ES2871791T3 - Dispositivo óptico de medición de posición - Google Patents
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Abstract
Dispositivo óptico de medición de la posición, para la determinación de la posición relativa de dos objetos que son desplazables relativamente entre sí a lo largo de al menos dos direcciones de medición (x, y), con - dos unidades de lectura (20), las cuales están conectadas a uno de los dos objetos, y comprenden respectivamente al menos una fuente de luz (22), una o más rejillas (23.1, 23.2), así como una disposición de detector, y - una escala (10) que está conectada al otro objeto, y presenta dos pistas con graduaciones incrementales (12.1, 12.2; 112.2), las cuales se extienden a lo largo de una primera dirección de medición (x), cada una de las cuales están formadas por zonas de graduación (12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b; 112.2a, 112.2b), dispuestas periódicamente a lo largo de una dirección de graduación incremental (x1', x2'), con diferentes propiedades ópticas, adoptando las dos direcciones de graduación incrementales (x1', x2') un ángulo (β) entre 0° y 90° entre sí, y estando integrada en cada una de las dos graduaciones incrementales (12.1, 12.2; 112.2) al menos una marca de referencia (13.1, 13.2; 113.2), desde cuya exploración puede generarse una señal de referencia en una posición de referencia definida (xREF , yREF) a lo largo de cada dirección de medición (x, y), y conteniendo la marca de referencia (13.1, 13.2; 113.2) componentes tanto aperiódicos como periódicos (14.1, 14.2).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo óptico de medición de posición
NOMBRE DEL INVENTO
Dispositivo óptico de medición de posición
CAMPO DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a un dispositivo óptico de medición de la posición, el cual es adecuado para la determinación con alta precisión de la posición relativa de dos objetos desplazables entre sí.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Del documento EP 1 724 548 A2 es conocido un dispositivo de medición de la posición que es adecuado para determinar la posición relativa de dos objetos que pueden son desplazables entre sí a lo largo de al menos dos direcciones de medición. El dispositivo de medición de la posición comprende un cabezal de lectura, el cual está conectado a uno de los dos objetos, y una escala que está conectada al otro de los dos objetos. La escala presenta dos pistas con graduaciones incrementales, las cuales se extienden a lo largo de una primera dirección de medición; la primera dirección de medición se denomina también a continuación como dirección de medición principal. Las zonas de división, dispuestas periódicamente, de las dos graduaciones incrementales, adoptan un ángulo entre 0 ° y 90 ° entre sí, es decir, las dos graduaciones incrementales están colocadas giradas entre sí. A través del escaneo de la graduación incremental cuyas áreas de graduación están orientadas perpendicularmente a la primera dirección de medición, se pueden generar señales incrementales periódicas para una determinación de la posición relativa, a lo largo de la primera dirección de medición, o bien de la dirección de medición principal. A partir del escaneo de la graduación incremental, inclinada o girada respecto a la anterior, se puede captar metrológicamente otra información relativa adicional de posición respecto a un movimiento eventual resultante, a lo largo de una segunda dirección de medición. En el documento EP 1724548 A2 está prevista una disposición de la graduación incremental girada en un ángulo, el cual puede estar entre 0 ° y 90 °; entre otras cosas, también se menciona una disposición bajo un ángulo de 45°. Además, se le ha asignado una marca respectiva de referencia a las dos graduaciones incrementales, a fin de poder determinar una posición absoluta, o bien una posición de referencia a lo largo de la primera dirección de medición, así como también a lo largo de la segunda dirección de medición. Al sobrepasar de la marca de referencia respectiva, se puede establecer entonces un contador en un valor de posición absoluto predeterminado, al que se refiere la medición incremental posterior. En referencia a la configuración de las marcas de referencia, el documento citado solo contiene datos sobre la dilatación requerida para asegurar una captación segura durante el escaneo. Junto a una disposición de las marcas de referencia junto a las graduaciones incrementales, también se menciona la posibilidad de integrar las marcas de referencia en las graduaciones incrementales.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se plantea el objetivo de proporcionar un dispositivo óptico de medición de posición para la determinación con alta precisión de la posición a lo largo de al menos dos direcciones de medición, que presentan dos graduaciones incrementales, giradas una respecto a la otra, con marcas de referencia integradas. La generación de señales incrementales periódicas también debe estar garantizada cuando se sobrepasen las respectivas marcas de referencia a lo largo de la primera dirección de medición, especialmente de forma independiente de la posición en la que se encuentra el cabezal de lectura a lo largo de la segunda dirección de medición.
Este objetivo se alcanza, según la invención, a través de un dispositivo óptico de medición de la posición con las características de la reivindicación 1.
Configuraciones ventajosas del dispositivo óptico de medición de posición, según la invención, se desprenden de las medidas que se enumeran en las reivindicaciones subordinadas.
El dispositivo óptico de medición de la posición, según la invención, sirve para la determinación de la posición relativa de dos objetos, los cuales pueden desplazarse entre sí a lo largo de al menos dos direcciones de medición. El mismo comprende dos unidades de exploración, las cuales están conectadas a uno de los dos objetos, y cada una presenta al menos una fuente de luz, una o varias redes, y una disposición de detector. Además, está prevista una escala que está conectada al otro objeto, y presenta dos pistas con divisiones incrementales, las cuales se extienden a lo largo de una primera dirección de medición, cada una de las cuales están compuestas por zonas de división con diferentes propiedades ópticas, las cuales están dispuestas periódicamente a lo largo de una respectiva dirección de división incremental. Las dos direcciones de la división incremental forman un ángulo entre 0 ° y 90 ° entre sí. En cada una de las dos divisiones incrementales está integrada al menos una marca de referencia, partiendo de la exploración de la cual se puede generar una señal de referencia, en una posición de referencia definida a lo largo de cada dirección de medición. La marca de referencia contiene partes tanto aperiódicas como también periódicas.
La marca de referencia está dispuesta preferentemente en una zona parcial, limitada superficialmente, en la respectiva división incremental, estando configuradas la parte aperiódica y la parte periódica de la marca de referencia mezcladas entre sí en esta área parcial.
En ello, la zona parcial puede estar configurada con forma rectangular, y el eje longitudinal rectangular puede estar orientada perpendicularmente a la dirección de la división incremental, en la división incremental respectiva.
Además, es posible que la marca rectangular de referencia se extienda por todo el ancho de la pista, con la respectiva división incremental.
En una posible forma de ejecución, los componentes aperiódicos y periódicos de la marca de referencia están configurados para estar separados espacialmente, de forma perpendicular a la respectiva dirección de la división incremental.
En ello, la parte periódica de la marca de referencia puede presentar una primera constante de red de la marca de referencia, la cual es idéntica a la respectiva constante de red de división incremental; la parte aperiódica de la marca de referencia puede contener respectivamente varias estructuras de red, las cuales tienen una segunda constante de red de la marca de referencia, la cual se cambia localmente a lo largo de la dirección de la división incremental.
Además, en una forma de ejecución de este tipo, la parte aperiódica de la marca de referencia puede comprender respectivamente una pluralidad de estructuras de red, configuradas con simetría de espejo, cuya segunda constante de red de marcas de referencia aumenta simétricamente hacia afuera, a partir de un eje central de simetría, perpendicular a la dirección de la división incremental.
En ello, es posible que las partes aperiódicas de la marca de referencia, perpendicularmente a la dirección de división incremental, estén colocadas periódicamente con una tercera constante de red de la marca de referencia.
La tercera constante de red de la marca de referencia se selecciona preferentemente de tal manera que un desplazamiento de una unidad de exploración, perpendicular a la dirección de división incremental, no provoque ningún cambio de señal.
Además, puede estar previsto que las partes periódicas y aperiódicas de la marca de referencia presenten una relación de superficies de 1: 1 entre sí.
En otra posible forma de ejecución, la parte periódica de la marca de referencia está configurada como una superestructura periódica integrada en la parte no periódica de la marca de referencia.
En ello, la parte periódica de la marca de referencia puede presentar una constante fina de red de la marca de referencia, que corresponde a la constante de red de división incremental de la respectiva división incremental; además, la parte aperiódica de la marca de referencia puede estar configurada a través de dos zonas diferentes de marca de referencia, las cuales están dispuestas alternándose con una constante gruesa de red de la marca de referencia, a lo largo de la dirección de división incremental, y cada una presenta respectivamente diferentes proporciones del ancho de la zona de división y de la constante fina de red de la marca de referencia.
Además, las zonas de marcación de referencia, configuradas de forma diferente, pueden estar dispuestas aperiódicamente a lo largo de la dirección de división incremental, y partiendo de un eje de simetría central, las zonas de marcación de referencia pueden estar dispuestas con simetría de espejo y hacia afuera, con constantes gruesas de red de la marca de referencia respectivamente crecientes.
Preferentemente está previsto que
- en la unidad de exploración de una fuente de luz divergente, se antepone una disposición de red de transmisión, compuesta por una red periódica de transmisión, así como por una rendija de transmisión, dispuesta en posición adyacente a la misma
- comprendiendo la disposición del detector un detector de señal incremental, así como un detector de señal de referencia.
Además, se muestra como ventajoso cuando la escala esté configurada como una escala de reflexión, y presente zonas reflectantes de división, dispuestas alternativamente, con diferentes efectos de cambio de fase.
En el caso del dispositivo óptico de medición de posición, según la invención, se ha demostrado como especialmente ventajoso que las señales incrementales periódicas estén disponibles generalmente a lo largo de una o más direcciones de medición, incluso cuando se sobrepasa la marca de referencia respectiva.
Además, está garantizado que el establecimiento de una referencia absoluta de posición, a lo largo de la primera y de la segunda dirección de medición, es posible únicamente a través del movimiento relativo de la escala y de las unidades de exploración, a lo largo de la primera dirección de medición.
Además, está garantizada una producción de la referencia absoluta, a lo largo de la primera y de la segunda dirección de medición, para cada posición de las unidades de exploración a lo largo de la segunda dirección de medición.
Otros detalles y ventajas de la presente invención se explican según la siguiente descripción de ejemplos de ejecución del dispositivo según la invención, en unión con las figuras.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se muestra
Las Figuras 1a,1b, respectivamente, una vista esquemática de un corte con la trayectoria del haz parcial de exploración de un primer ejemplo de ejecución del dispositivo óptico de medición de posición, según la invención;
la Figura 2, una vista parcial en planta desde arriba sobre la escala del primer ejemplo de ejecución de las figuras 1a, 1b;
la Figura 3, una vista de detalle de la escala de la figura 2;
la Figura 4, una vista en planta desde arriba sobre una unidad de exploración del primer ejemplo de ejecución de las figuras 1a, 1b;
la Figura 5, una vista de detalle de la disposición del detector de señales de referencia de la figura 4;
la Figura 6, vista parcial de una escala de un segundo ejemplo de ejecución del dispositivo óptico de medición de posición, según la invención.
DESCRIPCIÓN DE LAS FORMAS DE EJECUCIÓN
A continuación, se describe en detalle un primer ejemplo de ejecución del dispositivo óptico de medición de posición, según la invención, según las figuras 1a - 5. En ello, las figuras 1a, 1b muestran, de forma esquemática, la trayectoria del haz parcial de exploración, en diferentes vistas en sección, la figura 2 una vista parcial en planta desde arriba sobre la escala, la figura 3 una vista ampliada de detalle de la escala, la figura 4 una vista en planta desde arriba sobre una unidad de exploración, y la figura 5 una vista de detalle de la disposición del detector de señales de referencia.
En el ejemplo de ejecución mostrado, el dispositivo óptico de medición de la posición, según la invención, está configurado como un dispositivo de medición de la longitud de la luz reflejada, y comprende un cabezal de exploración con dos unidades de exploración, configuradas de forma idéntica. En las figuras 1a y 1b, sólo se muestra una de las dos unidades de exploración, y se designa allí con el número de referencia 20. El cabezal de exploración, y con ello las dos unidades de exploración 20, están colocadas de forma desplazable con respecto a una escala 10, a lo largo de dos direcciones de medición x, y. Las dos direcciones de medición x, y están orientadas perpendicularmente entre sí en el presente ejemplo de ejecución.
La dirección de medición x también se denomina también a continuación como primera dirección de medición, o bien dirección de medición principal, y la dirección de medición y como la segunda dirección de medición, o bien dirección de medición secundaria. La escala 10 y el cabezal de exploración, o bien las unidades de exploración 20 están, por ejemplo, conectados a dos objetos, no representados en las figuras, los cuales son desplazables uno con relación al otro, a lo largo de las dos direcciones de medición x, y. En ello puede tratarse, por ejemplo, de dos piezas de máquina desplazables entre sí, las cuales son desplazables principalmente a lo largo de la dirección de medición principal x, sobre un trayecto mayor de medición, de hasta varios metros. También resulta un movimiento relativo a lo largo de la dirección de medición secundaria y, causado a través de las tolerancias de la guía, pero típicamente, a lo largo de la dirección de medición secundaria y, solamente hay un pequeño trayecto de medición a registrar, en el rango de pocos milímetros. Una unidad secundaria de control puede controlar el movimiento de estas partes de la máquina, de manera adecuada, a través de las señales de salida, dependientes de la posición, del dispositivo óptico de medición de la posición, según la invención, a lo largo de las dos direcciones de medición x, y, en forma de señales incrementales y señales de referencia.
En las unidades de exploración 20 del dispositivo de medición de la posición, sobre un elemento portador 21 están previstos una fuente de luz 22, así como, adyacente a la misma, una disposición de detector con un detector 25.1 de señal incremental, y un detector 25.2 de señal de referencia. A la fuente de luz 22, de radiación divergente, se le antepone, en la dirección de propagación de la luz, una disposición de rejilla de transmisión, la cual comprende una rejilla de emisión de transmisión periódica 23.1, así como una rendija de transmisión 23.2, colocada adyacente a la misma.
El detector de señal de referencia 25.2 de una unidad de exploración se muestra en la figura 5, en una representación ampliada. El mismo consiste en un total de cuatro conjuntos de matrices de detectores 25.2a - 25.2d, las cuales comprenden respectivamente una pluralidad de elementos detectores optoelectrónicos, con forma rectangular. En referencia a más detalles sobre la configuración específica del detector 25.2 de señales de referencia, se remite expresamente al documento EP 2525 195 A2 del solicitante, especialmente al ejemplo de ejecución de la figura 10.
De la interacción de los haces de luz emitidos por la fuente de luz 22 con las rejillas previstas en la trayectoria del haz de exploración, es decir, con la rejilla de emisión de transmisión 23.1, el espacio de transmisión 23.2 y la escala 10,
resulta, en un plano de detección de la disposición de detección, un patrón de señal, el cual es dependiente del desplazamiento. A través de la exploración optoelectrónica de este patrón de señal, con la ayuda de la primera unidad de exploración 20, se generan señales incrementales periódicas, así como señales de referencia, a lo largo de la dirección xi', la cual se define a continuación como la dirección de graduación incremental xi'; con la segunda unidad de exploración (no mostrada), se generan señales incrementales periódicas, así como señales de referencia, a lo largo de la dirección de graduación incremental adicional xi, que también se define a continuación.
En el lado de la escala 10, como puede verse en la figura 2, están colocadas, sobre un soporte de escala 11, dos pistas con graduaciones incrementales 12.1, 12.2, las cuales se extienden a lo largo de la primera dirección de medición x. Las graduaciones incrementales 12.1, 12.2 constan respectivamente de zonas de graduación en forma de línea 12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b, con diferentes propiedades ópticas, que están colocadas periódicamente con la constante de rejilla de graduación incremental TPinc. En el presente ejemplo, con una escala de reflexión 10, las áreas reflectantes de graduación 12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b, colocadas alternativamente, presentan diferentes efectos de desplazamiento de fase, o bien una desviación de fase diferente; por ejemplo, pueden estar previstas áreas de graduación alternantes 12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b, con una desviación de fase de 0° y una desviación de fase de 180°. Como puede verse en la figura 2, las zonas de graduación 12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b están dispuestas respectivamente, de forma periódicamente consecutiva, a lo largo de una dirección que están denominadas a continuación como dirección de graduación incremental xi', o bien xi. En la dirección longitudinal, las zonas de graduación 12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b se extienden, como se muestra, a lo largo de las direcciones y1’, y ¿ , cada una de las cuales está orientada perpendicularmente a las direcciones de graduación incremental xi', xi. En el ejemplo de ejecución mostrado, las direcciones de graduación incrementales xi ', xi, adoptan en las dos pistas un ángulo p = 90 ° entre sí; generalmente, este ángulo B ha de seleccionarse en el rango de entre 0° y 90°. Según la figura 2, como a se denomina el ángulo entre la respectiva dirección de graduación incremental x1‘, x2 ' y la primera dirección de medición x en las dos graduaciones incrementales 12.1, 12.2. En ello, para la graduación incremental 12.1 se aplica a = 45 °, para la graduación incremental 12.2 se selecciona a = - 45. En este ejemplo de ejecución está prevista TP inc = 8 pm como constante de rejilla de graduación incremental TP inc.
Como puede verse además en la figura 2, en cada una de las dos graduaciones incrementales 12.1, 12.2 está integrada al menos una marca de referencia 13.1, 13.2. Se puede establecer una referencia absoluta en la medición de posición a través de las marcas de referencia 13.1, 13.2. Para ello, cuando se sobrepasa la marca de referencia 13.1, 13.2, se fija un contador, por ejemplo, en un valor de posición absoluto predeterminado, al que se refiere entonces la siguiente medición incremental de alta resolución. A partir de la exploración óptica de las marcas de referencia 13.1, 13.2, se puede generar respectivamente una señal de referencia, en una posición de referencia definida xref, yREF a lo largo de las dos direcciones de medición x, y. Los valores xref, yREF son solamente valores aritméticos, que son predeterminados por el usuario. Los valores separados del contador de ambas pistas pueden ponerse a cero a través del desplazamiento de la marca de referencia, o bien ajustarse a un valor absoluto de posición predeterminado. En ello, a través del diseño de las marcas de referencia 13.1, 13.2, explicado en detalle a continuación, es posible que una referenciación de las dos pistas con las graduaciones incrementales 12.1, 12.2, a lo largo de las dos direcciones de medición x, y, solamente pueda tener lugar a través de un movimiento relativo a lo largo de la primera dirección de medición x. Asimismo, una compensación de errores que pueda resultar eventualmente en las señales incrementales a lo largo de ambas direcciones de graduación incrementales x1‘, x2 ', solamente es posible a través de un movimiento relativo de la escala 10 y de la unidad de exploración 20 a lo largo de la dirección de medición principal x.
La marca de referencia 13.1, 13.2 está colocada respectivamente en una zona parcial, limitada superficialmente, en la respectiva graduación incremental 12.1, 12.2. De acuerdo con la invención, tanto los componentes periódicos como aperiódicos de la marca de referencia 13.1, 13.2 están previstos dentro de esta zona parcial, y están configurados mezclados entre sí. A través de una configuración de este tipo de las marcas de referencia 13.1, 13.2 está asegurada, por una parte, la detectabilidad de las marcas de referencia 13.1, 13.2, y por otra parte está asegurado que las señales incrementales periódicas estén siempre disponibles, incluso cuando estas marcas de referencia 13.1, 13.2 se sobrepasen.
En el ejemplo de ejecución de la figura 2, la zona parcial con la marca de referencia 13.1, 13.2, en las graduaciones incrementales 12.1, 12.2, está configurada respectivamente con forma rectangular. El eje longitudinal rectangular de las dos zonas parciales está orientado perpendicularmente a la dirección de graduación incremental x1‘, o bien x2 ', y la dirección correspondiente está denominada como y1 o y2 ’ en la figura 2. Además, las dimensiones de la zona parcial están seleccionadas de tal forma que la marca de referencia 13.1, 13.2, con forma rectangular, se extiende por todo el ancho B de la pista con la respectiva graduación incremental 12.1, 12.2.
En cuanto la configuración específica de un primer ejemplo de ejecución de una marca de referencia adecuada, se hace referencia a la ilustración parcial de detalle de la marca de referencia 13.2 en la fig. 3. En este ejemplo de ejecución está previsto que, perpendicularmente a la dirección de graduación incremental x2 , los componentes aperiódicos y periódicos 14.2, 14.1 de la marca de referencia 13.2 estén configurados de forma separada espacialmente entre sí. En un ejemplo de ejecución, que se explicará a continuación, se prevé como alternativa, por el contrario, una integración de la parte periódica de la marca de referencia en la parte aperiódica.
Las zonas en forma de banda con una estructura de rejilla periódica, las cuales presentan una primera constante de rejilla de la marca de referencia TPrmi, actúan como componentes periódicos 14.1 de la marca de referencia 13.2. La primera constante de rejilla de marca de referencia TPRMI es aquí idéntica a la constante de rejilla de graduación incremental TP inc en la graduación incremental 12.2 circundante de la pista respectiva. Las zonas en forma de banda se extienden, en la marca de referencia 13.2, a lo largo de la dirección de graduación incremental x2 '. Dentro de las zonas en forma de banda, y según esto análogamente a la formación de la graduación incremental 12.2, las zonas de graduación 14.1a, 14.1b, con diferentes propiedades ópticas, es decir, en el presente caso con una desviación de fase diferente, están colocadas periódicamente a lo largo de la dirección de graduación incremental x2 ', con la primera constante de rejilla de la marca de referencia TPrmi = TP inc.
La parte aperiódica 14.2 de la marca de referencia 13.2, que está separada espacialmente de las partes periódicas 14.1, está configurada en otras zonas con forma de banda. Allí están dispuestas estructuras de rejilla que presentan una segunda constante de rejilla de la marca de referencia TPRM2 , la cual varía localmente a lo largo de la dirección de graduación incremental X2 '; en este contexto también hay que mencionar estructuras de celosía medidas simétricamente. Concretamente, en las zonas en forma de banda están previstas estructuras de celosía, configuradas con simetría de espejo con respecto a un eje central de simetría S, compuestas por zonas de división 14.2a, 14.2b dispuestas alternativamente, con diferentes propiedades ópticas. Dentro de las zonas, la segunda constante de rejilla de la marca de referencia TPrm2 de las estructuras de rejilla aumenta simétricamente hacia fuera, a partir del eje de simetría S, perpendicularmente a la dirección de graduación incremental x2 '.
Con respecto a la selección de una curva de medición adecuada, y su caracterización matemática exacta en estructuras de rejilla de ese tipo, se remite además al documento EP 2318812 A1, a cuyo contenido de publicación se hace aquí referencia expresa.
Verticalmente a la dirección de graduación incremental x2 ', es decir, a lo largo de la dirección y2 ', las zonas en forma de banda, con los componentes periódicos 14.1 y los componentes aperiódicos 14.2 de la marca de referencia 13.2, presentan, en el presente ejemplo de ejecución, la misma anchura bp, bap; con ello, los componentes periódicos y aperiódicos 14.1, 14.2 de la marca de referencia 13.2 poseen así una relación de superficie de 1: 1 entre sí. Básicamente, la relación de tamaño de señal de las señales incrementales y de referencia generadas se pueden ajustar de una forma definida a través de la selección de esta relación de zona. Tanto los componentes periódicos 14.1 como los componentes aperiódicos 14.2 de la marca de referencia 13.2 están dispuestos con ello, en el ejemplo mostrado, a lo largo de la dirección y¿ , periódicamente con una tercera constante de rejilla de marca de referencia TPRM3. En una forma de ejecución posible, se selecciona una anchura bp, bap de las zonas en forma de banda, con los componentes periódico y aperiódico 14.1, 14.2, de 128 pm cada una, con lo que la tercera constante de rejilla de marcado de referencia es TPrm3 = 256 pm.
A través de la selección de una tercera constante de rejilla de marcación de referencia adecuada TPrm3, también se puede garantizar que, incluso en el caso de un posible desplazamiento de la unidad de exploración, perpendicular a la dirección de graduación incremental x2 ', es decir, a lo largo de la dirección y2 ', no resulten cambios en las señales incrementales y de referencia generadas. En este caso, resulta fundamentalmente ventajoso cuando la constante de rejilla de la tercera marca de referencia TPrm3 se seleccione lo más finamente periódica posible.
Un segundo ejemplo de ejecución de una marca de referencia adecuada se explica a continuación según la representación parcial de la marca de referencia 113.2 en la figura 6; ha de señalarse que en la figura no está mostrada la marca de referencia completa. En este ejemplo de ejecución, se prevé ahora que la parte periódica de la marca de referencia esté configurada como una superestructura periódica, integrada en la parte aperiódica de la marca de referencia.
Como en el ejemplo anterior, la marca de referencia 113.2 está colocada de forma integrada en una graduación incremental 112.2, con la rejilla de graduación incremental constante TP inc; en un posible ejemplo de ejecución, se elige TPinc = 8pm. En cuanto a la disposición y orientación relativas del área parcial rectangular con la marca de referencia 113.2, se hace referencia a las explicaciones anteriores.
La parte periódica de la marca de referencia, en forma de superestructura periódica, está configurada a través de una marca de referencia de rejilla fina constante TPrmf, la cual es constante a lo largo de la dirección de graduación incremental x2 ', sobre todo el ancho de la marca de referencia 113.2. La constante de rejilla fina de la marca de referencia TPrmf corresponde en ello a la constante de rejilla de graduación incremental TPinc.
En este ejemplo de ejecución, el componente aperiódico de la marca de referencia está configurado a través de dos zonas de marca de referencia diferentes RM1, RM2 , las cuales están dispuestas alternándose con una constante de rejilla gruesa de marca de referencia TPrmg a lo largo de la dirección de graduación incremental x2 '. Las diferentes zonas de marca de referencia RM1, RM2 tienen en ello cada una diferentes relaciones V del ancho del área de graduación bRM y la constante de rejilla fina de marcación de referencia TPrmf. Así, en la zona de marca de referencia RM1 está previsto un ancho aproximado bRM = 1,6 pm y, con ello, una relación V = bRM / TPrmf = 0,2. En el área de marca de referencia RM2 se selecciona una anchura bRM = 6,4 pm, y por tanto una relación V = bRM / TPrmf = 0,8.
Las zonas de marca de referencia RMi, RM2 , configuradas de forma diferente, están dispuestas aperiódicamente a lo largo de la dirección de graduación incremental x2' en la marca de referencia 113.2. Partiendo de un eje de simetría central (no representado en la figura 6), las zonas de marca de referencia RM1, RM2 están dispuestas, con simetría de espejo y hacia el exterior, con constantes de rejilla gruesa de marcación de referencia respectivamente crecientes TPrmg.
Por supuesto, junto a los ejemplos de ejecución descritos concretamente, existen, además, en el marco de la presente invención, otras opciones de configuración en el marco de la presente invención.
Así, es por supuesto también posible configurar dispositivos rotatorios de medición de la posición, de acuerdo con la invención. En ello, la marca de referencia de una segunda pista no se corresponde con una rotación de la marca de referencia de una primera pista, es decir, las marcas de referencia previstas en las dos pistas están configuradas en este caso de forma diferente. Dependiendo del radio de exploración, al menos los períodos de graduación de los componentes periódicos de las dos marcas de referencia deben seleccionarse de forma diferente.
Claims (15)
1. Dispositivo óptico de medición de la posición, para la determinación de la posición relativa de dos objetos que son desplazables relativamente entre sí a lo largo de al menos dos direcciones de medición (x, y), con
- dos unidades de lectura (20), las cuales están conectadas a uno de los dos objetos, y comprenden respectivamente al menos una fuente de luz (22), una o más rejillas (23.1, 23.2), así como una disposición de detector, y
- una escala (10) que está conectada al otro objeto, y presenta dos pistas con graduaciones incrementales (12.1, 12.2; 112.2), las cuales se extienden a lo largo de una primera dirección de medición (x), cada una de las cuales están formadas por zonas de graduación (12.1a, 12.1b, 12.2a, 12.2b; 112.2a, 112.2b), dispuestas periódicamente a lo largo de una dirección de graduación incremental (x1 ’, x2 '), con diferentes propiedades ópticas, adoptando las dos direcciones de graduación incrementales (X1’, X2 ') un ángulo (p) entre 0° y 90° entre sí, y estando integrada en cada una de las dos graduaciones incrementales (12.1, 12.2; 112.2) al menos una marca de referencia (13.1, 13.2; 113.2), desde cuya exploración puede generarse una señal de referencia en una posición de referencia definida (xref , yREF) a lo largo de cada dirección de medición (x, y), y conteniendo la marca de referencia (13.1, 13.2; 113.2) componentes tanto aperiódicos como periódicos (14.1, 14.2).
2. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 1, estando la marca de referencia (13.1, 13.2; 113.2) dispuesta en una zona parcial, limitada en su superficie, en la respectiva graduación incremental (12.1, 12.2; 112.2) , y en esa zona parcial el componente aperiódico y el componente periódico de la marca de referencia (14.1, 14.2) están configurados mezclados entre sí.
3. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 2, estando configurada la zona parcial con forma rectangular, y estando orientado el eje longitudinal rectangular perpendicularmente a la dirección de graduación incremental (x1’, x2 '), en la respectiva graduación incremental (12.1, 12.2; 112.2).
4. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 3, extendiéndose la marca de referencia con forma rectangular (13.1, 13.2; 113.2) sobre todo el ancho (B) de la pista con la respectiva graduación incremental (12.1, 12.2; 112.2).
5. Dispositivo óptico de medición de posición según al menos una de las reivindicaciones anteriores, estando configurados de forma separada espacialmente los componentes aperiódicos y periódicos de la marca de referencia (14.1, 14.2), perpendicularmente a la respectiva dirección de graduación incremental (x1’, x2 ').
6. Dispositivo óptico de medición de la posición, según la reivindicación 5,
- presentando el componente periódico de la marca de referencia (14.1) una primera constante de cuadrícula de marca de referencia (TPrm1) que es idéntica a la constante de cuadrícula de graduación incremental respectiva (TPinc), y
- conteniendo respectivamente la parte aperiódica de la marca de referencia (14.2) varias estructuras de rejilla, las cuales tienen una segunda constante de rejilla de marca de referencia (TPrm2) que se cambia localmente a lo largo de la dirección de graduación incremental (x1’, x2 ').
7. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 6, comprendiendo respectivamente la parte aperiódica de la marca de referencia (14.2) varias estructuras de rejilla, configuradas con simetría de espejo, cuya segunda constante de rejilla de marca de referencia (TPrm2) se amplía simétricamente hacia fuera, partiendo de un eje central de simetría (S), perpendicularmente a la dirección de graduación incremental (x7, x2 ')
8. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 5, estando colocados los componentes aperiódicos de la marca de referencia (14.2), perpendicularmente a la dirección de graduación incremental (x1’, x2 '), periódicamente con una tercera constante reticular de la marca de referencia (TPrm3).
9. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 8, siendo seleccionada la tercera constante de rejilla de la marca de referencia (TPrm3) de forma que un desplazamiento de una unidad de lectura (20), perpendicularmente a la dirección de graduación incremental (x7, x2 '), no provoque un cambio de señal.
10. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 5, teniendo los componentes periódico y aperiódico de la marca de referencia (14.1, 14.2) una relación de superficies de 1: 1 entre sí.
11. Dispositivo óptico de medición de posición según al menos una de las reivindicaciones 1 - 4, estando configurada la parte periódica de la marca de referencia como una superestructura periódica integrada en la parte aperiódica de la marca de referencia (113.2).
12. Dispositivo óptico de medición de posición según la reivindicación 11,
- en el que el componente periódico de la marca de referencia tiene una constante de rejilla fina de marca de referencia (TPrmf) que se corresponde con la constante de rejilla de graduación incremental (TPinc) de la respectiva graduación incremental (112.2), y
- la parte aperiódica de la marca de referencia está configurada a través dos áreas de marca de referencia diferentes, las cuales están dispuestas alternándose con una constante de rejilla gruesa de marca de referencia (TPrmg) a lo largo de la dirección de graduación incremental (x1 x2 '), y presentan respectivamente diferentes proporciones del ancho del área de graduación (órm) y la constante de rejilla fina de la marca de referencia (TPFRMF).
13. Dispositivo óptico de medición de posición, según la reivindicación 12, estando colocadas las áreas de marcación de referencia, configuradas de forma distinta, aperiódicamente a lo largo de la dirección de graduación incremental (X1’, X2 '), y, partiendo de un eje de simetría central, las áreas de marca de referencia están colocadas, con simetría de espejo y hacia fuera, con las respectivas marcas crecientes de referencia constantes de celosía gruesa (TPrmg).
14. Dispositivo óptico de medición de la posición, según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
- estando colocada previamente, en la unidad de lectura (20) de una fuente de luz divergente (22), una disposición de rejilla de transmisión, compuesta por una rejilla de emisión de transmisión periódica (23.1), así como un espacio de transmisión (23.2), dispuesto en posición adyacente.
- comprendiendo la disposición del detector un detector de señal incremental (25.1), así como un detector de señal de referencia (25.2).
15. Dispositivo óptico de medición de la posición, según al menos una de las reivindicaciones anteriores, estando configurada la escala (10) como escala de reflexión, y presentando zonas de graduación reflectantes, dispuestas alternativamente, con diferentes efectos de cambio de fase.
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