ES2308063T3 - Dispositivo de medicion de posicion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de medición de la posición con - un medio de medición (2), que comprende al menos una graduación de medición (20) que se extiende a lo largo de una recta o a lo largo de una línea curvada, - un dispositivo de exploración (1) para la exploración de la graduación de medición (20) mediante una fuente de luz (11), - una unidad de recepción (19) del dispositivo de exploración (1), mediante la cual se pueden recibir para la evaluación los rayos de luz emitidos por una fuente de luz (11) y modificados por la graduación de medición (20) y - una disposición de lentes (3, 4) dispuesta entre el medio de medición (2) y la unidad de recepción (19), formada por lentes ópticas (31, 41) para la generación de una imagen definida de la graduación de medición (20) en la unidad de recepción (19), donde la disposición de lentes (3, 4) está configurada para la generación de una imagen (20'') de la graduación de medición (20), que se extiende a lo largo de una línea (G), cuya curvatura es diferente de la curvatura de la línea (R) a lo largo de la cual se extiende la graduación de medición (20), caracterizado porque la disposición de lentes (3, 4) comprende una pluralidad de lentes (31, 41) dispuestas en un plano (30, 40) y porque el plano (30, 40) está orientado de tal forma que los rayos de luz (L) modificados por la graduación de medición (20) cortan el plano (30, 40).
Description
Dispositivo de medición de posición.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición de la posición de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1.
Un dispositivo de medición de la posición de
este tipo comprende un medio de medición que comprende al menos una
graduación de medición que se extiende a lo largo de una recta o a
lo largo de una línea curvada; un dispositivo de exploración para
la exploración de la graduación de medición mediante una fuente de
luz; una unidad de recepción del dispositivo de exploración,
mediante la cual se pueden recibir los haces de luz emitidos por la
fuente de luz y modificados por la graduación de medición para la
evaluación; así como una disposición de lentes dispuesta entre el
medio de medición y la unidad de recepción, formada por lentes
ópticas, para la generación de una imagen definida de la graduación
de medición sobre la unidad de recepción.
Un dispositivo de medición de posición de este
tipo sirve para la determinación de la posición relativa de dos
objetos móviles entre sí, por ejemplo, dos partes de la máquina
móviles entre sí de una máquina herramienta. Para esto, el medio de
medición se une con uno de los objetos y el dispositivo de
exploración con el otro de los dos objetos, de tal forma que por
exploración del medio de medición mediante la graduación de medición
se puede determinar la dimensión del movimiento de los dos objetos
entre sí a lo largo del sentido de extensión de la graduación de
medición (sentido de la medición). Con los denominados equipos de
medición de la posición lineales, en los que la graduación de
medición se extiende a lo largo de una recta, se pueden medir de
este modo movimientos relativos en línea recta de los dos objetos
entre sí, mientras que los denominados dispositivos de medición
angular sirven para la determinación de la posición relativa de dos
objetos que pueden girar entre sí. Básicamente, la graduación de
medición se puede extender a lo largo de una línea cualquiera, a lo
largo de la cual se debe determinar el movimiento relativo de dos
objetos móviles entre sí.
La diferente configuración de la graduación de
medición de dispositivos de medición de la posición lineales por un
lado y de dispositivos de medición de la posición para la
determinación de un movimiento a lo largo de una línea curvada por
otro lado tiene como consecuencia que la unidad de recepción
(detector optoelectrónico), con la que se reciben los rayos de luz
modificados por la graduación de medición (en el método de luz
incidente o a trasluz) para la evaluación, se tienen que adaptar a
la geometría de la respectiva graduación de medición. Esto se
aplica particularmente para la configuración y reticulación de la
superficie sensible a radiación de la unidad de recepción, que está
formada por norma por un circuito de conmutación
(Opto-Asic) integrado optoelectrónico adecuado. El
uso de diferentes detectores optoelectrónicos para diferentes
geometrías de la graduación de medición tiene como consecuencia un
aumento correspondiente de los costes de producción.
A partir del documento EP 0 801 724 B1 se conoce
un dispositivo de medición de la posición, en el que entre la
graduación de medición que se tiene que explorar mediante luz y el
detector optoelectrónico asignado se dispone una red de análisis
para generar a partir de la luz modificada por la graduación de
medición un patrón de franjas resultante. Esta red de análisis está
configurada de tal forma que a partir de la luz modificada por una
graduación de medición con forma de anillo circular se genera un
patrón de franjas que se extiende en línea recta o a la inversa, a
partir de un patrón de luz generado por una graduación de medición
lineal, se forma un patrón de franjas que se extiende con forma de
anillo circular. De este modo se puede generar, a modo de ejemplo
durante la exploración de una graduación de medición con forma de
anillo circular, un patrón de franjas que se tiene que recibir por
el detector optoelectrónico, que se extiende del mismo modo en línea
recta como el patrón de franjas generado habitualmente durante la
exploración de una graduación de medición lineal. De este modo se
pueden evaluar los patrones de franjas del dispositivo de medición
angular por un lado y del dispositivo de medición de posición
lineal por otro lado usando detectores optoelectrónicos del mismo
tipo.
A partir del documento US-PS
5.486.923 se conoce usar en un sistema de medición de la posición
una red de difracción como estructura correctora de frente de onda.
A partir del documento US-PS 4.577.101 se conoce un
sistema de medición angular optoelectrónico, en el que se representa
una graduación de medición con forma de anillo circular usando un
reflector cónico y una lente cilíndrica sobre un detector
optoelectrónico lineal.
La invención se basa en el problema de mejorar
un dispositivo de medición de la posición del tipo que se ha
mencionado al principio.
Este problema se resuelve de acuerdo con la
invención por la generación de un dispositivo de medición de la
posición con las características de la reivindicación 1.
Según esto, la disposición de lentes del
dispositivo de medición de la posición, que sirve para la generación
de una imagen definida de la graduación de medición sobre la unidad
de recepción, está configurada de tal forma que la imagen generada
se extiende a lo largo de una línea, cuya curvatura es diferente de
la curvatura de la línea a lo largo de la cual se extiende la
graduación de medición. De este modo, por ejemplo, a partir de una
graduación de medición que se extiende de forma lineal se puede
generar una imagen curvada sobre la unidad de recepción o a partir
de una graduación de medición curvada, una imagen que se extiende de
forma lineal o una imagen con otra curvatura que se desvía de la
curvatura que se ha mencionado en primer lugar. La solución de
acuerdo con la invención prevé por lo tanto el uso de una
disposición de lentes para la modificación de la curvatura de la
imagen con respecto a la curvatura de la graduación de medición
(donde en esta formulación general también está contenida una
graduación de medición en línea recta como graduación con curvatura
infinita), para generar de tal forma a partir de graduaciones de
medición con diferente curvatura una imagen con la misma curvatura,
de tal forma que las imágenes de diferentes graduaciones de medición
se pueden evaluar con el mismo tipo de unidad de recepción.
La solución de acuerdo con la invención es
particularmente adecuada para dispositivos de medición de la
posición con graduación de medición que se extiende de forma lineal
(los denominados sistemas de medición de longitudes) o dispositivos
de medición de la posición con graduación de medición que se
extiende a lo largo de un anillo, particularmente un anillo
circular, es decir, los denominados sistemas de medición angular.
Estos últimos no se tienen que extender a lo largo de toda la
periferia del anillo o del anillo circular; más bien, una
graduación de medición correspondiente también puede estar formada
por un segmento angular que se extiende a lo largo de una sección
de un anillo o de un anillo circular.
Independientemente de si una graduación de
medición que se extiende a modo de anillo forma un anillo cerrado o
solamente una sección de un anillo, una graduación de medición de
este tipo se forma por segmentos anulares que se disponen a modo de
anillo de forma sucesiva que presentan respectivamente una extensión
definida en dirección radial y su anchura (extensión en sentido
periférico del anillo) varía en sentido radial, de hecho, el
sentido radial aumenta hacia el exterior. Para la generación de una
imagen que se extiende en línea recta de una graduación de medición
a modo de anillo, las imágenes formadas por la disposición del
lentes sobre la unidad de recepción de los segmentos anulares
individuales de la graduación de medición tienen que presentar
respectivamente una anchura constante, es decir, una extensión
constante a lo largo del sentido de extensión lineal de la imagen.
Para esto se puede prever que la escala de la imagen de la
disposición de lentes en sentido radial, con respecto al eje
central del anillo, a lo largo del cual se extiende en su totalidad
la graduación de medición o solamente por secciones, varía, y de
hecho, en sentido radial, desde el interior hasta el exterior
disminuye desde un valor mayor de 1 hasta un valor menor de 1. Esto
se puede conseguir, por ejemplo, porque la escala de la imagen se
comporta de forma inversamente proporcional a la distancia de un
punto de la graduación de medición del eje central de la graduación
de la medición. Esto último, a su vez, se posibilita porque la
distancia focal de las lentes individuales de la disposición de
lentes varía en sentido radial, con respecto al eje central de la
graduación de medición.
Adicionalmente, la disposición de lentes está
configurada para la realización de una transformación tal que las
imágenes de los segmentos anulares se disponen sin solapamiento y
preferiblemente limitando directamente entre sí de forma
sucesiva.
A la inversa, a partir de una graduación de
medición que se extiende de forma lineal, que está formada por
rayas dispuestas de forma sucesiva a lo largo de una recta
(segmentos de anchura constante), se puede generar una imagen
curvada, a modo de anillo, si se la escala de la imagen de una
disposición de lentes a modo de anillo en sentido radial varía con
respecto al eje central de la disposición de lentes, particularmente
aumentando desde un valor inferior a 1 en sentido radial hacia el
exterior hasta un valor mayor de 1.
Para la generación de imágenes del tipo que se
ha mencionado anteriormente a partir de una graduación de medición
es particularmente adecuada una disposición de lentes que comprende
dos grupos de lentes, que se disponen en respectivamente uno de dos
planos que se extienden en paralelo entre sí, orientándose los
planos de tal forma que los rayos de luz modificados por la
graduación de la medición cortan los planos.
Las lentes de los dos grupos se agrupan
respectivamente por pares hasta una celda y las lentes de una celda
se disponen respectivamente de forma vertical con respecto a los dos
planos de tal forma de manera sucesiva que al menos una parte de
los rayos de luz que pasan por una primera lente de una celda
alcanzan a continuación la segunda lente de la misma celda y no una
segunda lente de otra celda de la disposición de lentes. De este
modo se quiere evitar un solapamiento entre diferentes celdas de la
disposición de lentes.
Para evitar el solapamiento puede servir
alternativamente o de forma complementaria una estructura de
diafragma que se dispone entre los dos grupos de lentes o en el
plano del grupo de lentes por el que pasan en último lugar los
rayos de luz. Para esto se puede asignar particularmente a cada
celda de la disposición de lentes una abertura de la estructura de
diafragma. Mediante una estructura de diafragma de este tipo, los
rayos de luz se pueden conducir de tal forma que tales rayos de luz
que han pasado por una primera lente de una celda de la disposición
de lentes no alcancen una segunda lente de otra celda de la
disposición de lentes.
Los dos grupos de lentes se disponen
preferiblemente respectivamente de forma paralela con respecto al
medio de medición y en paralelo con respecto a la superficie
fotosensible del dispositivo de exploración. Se componen
preferiblemente respectivamente de lentes anulares dispuestas de
forma sucesiva (a modo de segmento anular), donde los puntos
centrales de los dos grupos de lentes se sitúan sobre una recta (eje
común) o sobre un segmento circular.
Adicionalmente se puede prever que los puntos
centrales de las lentes de las lentes individuales de los dos
grupos de lentes se dispongan en una retícula bidimensional que se
compone de varias líneas o que los puntos centrales de las lentes
se sitúen respectivamente a lo largo de varias líneas circulares
concéntricas con diferentes radios.
\newpage
Las líneas de la retícula bidimensional pueden
tener un recorrido esencialmente paralelo con respecto al sentido
de la extensión de la graduación de medición y las diferentes líneas
se pueden disponer desplazadas entre sí en el sentido de la
extensión de la graduación de medición y, además, los puntos
centrales de las diferentes líneas circulares se pueden disponer
desplazadas entre sí en dirección acimutal.
Las propias lentes están configuradas
preferiblemente de forma local como lentes cilíndricas con una línea
de vértice orientada de forma definida; particularmente en este
caso puede tratarse de lentes con simetría de cilindro.
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, las lentes individuales de un grupo de la disposición de
lentes están abombadas respectivamente de forma vertical con
respecto al plano de extensión del respectivo grupo de lentes,
extendiéndose las líneas de vértice de las lentes en sentido radial
y cortándose en un punto.
Los puntos de corte de las líneas de vértice de
los dos grupos de lentes pueden estar separados entre sí en sentido
radial de tal forma que en una celda de la disposición de lentes,
las líneas de vértice de las dos lentes de esta celda, observadas a
lo largo del eje óptico, se sitúan respectivamente de forma sucesiva
de manera coincidente y porque en las celdas adicionales de la
disposición de lentes, las líneas de vértice de las dos lentes
están desplazadas entre sí respectivamente de manera vertical con
respecto al eje óptico. De este modo, los segmentos anulares
individuales de una graduación de medición a modo de anillo, que se
transforman debido a la escala de la imagen seleccionada,
dependiente del sitio, en segmentos rectangulares de anchura
constante, se pueden disponer de forma sucesiva a lo largo de una
recta sin solapamiento en el primer plano de la imagen.
Para esto se prevé adicionalmente que las líneas
de vértice desplazadas entre sí de las lentes de una celda,
observadas a lo largo del eje óptico, se crucen y, de hecho, de tal
forma que los puntos de corte de las líneas de vértice del primer
grupo de lentes y del segundo grupo de lentes están desplazados
entre sí en sentido radial. Al mismo tiempo, las líneas de
delimitación laterales, que delimitan las lentes individuales de un
grupo de lentes a modo de anillo en sentido periférico, observadas a
lo largo del eje óptico, se disponen para las dos lentes de una
celda de forma coincidente, de tal manera que las dos lentes de una
celda, observadas a lo largo del eje óptico, coinciden de forma
considerable.
Como lentes ópticas pueden servir tanto lentes
difractivas (incluso en forma de una estructura difractiva de
varios escalones) como lentes refractivas.
La configuración de acuerdo con la invención de
un dispositivo de medición de la posición se puede usar en tales
graduaciones de medición que se pueden explorar por un método de luz
incidente y en graduaciones de medición que se pueden explorar por
un método a trasluz. Además, la configuración de acuerdo con la
invención de un dispositivo de medición de la posición se puede
usar tanto en sistemas de medición absolutos (medio de medición con
una pista de codificación absoluta) como en sistemas de medición
incrementales (medio de medición con una graduación de medición
periódica).
El medio de medición puede presentar varias
pistas dispuestas de forma adyacente verticalmente con respecto a
su sentido de extensión, que se pueden explorar mediante luz para
ver la medición de la posición. Al menos una parte de las pistas se
tiene que poder representar por una disposición de lentes común y/o
al menos una parte de las pistas se tienen que poder representar
por disposiciones de lentes separadas. Los dos grupos de lentes de
cada disposición de lentes se pueden disponer respectivamente sobre
un sustrato común.
Se aclararán características y ventajas
adicionales de la invención en la siguiente descripción de ejemplos
de realización mediante las figuras.
Se muestra:
En la Figura 1, un corte transversal de un
dispositivo de medición de la posición para la medición angular,
que comprende una pista de código que se puede explorar ópticamente
en el método a trasluz, que se extiende de forma anular así como
una disposición de lentes para la representación de la luz
modificada por la pista de código en un detector
optoelectrónico;
En la Figura 2a, un segmento anular de la pista
de código de la Figura 1 así como la imagen de este segmento
anular;
En la Figura 2, una representación adicional del
segmento anular de la Figura 1 así como su representación;
En la Figura 3a, varios segmentos anulares
dispuestos a lo largo de un anillo circular de forma adyacente de
la pista de código de la Figura 1;
En la Figura 3b-3d, etapas de
transformación durante la generación de una imagen de la disposición
de la Figura 3a, donde la imagen está formada por segmentos
dispuestos de manera lineal sucesivamente de anchura constante;
En la Figura 4a una vista en alzado de un grupo
de lentes de la disposición de lentes de la Figura 1;
En la Figura 4b, un corte por la disposición de
lentes de la Figura 1;
En la Figura 5, un recorte de un grupo de lentes
de la disposición de lentes de la Figura 1 con una estructura de
diafragma;
En la Figura 6, un recorte de un
perfeccionamiento de la disposición de lentes de acuerdo con la
Figura 1;
En la Figura 7, un dispositivo de medición de la
posición para la exploración de una graduación de medición en el
método de luz incidente;
En la Figura 8, una modificación de la
transformación de la Figura 2a.
La Figura 1 muestra un sistema de medición de la
posición para mediciones angulares (es decir, un dispositivo de
medición angular o un codificador rotatorio) con un medio de
medición 2 y una unidad de exploración 1 que se puede mover a lo
largo del sentido de medición, es decir, a lo largo de un anillo
circular, con respecto al medio de medición 2 para la exploración
del medio de medición 2. El medio de medición 2 está configurado en
la presente memoria como un disco parcial de un codificador
giratorio absoluto y comprende una graduación de medición en forma
de una pista de código 20 con información de posición absoluta
(pista PRC) que se extiende en forma de anillo circular sobre el
medio de medición 2 alrededor del eje de giro D para el movimiento
relativo de la unidad de exploración 1 y el medio de medición
2.
Observado en dirección radial, además de la
pista de código 20 con información de posición absoluta se
proporciona una pista incremental 200 que también se extiende de
forma anular alrededor del eje de giro D del dispositivo de
medición de la posición y que está formada por una graduación de
rayas periódica. Si es necesario, el medio de medición 2 puede
presentar pistas adicionales.
La unidad de exploración 1 que sirve para la
exploración de las dos pistas 20, 200 del medio de medición 2 en el
método a trasluz comprende una fuente de luz en forma de un diodo
emisor de luz y en el lado opuesto a la fuente de luz del medio de
medición 2 un detector fotoeléctrico 19. Entre la fuente de luz 11 y
el medio de medición 2 se dispone una lente condensadora 13 que
paraleliza los rayos de luz L emitidos por la fuente de luz 11
antes de que incidan sobre el medio de medición 2. Sobre el otro
lado del medio de medición 2 se disponen entre el medio de medición
2 y el detector fotoeléctrico 19 dos disposiciones de lentes 3, 4 y
300, 400 que sirven para la generación de una imagen de los
rayos
de luz L modificados por la pista de código 20 o por la pista incremental 200 sobre el detector fotoeléctrico 19.
de luz L modificados por la pista de código 20 o por la pista incremental 200 sobre el detector fotoeléctrico 19.
En el sistema de medición de la posición que
trabaja en el método a trasluz de acuerdo con la Figura 1, la luz
emitida por la fuente de luz 11 y paralelizada mediante la lente
condensadora 13, al atravesar el medio de medición 2 translúcido,
se modifica por la pista de código 20 o por la pista incremental
200, generándose un patrón de luz definido. La luz modificada por
la pista de código 2 o por la pista incremental 200 alcanza
finalmente la primera disposición de lentes 3,4 o la segunda
disposición de lentes 300, 400 que se disponen sobre un sustrato
común. Las disposiciones de lentes 3, 4 están formadas
respectivamente por dos grupos de lentes que se disponen en
respectivamente uno de dos planos 30, 40 que tienen un recorrido
paralelo entre sí. Cada uno de los grupos de lentes 3 ó 4 ó 300 ó
400 se compone una pluralidad de lentes dispuestas de forma
adyacente en el respectivo plano 30 ó 40 (denominada serie de
microlentes). Los planos en los que se extienden los grupos de
lentes 3, 4 ó 300, 400 de las dos disposiciones de lentes se
disponen de tal forma que se cortan esencialmente de forma vertical
por los rayos de luz L modificados en el medio de medición 2.
En una serie de lentes doble de este tipo, que
se compone de dos grupos de lentes 3, 4 ó 300, 400 dispuestos con
una separación definida entre sí y paralelos entre sí, a cada lente
individual de un primer grupo de lentes 3 ó 300 se puede asignar
exactamente una lente individual de segundo grupo de lentes 4 ó 400.
De este modo se puede realizar con lentes sin estructura de guía de
ondas una escala de imagen positiva, es decir, una escala de imagen
con un valor mayor de cero, particularmente el valor uno. Una escala
de imagen de este tipo posibilita a su vez unir las zonas de imagen
de las lentes individuales de forma continua entre sí con una
orientación espacial definida. Esto posibilita una exploración de
gran superficie del medio de medición 2 con una altura de
construcción al mismo tiempo reducida y, por tanto, una
configuración compacta del sistema de medición de la posición.
Es particularmente ventajosa una configuración
de este tipo de la disposición de lentes porque la escala de la
imagen como media adopta el valor uno. Usando para ambos grupos de
lentes 3, 4 ó 300, 400 de la respectiva disposición de lentes la
misma retícula, es decir, una disposición coincidente de las lentes
individuales en el respectivo plano 30, 40, las zonas de la imagen
(correspondientemente reticuladas) de la imagen generada por la
disposición de lentes 3, 4 sobre el detector 19 se unen de manera
directamente continua.
Una particularidad del dispositivo de medición
de la posición representado en la Figura 1 consiste en que el
detector fotoeléctrico 19 no presenta ninguna superficie
estructurada con forma de anillo circular, sino más bien una
superficie de sensor lineal, estructurada en línea recta como se usa
en los denominados sistemas de medición de longitudes, es decir, en
sistemas de medición de la posición con una graduación de medición
que se extiende de forma lineal (en forma de una pista de código o
una pista incremental). Es decir, el detector fotoeléctrico 19 está
formado por un Opto-ASIC que está previsto con su
superficie estructurada lineal en primer lugar para la utilización
en sistemas de medición de longitudes. Usando un ASIC de este tipo
adicionalmente incluso en sistemas de medición angular o
codificadores rotatorios, el mismo se puede producir de forma
correspondientemente económica en grandes cantidades. Esto
disminuye los costes de producción de sistemas de medición de la
posición.
Para el uso de un detector fotoeléctrico
estructurado de forma lineal 19 en un sistema de medición de la
posición para la medición angular de acuerdo con la Figura 1 se
requiere generar a partir del patrón de luz generado por la pista
de código 20 con forma de anillo circular o la pista incremental 200
con forma de anillo circular una imagen que se extiende en línea
recta sobre el detector fotoeléctrico 19, como se explicará a
continuación mediante las Figuras 2a y 2b y las Figuras 3a y 3d.
Para esto sirve una configuración adecuada de las disposiciones de
lentes, 3,4 ó 300, 400.
La Figura 2a muestra un segmento anular 21 de la
pista de código con forma de anillo 20 de la Figura 1. Para la
formación de una pista de código anular 20, la extensión a(r)
de cada segmento anular 21 en sentido periférico U de la pista de
código 20 depende de la distancia r del eje de giro D del
dispositivo de medición de la posición.
Para la generación de una imagen que se extiende
de forma lineal a partir de una pista de código 20 que se compone
de acuerdo con la Figura 2a de segmentos anulares 21, los segmentos
anulares 21 individuales se tienen que transformar en imágenes
rectangulares 21' con anchura b independiente de sitio como se
representa en la Figura 2a. La escala de la imagen se selecciona de
tal forma que la anchura b de la imagen rectangular 21' de un
segmento anular 21 se corresponde a la anchura a(r_{0}) del
segmento anular en el radio r_{0}, que indica, observado en
dirección radial r, el centro del segmento anular 20. Expresado con
otras palabras, el valor r_{0} se selecciona de tal forma que
partiendo del valor r_{0}, los segmentos anulares 21 se extienden
en la misma magnitud en sentido radial hacia el exterior y hacia el
interior (es decir, alejándose del eje de giro D o hacia el eje de
giro D). Los puntos con la distancia r_{0} del eje de giro D
indican de este modo la línea central curvada de los segmentos
anulares 21, y por tanto, el total de la pista de código anular
20.
Para la creación de una imagen rectangular 21' a
partir de un segmento anular 21 de acuerdo con la Figura 2a se usa
en la presente memoria una imagen, en la que las zonas de segmento
anular 21 que se sitúan en el interior de la línea central definida
por el valor de radio r_{0} central, se ensanchan, mientras que
las zonas del respectivo segmento anular 21, que se sitúan en el
exterior de la línea central definida por el radio r_{0} central,
disminuyen en su extensión a(r). Sobre la propia línea
central definida por el radio central r_{0}, la extensión
a(r_{0}) del segmento anular 21 durante la transformación
tiene que permanecer si modificar, es decir, debe corresponderse a
la anchura b de la imagen 21' generada durante la transformación
rectangular. Esto se corresponde a una imagen con una escala que
depende del radio, que oscila dependiendo del radio alrededor de un
valor central 1. La escala de imagen \beta(r) = r_{0}/r
es especialmente adecuada para la transformación de los segmentos
anulares de un anillo circular en una imagen rectangular.
Evidentemente también se puede usar otra línea de referencia
diferente de la línea central definida por el radio central r_{0}
para la transformación. Sin embargo, a continuación se seguirá
partiendo a modo de ejemplo del radio central r_{0} del segmento
anular 21 como punto de referencia.
La variación real, dependiente del radio de la
escala de la imagen \beta(r) es muy pequeña en la práctica.
Con un radio de pista típico (correspondiente a la distancia
central r_{0} de los segmentos anulares 21 del eje de giro D) de
r_{0} = 20 mm y una altura de pista (correspondiente a la
extensión radial de los segmentos anulares 21) de 1 mm, la escala
de la imagen \beta(r) varía entre 0,975 y 1,025.
La Figura 2b vuelve a mostrar un segmento anular
21, que se extiende en dirección radial r desde un radio interno
r_{1} hasta un radio externo r_{2} y que presenta un radio
central r_{0} y que presenta en sentido periférico U del anillo
circular correspondiente una anchura variable, que depende del
radio. Todos los puntos de este segmento anular 21 se pueden
describir por un vector de lugar r = r(r, \varphi), es
decir, cada vector de lugar r de un segmento circular 21 se
representa por el radio r y la posición angular \varphi del
respectivo punto. Si se indica con \varphi_{0} el ángulo sobre
el que se sitúa la bisectriz que tiene un recorrido en sentido
radial del segmento anular 21 (es decir, el segmento anular 21 se
extiende desde esta bisectriz en sentido periférico U en el sentido
de las agujas del reloj y en sentido contrario a las agujas del
reloj en una magnitud idéntica \delta\varphi/2) cada vector de
sitio r se puede describir del siguiente modo:
r =
r(r,\varphi) = r(r,\varphi - \varphi_{0} +
\varphi_{0}).
Para la representación de un segmento anular 21
que se describe por los vectores de sitio r que se han indicado
anteriormente, sobre una imagen rectangular 21' con anchura
constante b, todos los puntos del segmento anular 21, que tienen un
recorrido respectivamente en sentido radial, se tienen que
transferir a dos líneas de delimitación paralelas con distancia
constante b. Una transformación correspondiente desde un punto r del
segmento anular 21 a un punto r' de la imagen rectangular 21' se
representa en la Figura 2b. Esta transformación se puede formular
como
r =
r(r,\varphi) = r(r,\varphi - \varphi_{0} +
\varphi_{0}) \rightarrow r' (r,\varphi) = r(r,
(\varphi - \varphi_{0}) * (r_{0}/r) +
\varphi_{0}).
r y \varphi indican las
coordenadas de un punto respectivo r o r' del segmento anular 21 o
de la imagen 21' y \varphi_{0} indica la posición angular de la
línea central que se extiende radialmente y del segmento anular 21
y también de la imagen 21', es decir, la bisectriz permanece sin
modificar durante la transformación así como los puntos r con el
valor de radio central r =
r_{0}.
La transformación se produce con obtención del
valor del radio r, se realiza por lo tanto de forma tangencial
disminuyendo/aumentando los ángulos, que comprendían en el segmento
anular 21 (\varphi - \varphi_{0}), en el valor de radio r
hasta valores de ángulo de magnitud (\varphi - \varphi _{0}) *
(r_{0}/r) en la imagen 21', dependiendo de si r > r_{0} o r
< r_{0}.
Con (\varphi - \varphi_{0}) = \pm
\delta/2 también se podría escribir:
r(r,
\delta \varphi/2) = r(r, \pm \delta \varphi/2 +
\varphi_{0}) \rightarrow r'(r, \delta \varphi/2) =
r(r,(\pm\delta \varphi/2) * (r_{0}/r) +
\varphi_{0})
En todas las figuras, las flechas de vector de
los vectores r, r' etc., no se trazan por motivos de simplicidad
hasta el eje de giro D del dispositivo de medición de la posición.
Sin embargo, en cada caso, el punto de partida de los vectores debe
ser este eje de giro D.
Por lo tanto, cada vector de sitio R del
segmento anular se representa por la coordenadas r y \varphi,
donde r indica la distancia radial del respectivo punto del eje de
giro D del dispositivo de medición de la posición y \varphi indica
el ángulo en sentido periférico.
Mediante las Figuras 2a y 2b se explicó en
primer lugar una transformación a la que se tiene que someter cada
segmento anular individual 21 de la pista de código 20 para generar
a partir de la pista de código 20 que se extiende con forma de
anillo circular una imagen que se extiende de forma lineal sobre el
detector fotoeléctrico 19 (compárese con la Figura 1). La
transformación de los segmentos anulares individuales 21 en imágenes
rectangulares 21', sin embargo, no es suficiente para la generación
de una imagen que se extiende de forma lineal de la pista de código
20 en total. Para esto se requiere adicionalmente disponer las
imágenes 21' rectangulares individuales de tal forma lineal de
manera sucesiva de forma que se unan entre sí sin solapamiento. Esto
se explicará a continuación mediante las Figuras 3a a 3d.
La Figura 3a muestra varios segmentos anulares
21 de la pista de código 20 que se disponen de forma sucesiva en
sentido periférico U de la pista de código y que presentan
respectivamente la geometría explicada mediante las Figuras 2a y
2b. La Figura 3b muestra de nuevo los segmentos anulares 21 de la
Figura 3a y, de hecho, delante de una retícula de fondo H con
secciones de retícula rectangulares de anchura constante, en las que
se tienen que disponer los segmentos anulares individuales 21' para
la generación de las imágenes 21' deseadas, rectangulares. La
anchura de las secciones de retícula individuales de la retícula de
fondo H se selecciona de tal forma que se corresponde a la anchura
b de los segmentos anulares 21 a la altura del radio de pista
r_{0}, de forma correspondiente a la asignación que ya se ha
explicado mediante la Figura 2b, b = a (r_{0}).
La Figura 3c muestra las imágenes 21' de los
segmentos anulares 21 delante de la retícula de fondo H, que se han
generado por una transformación de los segmentos anulares
individuales 21 en imágenes rectangulares 21'. Mediante la Figura
3c es evidente que las imágenes 21' generadas a partir de los
segmentos anulares individuales 21 por transformación de acuerdo
con las Figuras 2a y 2b no se disponen de forma lineal de manera
sucesiva sino de forma angulada entre sí y se cortan a lo largo del
radio de pista r_{0}. Las imágenes 21' rectangulares adyacentes
están inclinadas entre sí respectivamente en un ángulo
\delta\phi, que se corresponde a la extensión angular de los
segmentos anulares individuales 21 en dirección periférica U,
compárese con la Figura 2b.
El objetivo consiste solamente en inclinar la
imágenes rectangulares 21' de tal forma que a continuación se
dispongan en la retícula de fondo H a lo largo de una recta G de
forma sucesiva en línea recta, compárese Figura 3d. Para esto se
define una de las imágenes rectangulares 21' como rectángulo
central, no inclinado y todas las demás imágenes rectangulares 21'
se tienen que inclinar de tal forma en un múltiplo del ángulo de
inclinación \delta\phi alrededor de su respectivo centro de
gravedad de tal forma que se extiendan en paralelo con respecto a la
imagen central definida como no inclinada.
En las Figuras 3a a 3d se representa la
generación de imágenes rectangulares 21' a partir de los segmentos
anulares 21 y la inclinación posterior de las imágenes 21' para la
generación de una disposición lineal a lo largo de una recta G como
dos etapas de transformación separadas que se desarrollan de forma
sucesiva. Una transformación de este tipo se explicará a
continuación con más detalle. Sin embargo, también es posible
seleccionar una transformación de una pista de código anular 20
hasta una imagen que se extienda de forma lineal 20', donde la
formación de las imágenes rectangulares 21' y la disposición lineal
de las imágenes 21' de forma sucesiva no se genera por etapas
separadas de transformación sino que están más bien unidas
directamente. Esto se produce a partir de la libertad durante la
selección de la imagen que conduce de la pista de código anular 20
hasta la imagen que se extiende de forma lineal 20'.
Para toda la imagen que genera a partir de la
pista de código anular 20 la imagen que se extiende de forma
longitudinal 20' se aplica que la escala de la imagen debe se
\beta(r) = r_{0}/r. Solamente con esta escala de la
imagen se consigue la generación deseada de imágenes rectangulares
21 a partir de los segmentos anulares individuales 21 de la pista
de código 20. La escala de imagen \beta(r) se compone de
forma multiplicativa de las escalas de imagen
\beta_{1}(r) y \beta_{2}(r) del primer o del
segundo grupo de lentes 3 ó 4 de la disposición de lentes asignada
a la pista de código. Evidentemente existe una pluralidad de
posibilidades para obtener por asociación multiplicativa de las
escalas de imagen \beta_{1}(r) y \beta_{2}(r)
de dos imágenes la escala de imagen \beta(r) = r_{0}/r
de una imagen total. En el sentido del ejemplo de realización que
se describe a continuación mediante las Figuras 3a a 3d, a
continuación \beta_{2}(r) = -1 y, de forma
correspondiente, \beta_{1}(r) = -r_{0}/r. Según esto, a
partir de los segmentos individuales 21 de la pista de código
anular 20 se genera incluso con la primera imagen mediante el grupo
de lentes 3 dispuesto en un plano 30 previsto para esto a partir de
cada segmento anular 21 una imagen rectangular 21' de forma
correspondiente a las Figuras 3b y 3c. Sin embargo, entonces existe
la inclinación que se ha explicado mediante la Figura 3c de las
imágenes 21' entre sí que se puede representar para cada imagen
rectangular 21' como un múltiplo de número entero del ángulo que se
ha definido anteriormente \delta\phi con respecto a una imagen
de referencia central 21'. El vecino e-avo de la
imagen 21' definida como no inclinada con respecto a la misma tiene
respectivamente el ángulo de inclinación n*\delta\phi.
Para que la segunda imagen corrija el ángulo de
inclinación de cada imagen rectangular 21' hasta el valor 0, las
líneas de vértice de las lentes del segundo grupo de lentes 4 tienen
que cumplir condiciones definidas que se explicarán a continuación
con más detalle mediante las Figuras 4a y 4b.
El punto de partida para las siguientes
explicaciones con referencia complementaria a las Figuras 4a y 4b
es el problema de cómo tienen que estar configuradas las lentes
individuales de los dos grupos de lentes 3, 4 de la disposición de
lentes asignada a la pista de código 20 y cómo tienen que estar
agrupadas estas lentes en el respectivo plano 30, 40 hasta un
grupo, para que la representación que se ha explicado anteriormente
de una pista de código 20 que se extiende de forma anular se pueda
realizar sobre una imagen 20' que se extiende de forma lineal.
Como ya se ha explicado mediante la Figura 1,
para la representación de la pista de código 20 sobre el detector
fotoeléctrico 19 se usa una disposición de lentes 3, 4 que se
compone de dos grupos de lentes (serie de microlentes) que se
disponen respectivamente en un plano 30 a 40, que están orientados
preferiblemente de forma vertical con respecto al eje óptico y se
extienden tanto en paralelo con respecto al soporte de código 2 como
en paralelo con respecto a la superficie sensible a radiación del
detector fotoeléctrico 19. Esta disposición paralela de los
componentes individuales del dispositivo de medición de la posición
simplifica el montaje. En una disposición de este tipo, para la
obtención de la escala de imagen deseada \beta(r) =
r_{0}/r, mediante las ecuaciones de imagen conocidas,
para-axiales se tiene de determinar la dependencia
de sitio de las distancias focales \varphi_{1} y
\varphi_{2} de la primera y segunda imagen o del primer grupo de
lentes 3 y el segundo grupo de lentes 4, es decir, \varphi_{1}
= \varphi_{1}(r) y \varphi_{2}(r). Si la
escala de imagen dependiente del sitio, como sea explicado
anteriormente, se realiza particularmente mediante la primera
imagen, la dependencia del radio r (es decir, la distancia del eje
de giro D) se tiene que tener en cuenta particularmente en la
distancia focal \varphi_{1} de la primera imagen.
Preferiblemente se realiza una representación de
las estructuras del medio de medición 2 solamente en el sentido de
graduación, es decir, en el sentido de extensión de la graduación de
medición, es decir, en sentido periférico U; y en vez de esto se
usa en sentido radial r una proyección de sombras. Las lentes usadas
41 se parecen entonces a lentes cilíndricas, cuyos ejes de
representación están orientados en sentido periférico U, compárese
con la representación de un recorte del segundo grupo de lentes 4 en
la Figura 4a. Las lentes 41 poseen una distancia focal
\varphi_{2} que depende de radio r y se indican en la presente
memoria como lentes cilíndricas modificadas. Como se ilustra
mediante la Figura 4a, las lentes individuales 43 están configuradas
respectivamente como segundos anulares y se disponen a lo largo de
un sentido periférico U de forma sucesiva. En vez de lentes con
forma esencialmente cilíndrica también se pueden usar, por ejemplo,
lentes configuradas en la vista en alzado esencialmente con forma
rectangular, elípticas o con simetría radial.
Las direcciones de representación de las lentes
41 se indican en la Figura 4a por flechas. Las líneas de vértice 43
de las lentes 41 abombadas a modo de cilindro desde plano tienen un
recorrido vertical con respecto al sentido de la imagen y coinciden
en un punto de corte común M_{s} que se sitúa en el exterior del
eje de giro D o el eje central del dispositivo de medición de la
posición, compárese con la Figura 1. Las líneas de limitación
radiales 45 de las lentes individuales 41 también coinciden en un
punto central común M_{L}, donde este punto de corte M_{L}
coincide con el eje de giro D, compárese con la Figura 1.
Las lentes del primer grupo de lentes 3 de la
disposición de lentes 3, 4 están configuradas en el plano
correspondiente 30 de forma correspondiente y se disponen como las
lentes 41 del segundo grupo de lentes 4. Por lo tanto, también se
trata de lentes cilíndricas modificadas, que están configuradas
respectivamente a modo de segmento anular y se disponen de forma
adyacente a lo largo de un sentido periférico U. La diferencia
esencial consiste en que de acuerdo con el presente ejemplo de
realización, en el primer grupo de lentes 3, las líneas de vértice
de las lentes y las líneas de delimitación de lentes (líneas de
transición de la primera lente con la siguiente) se cortan en el
mismo punto M_{S} = M_{L}, compárese con la Figura 1.
Se tiene que tener en cuenta que durante la
determinación de las distancias focales \varphi_{1} (r) y
\varphi_{2} (r) siempre se usa la distancia radial r del eje de
giro D del dispositivo de medición de la posición y que este
cálculo se realiza a lo largo de la línea de vértice del respectivo
eje. Por las directrices de construcción que se han mencionado
anteriormente para las lentes cilíndricas modificadas individuales
de los dos grupos de lentes 3, 4 donde las distancias focales
\varphi_{1} (r) y \varphi_{2} (r) tienen que conducir a las
escalas de imagen deseadas \beta_{1} (r) y \beta_{2} (r),
se garantiza que cada par de lentes individuales de los dos grupos
de lentes 3, 4, que se compone respectivamente de una lente del
primer grupo de lentes 3 y una lente dispuesta por detrás a lo
largo del eje óptico del segundo grupo de lentes 4, genera una
imagen parcial asignada, corregida de un segmento anular 21 de la
pista de código 20 que se extiende con forma de anillo circular.
Estas imágenes parciales individuales (representaciones
rectangulares 21' de los segmentos anulares 21), sin embargo, se
tienen que colocar y orientar de acuerdo con las Figuras 3c y 3d de
tal forma entre sí que se genere una imagen total 20' continua, que
se extiende a lo largo de una recta, corregida. Para esto se tienen
que mantener las directrices de construcción adicionales que se
explicarán a continuación mediante las Figuras 1 y 4b.
Los rayos de luz que inciden, partiendo desde la
pista de código 20, sobre las líneas de vértice 33a, 33b de las
lentes 31a, 31b del primer grupo de lentes 3, no se desvían en
sentido periférico U. La desviación en sentido periférico que se
requiere para una disposición en línea recta de las imágenes, que
está predeterminada por la escala de aumento \beta(r) en
cada posición radial r, se tiene que conseguir por el desplazamiento
en sentido periférico de las líneas de vértice 43a, 43b de las
correspondientes lentes 41a, 41b del segundo grupo de lentes 4.
En la Figura 4b se representan dos celdas 31a,
41a y 31b, 41b de la disposición de lentes 3, 4 donde cada celda
31a, 41a o 31b, 41b comprende una primera lente 31a o 31b del primer
grupo de lentes 3 y una segunda lente 41a o 41b que se dispone por
detrás a lo largo del eje óptico del segundo grupo de lentes 4. En
la Figura 4b se representa adicionalmente para cada celda 31a, 41a
un objeto O (de forma representativa para una parte de la pista de
código 20 que se tiene que representar) que se representa por una
imagen intermedia (entre las dos lentes 31a, 41a o 31b, 41b de la
celda respectiva) sobre una imagen O'.
Como es evidente a partir de la Figura 3c, en el
presente ejemplo de realización, las imágenes 21' generadas por la
primera representación con una escala de imagen \beta(r) =
r_{0}/r (imágenes intermedias de la representación total) para
distancias radiales r < r_{0} del eje de giro D del dispositivo
de medición de la posición se disponen de forma solapante entre sí,
mientras que para distancias radiales r > r_{0} están
separadas entre sí. De forma correspondiente, las imágenes
intermedias, en la zona por debajo de la línea periférica central
r_{0} (es decir, para r < r_{0}) se tienen que desplazar
hacia el exterior con respecto a la lente de referencia no
inclinada, central, para obtener un alineamiento sin solapamiento.
De forma inversa, por encima de la línea periférica central r_{0},
es decir, para r > r_{0}, las zonas correspondientes de las
imágenes intermedias rectangulares 21' (compárese Figura 3c) se
tienen que desplazar hacia el interior hacia la imagen de
referencia central. Esto significa que las líneas de vértice 43a,
43b de las lentes 41a, 41b del segundo grupo de lentes, observadas
a lo largo del eje óptico, para r < r_{0} con respecto a las
líneas de vértice correspondientes 33a, 33b de las lentes
respectivamente correspondientes 31a, 31b, se tienen que desplazar
hacia el exterior en sentido periférico y para r > r_{0} se
tienen que desplazar hacia el interior en sentido periférico. Esto
se consigue porque las líneas de vértice de las lentes del segundo
grupo de lentes 4 se cortan en un punto de corte M_{S} que está
separado en dirección radial del correspondiente punto de corte
M_{S} de las lentes del primer grupo de lentes 3. Sobre todo el
punto de corte M_{S} de las líneas de vértice de las lentes del
primer grupo de lentes 3 coincide con el punto de corte las líneas
de delimitación de lentes M_{L} y con el eje de giro D del
dispositivo de medición de la posición, compárese con la Figura 1.
Por el contrario, el punto de corte M_{S} de las líneas de vértice
de las lentes del segundo de grupo de lentes 4 se sitúa en el
exterior del eje de giro y de tal forma, visto desde las
correspondientes lentes del grupo de lentes 4, en sentido radial
detrás del eje de giro D. Este modo se puede conseguir que las
líneas de vértice 33a, 43a o 33b, 43b de las lentes 31a, 40a o 31b,
41b de una celda, observadas a lo largo del eje óptico, se crucen
respectivamente en un punto con el radio r_{0} de forma
correspondiente a la anterior indicación para el desplazamiento de
las líneas de vértice de las lentes del segundo grupo de lentes 4
con respecto a las líneas de vértice de las lentes del primer grupo
de lentes en sentido periférico hacia el exterior o hacia el
interior, dependiendo de si r < r_{0} o r > r_{0}.
Mediante la representación del corte en la
Figura 4b por dos celdas 31a, 41a y 31b, 41b de la disposición de
lentes 3, 4 para un determinado radio r es evidente el
desplazamiento \deltas_{n} o \deltas_{n-1}
de las líneas de vértice 43a, 43b de las segundas lentes 41a, 41b de
la respectiva celda con respecto a las líneas de vértice 33a, 33b
de las primeras lentes 31a, 31b de la respectiva celda. Este
desplazamiento es respectivamente dependiente para un determinado
radio r de la distancia de la respectiva celda de la celda que
sirve para la representación de la imagen intermedia que sirve como
segmento de referencia, que no se tiene que inclinar (de forma
correspondiente a la imagen intermedia central 21' en la Figura 3c).
A partir de esto se obtiene un desplazamiento correspondiente de la
imagen O' de un objeto O \deltaS_{n} o
\deltaS_{n-1} de forma vertical con respecto al
eje óptico con respecto al respectivo objeto que se tiene que
representar O. Por este desplazamiento dependiente del radio de las
imágenes intermedias 21' que se representa en la Figura 3c hacia el
interior (para radios grandes) o hacia el exterior (para radios
pequeños) se obtiene finalmente la disposición lineal de las
imágenes rectangulares 21' a lo largo de una recta g de forma
correspondiente a la Figura 3d.
Como resultado, por la n-ava
celda de la disposición de lentes 3, 4, observada desde la celda
mediante la que se representa la imagen intermedia 21' (compárese
con la Figura 3c) definida como el elemento de referencia, central,
que no se tiene que inclinar, rectangular, la línea de vértice 43a
de la segunda lente 41a pasa exactamente a lo largo de la bisectriz
de n*\delta\varphi por el punto central desde la línea
periférica central con r = r_{0} y la línea \varphi =
n*\delta\phi. Esto es una consecuencia directa de la escala de
imagen \beta_{2}(r) = -1 para la segunda imagen.
Si la segunda escala de la imagen
\beta_{2}(r) = c se basa en un valor c \neq1, las
líneas de vértice de la respectiva segunda lente tendrían que pasar
a lo largo de una línea cuya inclinación estaría entre 0º y
n*\delta\phi en la relación c:1. Si la escala de imagen
\beta_{2}(r) no tiene que ser constante (independiente
de radio), entonces la línea de vértice de la segunda lente no se
tendría que representar más como recta sino que pasaría a lo largo
de una línea curva.
Las directrices de construcción adicionales para
la disposición de lentes se refieren a las líneas de delimitación
de lentes, compárese con las líneas de delimitación de lentes 45
para las lentes 41 del segundo grupo de lentes 4 en la Figura 4a.
Para la generación de una imagen definida de la pista de código 20
sobre el detector fotoeléctrico 19 se tiene que evitar el
solapamiento entre celdas adyacentes de la disposición de lentes
(compárese Figura 4b). Es decir, tales rayos de luz que pasan en
primer lugar por una primera lente 31a de una celda 31a, 41a deben
alcanzar a continuación la segunda lente 41a de la misma celda, pero
no una segunda lente 41b de una celda adyacente 31b, 41b. Un
desplazamiento de las líneas de delimitación de lentes 45 (compárese
con la Figura 4a) de las lentes 41 del segundo grupo de lentes con
respecto a las lentes del primer grupo de lentes (correspondiente
al desplazamiento que se ha explicado anteriormente de las líneas de
vértice de las lentes) seguiría aumentando el solapamiento. Las
líneas delimitantes de lentes de ambos grupos de lentes, por lo
tanto, deben coincidir, por tanto, observadas a lo largo del eje
óptico, situarse de forma superpuesta y particularmente no deben
cruzarse. Esto significa que los puntos de corte M_{L} de las
líneas de delimitación de lente del primer grupo de lentes 3 y del
segundo grupo de lentes 4 se sitúan a la misma altura en sentido
radial. En la presente memoria, los dos puntos centrales M_{L} se
sitúan sobre el eje de giro D del dispositivo de medición de la
posición. Por lo tanto, a lo largo del sentido radial solamente los
puntos de corte M_{S} de las líneas de vértice de las lentes
están desplazados entre sí, pero no los puntos de corte de las
líneas de delimitación de lentes M_{L}. Es decir, con respecto a
sus líneas de delimitación externas, las lentes, durante la
observación a lo largo del eje óptico, es decir, verticalmente con
respecto al plano de extensión 30, 40 de los dos grupos de lentes
3, 4, son coincidentes. Las diferencias consisten solamente en la
curvatura de las lentes del primer y del segundo grupo de lentes 3,
4 desde el respectivo plano 30, 40 y, por lo tanto, también en el
recorrido de las correspondientes líneas de vértice de las
lentes.
Para una disminución del solapamiento se puede
proporcionar de acuerdo con la Figura 5 además una estructura de
diafragma 5 que se compone de elementos de diafragma 51 que se
disponen respectivamente entre lentes individuales adyacentes 41
del segundo grupo de lentes 4, es decir, que cubren las líneas de
delimitación de lente que tienen un recorrido radial.
Para evitar una caída de luminosidad (viñetado)
en la zona de las líneas de delimitación de lentes laterales se
pueden asignar, como se representa mediante la Figura 6 a modo de
ejemplo para las lentes 31, 32 del primer grupo de lentes 3, a la
pista de código 20 que se tiene que representar grupos de lentes 3,
4 que comprenden respectivamente varias series de microlentes
anulares que se disponen de forma adyacente en sentido radial, que
están desplazadas entre sí respectivamente un medio de la anchura de
lente azimutal de tal forma que los puntos centrales de la lente
(centro de gravedad) de las lentes individuales 31, 32 se disponen a
lo largo de varias líneas circulares concéntricas (preferiblemente a
lo largo de dos).
La construcción que se ha descrito anteriormente
de los grupos de lentes se puede realizar tanto con lentes
refractivas como difractivas. Es posible, por ejemplo, mediante
técnica de gofrado incluso una combinación de estructuras
difractivas de varios escalones con lentes difractivas de una altura
de vértice baja. Como soporte de los grupos de lentes sirve
preferiblemente un sustrato de plástico.
Las medidas representadas mediante un
dispositivo de medición de la posición que trabaja con el método a
trasluz se pueden usar del mismo modo también en sistemas de
medición de la posición que trabajan en el método de luz incidente.
En tales sistemas de medición de la posición, de acuerdo con la
Figura 7, la luz L emitida por una fuente de luz 11 y paralelizada
con una lente condensadora 13 se refleja por la respectiva pista de
código 20 del medio de medición 2 y después, mediante una
disposición de lentes que se compone de dos grupos de lentes 3, 4
se representa sobre el detector fotoeléctrico 19, donde los grupos
de lentes 3, 4 se disponen respectivamente en uno de dos planos 30,
40 paralelos entre sí.
La iluminación del medio de medición 2
preferiblemente se realiza en sentido axial-radial
de tal forma que después también se realiza en esta dirección la
representación de la pista de código correspondiente 20 por
proyección paralela. Adicionalmente, el sentido de iluminación que
se ha mencionado permite una libertad correspondientemente elevada
en la selección de la superficie que se tiene que iluminar o
representar. Una gran distancia del objeto de la primera imagen
refuerza esta ventaja.
Para una construcción lo más compacta posible de
la disposición se tienen que elegir ángulos de iluminación
pequeños, por lo que la geometría de la disposición se aproxima al
caso de trasluz que se ha explicado explícitamente. Sin embargo
permanece un determinado desplazamiento entre sí de los radios r,
r'' correspondientes, dispuestos a lo largo del eje óptico de forma
sucesiva (con respecto al eje de giro D del sistema de medición
angular), ya que el eje óptico no tiene un recorrido paralelo con
respecto al eje de giro, sino de forma inclinada con respecto al
mismo de forma correspondiente al ángulo de iluminación de la luz
paralelizada, que no incide de forma vertical sino con un ángulo de
iluminación que se desvía de la vertical, sobre el medio de medición
2.
Las investigaciones en sistemas de medición
lineales (sistemas de medición de longitudes) en los que una
graduación de medición que se extiende de forma lineal se
representa sobre un detector fotoeléctrico que se extiende de forma
lineal han mostrado que se consigue una óptica de representación
óptima cuando los dos grupos de lentes 3, 4 se extienden de forma
paralela con respecto al medio de medición 2 y la superficie
sensible a radicación del detector fotoeléctrico 19. Se tiene que
partir de que esto se aplica de forma correspondiente para en el
caso que, como en la presente memoria, una graduación de medición 20
que se extiende de forma anular se representa sobre una detector
fotoeléctrico 19 que se extiende de forma lineal.
Las medidas que se han descrito anteriormente
mediante las Figuras 1 a 6 para el método a trasluz se pueden usar
de este modo de forma correspondiente en una disposición que trabaja
de acuerdo con el método de luz incidente de acuerdo con la Figura
7, particularmente con respecto al recorrido de las líneas de
vértice y las líneas de delimitación laterales, que se extienden
radialmente, de las lentes, donde a los puntos que se disponen a lo
largo del eje óptico de forma sucesiva se adscribe respectivamente
el mismo radio r, aunque el eje óptico no tenga un recorrido
paralelo con respecto al eje de giro D. Las coordenadas radiales r
de los puntos individuales, por lo tanto, ya no se refieren a la
distancia del eje de giro del dispositivo de medición de la
posición, sino más bien a la distancia de un eje central definido de
forma artificial que tiene un recorrido paralelo con respecto al
eje óptico, de tal forma que a lo largo del eje óptico los puntos
dispuestos de forma sucesiva presentan la misma coordenada r
radial.
Como se explica mediante el método de trasluz,
también en este caso se predeterminan con respecto a la geometría
de las lentes solamente las líneas de vértice y las líneas de
delimitación de lente, mientras que la curvatura de las lentes se
determina en las condiciones límite indicadas, particularmente con
respecto a la escala de la imagen que depende del radio, mediante
un programa de optimización (programa informático).
Las medidas que se han descrito anteriormente se
pueden usar de acuerdo con la Figura 8 adicionalmente para
transformar una graduación de medición que se extiende de modo
anular con segmentos anulares 61 con un radio de curvatura r_{1}
comparativamente grande o con segmentos anulares 71 con un radio de
curvatura r_{2} comparativamente pequeño en una imagen que se
extiende de forma anular, cuyos segmentos 81 presentan un radio de
curvatura r_{A} dependiente de la graduación de la medición que se
tiene representar. En el caso de una graduación de medición con un
radio de curvatura muy grande, esto posibilita una disminución del
radio de curvatura y en el caso de una graduación de medición con
un radio de curvatura muy pequeño se puede conseguir, por ejemplo,
un aumento del radio de curvatura. Para esto se tienen que
seleccionar las escalas de la imagen de las dos imágenes parciales,
que se definen por los dos grupos de lentes 3, 4, de tal forma que a
partir de los segmentos anulares de la graduación de medición no se
generan segmentos rectangulares de anchura constante, sino más bien
otros segmentos anulares con una curvatura diferente.
Finalmente, a diferencia de las medidas que se
han descrito anteriormente, también se puede transformar una
graduación de medición que se extiende de forma línea de tal forma
que sobre el detector fotoeléctrico se genere una imagen que se
extiende de forma anular. También para esto se tienen que
seleccionar de forma correspondiente las escalas de representación
de las dos imágenes parciales.
Claims (24)
-
\global\parskip0.930000\baselineskip
1. Un dispositivo de medición de la posición con- un medio de medición (2), que comprende al menos una graduación de medición (20) que se extiende a lo largo de una recta o a lo largo de una línea curvada,- un dispositivo de exploración (1) para la exploración de la graduación de medición (20) mediante una fuente de luz (11),- una unidad de recepción (19) del dispositivo de exploración (1), mediante la cual se pueden recibir para la evaluación los rayos de luz emitidos por una fuente de luz (11) y modificados por la graduación de medición (20) y- una disposición de lentes (3, 4) dispuesta entre el medio de medición (2) y la unidad de recepción (19), formada por lentes ópticas (31, 41) para la generación de una imagen definida de la graduación de medición (20) en la unidad de recepción (19), donde la disposición de lentes (3, 4) está configurada para la generación de una imagen (20') de la graduación de medición (20), que se extiende a lo largo de una línea (G), cuya curvatura es diferente de la curvatura de la línea (R) a lo largo de la cual se extiende la graduación de medición (20),caracterizado porquela disposición de lentes (3, 4) comprende una pluralidad de lentes (31, 41) dispuestas en un plano (30, 40) y porque el plano (30, 40) está orientado de tal forma que los rayos de luz (L) modificados por la graduación de medición (20) cortan el plano (30, 40). - 2. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la graduación de medición (20) se extiende a lo largo de al menos una parte de un anillo, particularmente a lo largo de un anillo circular.
- 3. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la imagen (20') de la graduación de medición (20) se extiende a lo largo de una recta (g) o a lo largo de al menos una parte de un anillo, particularmente de un anillo circular, cuya curvatura es diferente de la curvatura de la graduación de medición (20).
- 4. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la graduación de medición (20) está formada por segmentos anulares (21) dispuestos de forma sucesiva a modo de anillo, que presentan respectivamente una extensión definida en sentido radial.
- 5. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la anchura (a) de los segmentos anulares (21), de hecho, su extensión en sentido periférico (U), varía en sentido radial, particularmente aumenta en sentido radial hacia el exterior.
- 6. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque las imágenes (21') formadas por la disposición de lentes (3, 4) sobre la unidad de recepción (19) de los segmentos anulares (21) presentan respectivamente una anchura constante (b), de hecho, una extensión constante en el sentido de extensión de la imagen (20').
- 7. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque las imágenes formadas por la disposición de lentes (3, 4) sobre la unidad de recepción (19) de los segmentos están configuradas respectivamente como segmentos anulares, cuya anchura definida como extensión en sentido periférico varía en sentido radial, particularmente aumenta hacia el exterior en sentido radial.
- 8. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la escala de la imagen (\beta) de la disposición de lentes (3, 4) varía en sentido radial con respecto a un eje, particularmente el eje central (D) de la graduación de medición (20) que se extiende a lo largo de un anillo o el eje central (M_{L}-M_{L}) de la disposición de lentes.
- 9. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3 y la reivindicación 8, caracterizado porque la escala de la imagen (\beta) disminuye de un valor superior a uno en sentido radial hacia el exterior hasta un valor menor de uno.
- 10. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque la distancia focal (f) de las lentes individuales (31, 41) de las disposición de lentes (3, 4) varía en sentido radial con respecto al eje (D) de la graduación de medición (20).
- 11. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la disposición de lentes (3, 4) comprende dos grupos (3; 4) de lentes que están respectivamente asignados a uno de dos planos (30, 40) que se extienden en paralelo entre sí.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 12. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las lentes de los dos grupos (3, 4) se agrupan respectivamente por pares hasta una celda (30a, 41; 30b, 41b) y porque las lentes de una celda (31a, 41a; 31b, 41b) se disponen respectivamente de forma vertical con respecto a los dos planos (30, 40) de forma sucesiva, donde al menos una parte de los rayos de luz (L), que han pasado por una primera lente (31a, 31b) de una celda (31a, 41a; 31b; 41b) alcanzan a continuación la segunda lente (41a, 41b) de la celda (31a, 41a; 31b; 41b).
- 13. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque a la disposición de lentes (3, 4) se asigna una estructura de diafragma (5).
- 14. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la estructura de diafragma (5) se dispone en el plano (40) del grupo de lentes (4) por el que pasan el último lugar los rayos de luz (L).
- 15. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la estructura de diafragma se dispone entre los dos grupos de lentes (3, 4).
- 16. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque los rayos de luz se conducen de tal forma mediante la estructura de diafragma que tales rayos de luz (L) que han pasado por la primera lente (31a, 31b) de una celda (31a, 41a; 31b; 41b) no alcanzan una segunda lente (41b, 41a) de otra celda (31b, 41b; 31a, 41a).
- 17. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque los dos grupos (3, 4) de lentes están orientados paralelos entre sí.
- 18. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque los puntos centrales de las lentes de las lentes individuales de los dos grupos de lentes (3, 4) se disponen en una retícula bidimensional que se compone de varias líneas.19 El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque los puntos centrales de las lentes de las lentes individuales de los dos grupos de lentes (3, 4) se sitúan respectivamente a lo largo de varias líneas circulares concéntricas con diferentes radios.
- 20. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque las líneas de la retícula bidimensional tienen un recorrido esencialmente paralelo con respecto al sentido de la extensión de la graduación de medición y las diferentes líneas en el sentido de la extensión de la graduación de medición se disponen desplazadas entre sí.
- 21. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 20, caracterizado porque las lentes individuales (31, 41) están abombadas respectivamente de forma vertical con respecto al plano de extensión (30, 40) del respectivo grupo de lentes (3, 4) y porque las líneas de vértice (41) de las lentes (31, 41) se extienden en sentido radial.
- 22. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque las líneas de vértice (43) se cortan en un punto (M_{S}).
- 23. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 17 y 22, caracterizado porque los puntos de corte (M_{S}) de las líneas de vértice de los dos grupos de lentes (3, 4) están separados entre sí en sentido radial.
- 24. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 12 y 23, caracterizado porque en una celda de la disposición de lentes (3, 4), las líneas de vértice de las dos lentes de esta celda, observadas a lo largo del eje óptico, se disponen de forma sucesiva de manera coincidente y porque en las otras celdas (31a, 41a; 31b, 41b) de la disposición de lentes (3, 4), las líneas de vértice (33a, 43a; 33b; 43b) de las dos respectivas lentes (31a, 41a; 31b, 41b) están desplazadas entre sí verticalmente con respecto al eje óptico.
- 25. El dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 24, caracterizado porque las líneas de delimitación laterales (45), que delimitan las lentes individuales (31, 41) en sentido periférico (U), observadas a lo largo del eje óptico, son coincidentes para las dos lentes (31a, 41a; 31b, 41b) de una celda (31a, 41a; 31b, 41b).
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