ES2606318T3 - Codificador óptico para determinar la posición de dos partes que son móviles entre sí en dos direcciones de movimiento - Google Patents

Abstract

Instalación de medición de la posición para la detección de la posición de dos objetos móviles relativamente entre sí con - una incorporación de medición (10, 3, 30), que comprende una rejilla cruzada bidimensional y que está conectada con uno de los dos objetos así como - tres sistemas de exploración (20.1, 20.2, 20.3) que están conectado con el otro de los dos objetos y que están en disposición no colineal entre sí para la exploración de la incorporación de medición (10, 3, 30), en la que los sistemas de exploración (20.1, 20.2, 20.3) están configurados, respectivamente, de tal forma que es posible, además, una determinación simultánea del valor de la posición a lo largo de al menos una dirección de desplazamiento lateral (X, Y) así como también a lo largo de una dirección de desplazamiento vertical (Z) de los objetos, en la que la al menos una dirección de desplazamiento lateral (X, Y) está orientada paralela y la dirección de desplazamiento vertical (Z) está orientada perpendicularmente al plano con la incorporación de medición (10, 3, 30) y en la que sobre lados de los sistemas de exploración (10, 3, 30) para la determinación de la posición en dirección de desplazamiento lateral (X, Y) y en la dirección de desplazamiento vertical (Z) están previstas, respectivamente, una primera y una segunda trayectorias de los rayos de exploración, en las que se puede generar, respectivamente, a partir de los haces de rayos parciales de interferencia en el lado de salida un grupo de señales desfasadas (SA0°, SA120°, SA240°, SB0°, SB120°, S8240°).

Description

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incorporación de medición de rejilla cruzada sirve como reflector para el interferómetro de la distancia, sería necesario, además, un diseño adecuado -costoso-del mismo con respecto a las diferentes longitudes de ondas empleadas en la exploración de la rejilla cruzada y de la determinación de la distancia interferométrica.

A continuación se explica un primer ejemplo de realización de una instalación de medición de la posición de acuerdo con la invención con la ayuda de las figuras 3 y 4. La figura 3muestra en este caso la trayectoria de los rayos de exploración de este ejemplo de realización en diferentes vistas espaciales.

Un haz de rayos 1 polarizado linealmente, incidente, que procede de una fuente de luz no representada, de un rayo láser colimado se desdobla a través de una rejilla de disociación 2 sobre el lado inferior de una placa de exploración 7 en un +1 y -1 orden de difracción 4, 4'. La constante de la rejilla de disociación 2 es idéntica de la de la incorporación de medición 3. La haz de rayos del +1 orden de difracción 4 de la rejilla de disociación 2 llega sobre la incorporación de medición de reflexión 3 y se disocia allí a través de difracción en un +1 y -1 orden de difracción en dos haces de rayos parciales 5, 6. El haz de rayos parciales 5 en el -1 orden de difracción llega paralelamente al eje óptico Z (es decir, en 0 orden de difracción resultante) de retorno en la dirección de la placa de exploración 7. El haz de rayos parciales 6 desviado en el +1 orden de difracción se propaga en la dirección de un 2º orden de difracción resultante. Ambos haces de rayos parciales 5, 6 llegan sobre estructuras de desviación difractivas 8, 9 sobre el lado inferior de la placa de exploración 7. Estas estructuras de desviación 8, 9 están dimensionadas de tal forma que dirigen los haces de rayos parciales 10, 11 resultantes en el plano-XZ, respectivamente, paralelos a la dirección-Z y se desvían lateralmente en el plano-YZ y enfocan de acuerdo con una lente cilíndrica.

El haz de rayos parciales 5 que aparece en el orden de difracción 0 resultante es reflejado por un espejo 12 sobre el lado superior de la placa de exploración 7 y llega entonces sobre un espejo 13 sobre el lado inferior de la placa de exploración 7. Allí se encuentra entonces el lugar del foco de la estructura de desviación difractiva 8 mencionada o bien de la lente cilíndrica. A continuación se refleja el haz de rayos parciales de nuevo a través del espejo 12 sobre el lado superior de la placa de exploración 7 y llega sobre una segunda estructura de desviación 14 sobre el lado inferior de la placa de exploración 7.

El haz de rayos parciales 6 que incide en el +2 orden de difracción resultante sobre la placa de exploración 7 llega sobre el espejo 12 sobre su lado superior, donde se encuentra también el lugar del foco de la rejilla de desviación continua 9. Después de la reflexión, llega directamente sobre una segunda estructura de desviación 15 sobre el lado inferior de la placa de exploración 7.

Las segundas estructuras de desviación 14, 15 están, respectivamente, con respecto al plano-XZ en simetría de espejo con las primeras estructuras de desviación 8, 9 y, por lo tanto, desvían los haces de rayos parciales incidentes lateralmente de dirección-Y, pero en sentido opuesto a los haces de rayos parciales 5, 6 que originalmente sobre la placa de exploración 5, 6 de retorno a la incorporación de medición 3. Antes que se sean difractados de nuevo por la incorporación de medición 3, atraviesan las placas /4 16, 17, que están orientadas diferentes para los dos haces de rayos parciales 18, 19, de manera que resultan haces de rayos parciales polarizados circulares a la izquierda y a la derecha. En la incorporación de medición 3 se difractan, respectivamente, con el mismo orden de difracción que en la primera incidencia, es decir, en el +1 y -1 orden, respectivamente. A través de esta difracción se conducen los dos haces de rayos parciales 18, 19 como haz de rayos 20 paralelamente de retorno a la placa de exploración 7. Allí atraviesan una rejilla de disociación 21, que disocia los haces de rayos parciales unidos en 3 rayos individuales 22a, 22b, 22c; estos tres rayos individuales 22a, 22b, 22c atraviesan polarizadores 23, 23b, 23c orientados de forma diferente antes de que sean detectados por detectores 24a, 24b, 24c y sean convertidos en señales eléctricas SA0°, SA120°, SA240°. Los tres polarizadores 23a, 23b, 23c están en un retículo angular de 60º, de manera que resultan las señales SA0°, SA120°, SA240° con un desplazamiento de fases de 120º entre sí.

El haz de rayos parciales 6 que aparece en el 2º orden de difracción resultante sobre la placa de exploración debe atravesar entre la placa de exploración 7 y la incorporación de medición 3 trayectos ópticos más largos que el haz de rayos parciales 5 en el orden de difracción 0 resultante. Para compensar estas diferencias de trayectos, están previstos en el plano-YZ diferentes recorridos de los rayos dentro de la placa de exploración 7, a saber, en forma de la reflexión triple descrita anteriormente de uno de los haces de rayos parciales y de la reflexión sencilla del otro haz de rayos parciales. Con un dimensionado adecuado del espesor de las placas de exploración y de las rejillas de desviación 8, 9, 14, 15 se pueden eliminar las diferencias de las longitudes de los recorridos en la distancia nominal

Z0.

El haz de rayos 4' desviado por la primera rejilla de disociación en -1 orden de difracción es disociado con respecto al plano-YZ en simetría de espejo a través de rejillas de desviación 8', 9' dispuestas en simetría de espejo de manera correspondiente sobre la placa de exploración 7 y es reunido de nuevo. A partir de ello resultan las señales SB0°, SB120°, SB240°.

A partir de cada grupo de señales desfasadas SA0°, SA120°, SA240° o bien SB0°, SB120º, SB240º se calcula de manera conocida un valor de posición. A partir de ello resultan los valores de posición primarios 1y 2 mencionados

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