Montierteil 18 und der Hauptskala 24 des X-Y-Codierers ein Problem. Hierzu betrachtet man den Fall, bei dem die X-Achse des Montierteils 18 geneigt ist und zwar von der X-Achse des Montierteils 18, wie in Fig. 10 gezeigt. Dies bedeutet, daß selbst wenn das Montier teil 18, nur in der X-Richtung bewegt wird, nicht nur ein X-Richtungs ausgabesignal, sondern auch ein Y-Richtungsausgabesignal gebildet wird.

Wie unten beschrieben, hat eine weitere Ausführungsform der vorliegen den Erfindung eine Einrichtung zum Justieren der Neigung zwischen dem Montierteil 18 und der Hauptskala 24.

Fig. 11 zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Blockes 100, der einstückig auf dem Montierteil 18 mit einem Bereich einer Erken nungswelle 22 des X-Y-Codierers vorgesehen ist, der jeweils mit dem Montierbereich 18 befestigt ist.

Der Block 100 ist mit einer Montierbohrung 101 ausgebildet, in die der entfernte Bereich 102 der festen zylindrischen Erkennungswelle 22 fest eingefügt ist. Drei parallele Stifte 103a, 103b und 103c werden vorher in die innere periphere Wand der Montierbohrung 101 eingebettet, die umfänglich in Abständen von 120° angeordnet sind. Die zwei parallelen Stifte 103a und 103b werden fest montiert in der Montierbohrung 101 in der Weise, daß ihre inneren Bereiche sich nach innen von der periphe ren Wand des Montierlochs 101 über ihre Länge erstrecken. Der ver bleibende Stift 103c ist radial beweglich in der Montierbohrung 101 mit einem Spiel, das zwischen dem Stift 103c und dem entfernten Bereich 102 der Erkennungswelle vorgesehen ist und kann gegen den entfernten Endbereich 102 der Erkennungswelle mittels eines Schraubensatzes 104 gedrückt werden und zwar kämmend mit einer Bohrung, die in der Seitenwand des Blockes 100 ausgeformt ist.

Ein Justierhebel 105, der relativ rotierbar hinsichtlich des Blocks 101 ist, ist auf dem oberen Bereich der Erkennungswelle 22 montiert, um diese zu halten. Der Justierhebel 105 ist von der Außenseite des X-Y-Tisches in einem Raum eingefügt, der definiert ist zwischen dem Montierteil 18 und dem X-Richtungsbewegungsteil 14, das unter dem Montierteil 18 angeordnet ist und benutzt wird, um die relative Rotationswinkelposition zwischen dem Block 100 und der Erkennungswelle 22 zu justieren.

Auf diese Weise wird der Block 100 festgehalten auf dem entfernten Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 mittels dreier paralleler Stifte 103a bis 103c, die eine Drei-Linien-Unterstützung bilden. Konkret wird die Justierung der Verschiebung der Rotationswinkel, wie in Fig. 10 gezeigt, gemacht durch Rotieren der Erkennungswelle 22 hinsichtlich des Blockes 100 mittels eines Justierhebels 105 ausgeführt, während der entfernte Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 in die Montierbohrung 101 eingefügt ist und der parallele Stift 103c leicht gegen den entfernten Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 mittels eines Schraubensatzes 104 gepreßt ist. Während dieser Justierung wird die Drehachse der Erkennungswelle 22 nicht abgelenkt, da sie von den drei parallelen Stiften 103a bis 103c unterstützt ist.

Wenn der entfernte Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 durch die drei parallelen Stifte 103a bis 103c unterstützt ist, wie dies in einem vergrößerten Maßstab in Fig. 12 gezeigt ist, fallen die vertikalen Linien a, b und c stets auf der Drehachse O des entfernten Endbereichs 102 der Erkennungswelle 22 zusammen, um Linien der berührenden Spalten der parallelen Stifte 103a bis 103c und den entfernten Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 zu kontaktieren. Dies gilt auch dann, wenn der Abstand zwischen der Montierbohrung 101 des Blocks 100 und dem entfernten Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 gleichmäßig ist oder nicht.

Wenn die Erkennungswelle 22 hinsichtlich des Blocks 100 mit dieser Struktur (rotiert wird), wird die Drehachse O in keinem Fall abgelenkt, was die außerordentlich hohe relative Positionierung erleichtert.

In Fig. 13 ist gezeigt, wie ein Zustand außerhalb einer Justierung ent steht, wenn der entfernte Endbereich 102 der Erkennungswelle 22 mit der Montierbohrung 101 befestigt ist, und zwar nur mittels des Schrau bensatzes 104, ohne Benutzung paralleler Stifte. Der Mittelpunkt des entfernten Endbereichs 102 der Erkennungswelle ist angeordnet in O₁, wenn der entfernte Endbereich 102 in der Position plaziert ist, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, aber in O₂, wenn der entfernte Endbereich 102 an der Position plaziert ist, die durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist. Daher wird die Drehachse bzw. der Drehpunkt nicht bestimmt, wenn der entfernte Endbereich 102 nur durch den eingestellten Stift 104 gedrückt wird. Damit kann der relative Rotationswinkel nicht genau justiert werden.

Es ist nicht stets notwendig, daß die drei parallelen Stifte so angeordnet sind, daß sie voneinander umfänglich um jeweils 120° getrennt sind. Es kann ausreichen, daß sie in der Weise angeordnet sind, daß wenn der radial bewegbare Stift gegen den Schraubensatz gedrückt wird, die Span nungsvektorkomponenten in Richtung der zwei verbleibenden festen parallelen Stifte gerichtet sind.

In dieser Ausführungsform ist der Block 100 zum Halten der Erken nungswelle des Codierers einstückig auf dem Montierteil 18 vorgesehen. Da der Block 100 als ein Teil des Montierteils 18 betrachtet werden kann, kann der Block 100 in der vorliegenden Erfindung weggelassen werden. Die Erkennungswelle des X-Y-Codierers kann hohlzylindrisch anstelle von massivzylindrisch sein.

Wie zuvor beschrieben, sieht die zweite Ausführungsform der vorliegen den Erfindung eine X-Y-Tischvorrichtung vor, mit der der Tisch und der Codierer leicht mit einer hohen Genauigkeit positioniert werden kann, wenn der X-Y-Codierer in der Vorrichtung montiert ist.

Claims

1. X-Y-Tischvorrichtung, die aufweist:
eine Basis (10);
ein X-Richtungsbewegungsteil (14), das auf der Basis vorgesehen und in X-Richtung hinsichtlich der Basis beweglich ist;
ein Montierteil (18), das auf dem X-Richtungsbewegungsteil vorgesehen ist und in Y-Richtung hinsichtlich des X-Richtungsbewegungsteils be weglich ist und das in der Lage ist, Objekte zu laden; und
eine Verschiebungserkennungseinrichtung (20) zum Erkennen von Ver schiebungen des Montierteils hinsichtlich der Basis, die einen photoelekt rischen Kreuzgitter-Codierer umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass

a) im zentralen Bereich der Basis (10) ein kreisförmiger Hohlraum (44) ausgebildet ist;
b) im zentralen Bereich des X-Richtungsbewegungsteils (14) ein durchgehendes Längsloch (62) ausgebildet ist, das sich in Y- Richtung erstreckt;
c) die Verschiebungserkennungseinrichtung (20) einen als Dreigitter- Codierer ausgebildeten photoelektrischen Codierer umfasst und ei ne Erkennungswelle (22) aufweist, die sich von dem Montierteil (18) aus durch das Längsloch (62) des X-Richtungsbewegungsteils hindurch erstreckt;
d) die Hauptskala (24) des photoelektrischen Codierers auf dem dem Montierteil entgegengesetzten Ende der Erkennungswelle (22) der art angeordnet ist, dass die Hauptskala in dem Hohlraum der Basis angeordnet ist, wobei die Hauptskala als ein erstes reflektierendes matrixförmiges Flächengitter (76) ausgebildet ist;
e) die Verschiebungserkennungseinrichtung (20) eine Indexskala (26) aufweist, die am Boden des Hohlraums der Basis parallel zur Hauptskala angeordnet ist, wobei diese ein zweites Kreuzgitter (80) umfasst, das dem lichtemittierenden Element (70) des photoelektri schen Codierers zugeordnet ist und ein weiteres, drittes Kreuzgitter (82) umfasst, das dem lichtempfangenden Element des photoelekt rischen Codierers zugeordnet ist.

2. X-Y-Tischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gitter (80) eines transparenten Typs ist und im Mittelbereich der Indexskala vorgesehen ist, wobei das dritte Gitter (82) eines transparenten Typs an dem äußeren peripheren Bereich des zweiten Gitters (80) vorge sehen ist, wobei lichtemittierende Elemente (70) an der rückwärtigen Seite des zweiten Gitters (80) vorgesehen sind, und dass ein lichtempfangendes Element (72) auf der rückwärtigen Seite des dritten Gitters (82) vorgese hen ist.

3. X-Y-Tischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gitter (76) eine X-Gitterkonstante (P₁) und eine Y-Gitterkonstante (P₂) hat, die unterschiedlich von der X-Gitterkonstante ist.

4. X-Y-Tischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gitter (80) eine größere Gitterkonstante als das erste Gitter (76) hat und dass das zweite Gitter (80) einen lichttransparenten Bereich ein schließt, der eine kleinere Länge als die Gitterkonstante des ersten Gitters (76) hat.

5. X-Y-Tischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite und dritte Gitter (76, 80, 82) dieselbe Gitterkonstante (P₁) haben und dass der Abstand d zwischen der Hauptskala (24) und der Index skala (26) eingestellt ist auf
d ≦ P₁ ²/2λ,
wobei λ eine Durchschnittswellenlänge einer Lichtquelle ist.

6. X-Y-Tischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erkennungswelle (22) massivzylindrisch oder hohl zylindrisch ist und mit einer Montierbohrung (101) verbunden ist, die in dem Montierteil (18, 100) ausgebildet ist, dass eine Justiereinrichtung mit drei parallelen Stiften (103a, 103b, 103c) vorgesehen ist, die in der Mon tierbohrung des Montierteils so angeordnet sind, dass sie teilweise von der Innenwand der Montierbohrung vorspringen, wobei die drei parallelen Stifte drei Linien zum Unterstützen der Erkennungswelle (22) definieren, und dass ein Hebel (105) zum Drehen der Erkennungswelle (22) und Jus tieren einer relativen Drehwinkelposition zwischen dem Montierteil (18) und der Hauptskala (24) vorgesehen ist.