JP5079874B2 - 位置測定装置 - Google Patents
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Description
・位置を固定して配置された、目盛を有する基準尺
・位置を固定して位置された基準尺に対して移動可能な形で、その基準尺と交差して配置された、目盛を有する基準尺
・走査ユニット
この場合、移動可能な基準尺は、位置を固定された基準尺の下に配置されるとともに、移動可能な基準尺の下には、走査ユニットが配置されており、そのため二つの基準尺の中立な回転中心は、二つの基準尺の間又は移動可能な基準尺上に有る。
光源から放出された光ビームが、移動可能な基準尺の目盛上の衝突地点に当たって、そこで複数の部分光ビームへの分割が行われ、
次に、分割された部分光ビームが、位置を固定された基準尺の目盛に当り、そこで移動可能な基準尺の方向への逆反射を起こして、逆反射された部分光ビームが、移動可能な基準尺の目盛上の結合地点で重なり合って、干渉し合い、
光ビームが、移動可能な基準尺の目盛上の結合地点から少なくとも一つの空間方向に出て行って、走査ユニット内の少なくとも一つの光電素子上に到達し、そこで移動量に応じて変調された光電流が発生する、
ように配置される。
当該の分割された部分光ビームが、位置を固定された基準尺の目盛上に当って、その目盛が、部分光ビームを測定方向に偏向させるとともに、測定方向に対して垂直な方向に集束させ、
次に、部分光ビームが、少なくとも一つの反射器素子によって反射されて、
部分光ビームが、再び位置を固定された基準尺の目盛上に到達して、その目盛が、部分光ビームを新たに測定方向に偏向させるとともに、再び測定方向に対して垂直な方向にコリメートして、その結果部分光ビームが、移動可能な基準尺の方向に逆反射されることとなる、
ように配置される。
光源から放出された光ビームが、移動可能な基準尺の目盛上の衝突地点に当たって、そこで複数の部分光ビームへの分割が行われ、
次に、分割された部分光ビームが、位置を固定された基準尺の目盛に当り、そこで移動可能な基準尺の方向への逆反射を起こして、逆反射された部分光ビームが、移動可能な基準尺の目盛上に結合地点に対してずれた形で当たり、その目盛が、部分光ビームを測定方向に偏向させるとともに、測定方向に対して垂直な方向に集束させ、部分光ビームが、移動可能な基準尺の反射器で反射された後、その目盛によって新たに回折して、最終的に位置を固定された基準尺の目盛での更なる回折後に、移動可能な基準尺の目盛上の結合地点に到達し、そこで光ビームが、少なくとも一つの空間方向に出て行って、走査ユニットの中の少なくとも一つの光電素子上に到達して、そこで移動量に応じて変調された光電流が発生する、
ように配置される。
(1)本発明による位置測定装置の走査光学系の第一の実施構成
図4a,4b,5は、測定方向Mrに互いに移動可能な二つの基準尺MmとMf及び走査ユニットAEを有する、本発明による位置測定装置の走査光学系の第一の実施構成を図示している。この場合、それに対応する位置測定装置は、図1の配置構成において、X方向エンコーダ及びY方向エンコーダとして使用することができる。
(2)本発明による位置測定装置の走査光学系の第二の実施構成
図7aと7bは、本発明による位置測定装置の第二の実施例の走査光学系を異なる図面で図示している。レーザーダイオードLDの光ビームは、又もやコリメータレンズLによってコリメートされて、光軸OAに対して平行な形で基準尺Mmに対して垂直な方向に偏向する。その上側では、透過光式目盛として構成された目盛Gmが分割地点Paで光ビームを−1と+1の回折次数に分割する。二つの部分光ビームは、下側に特別な透過光式目盛として構成された目盛Gfを装着した基準尺Mf上に到達する。この目盛Gfは、部分光ビームを測定方向Mrに見て光軸OAに対して平行な方向に偏向させる。それに対して垂直な方向では、目盛Gfは、部分光ビームを集束させるとともに、それを偏向させており、その結果部分光ビームは、基準尺Mfの裏側の反射器R1又はR2上に集束した形で当たる。部分光ビームは、反射された後、再び目盛Gf上に到達する。そこで、再度測定方向Mrに偏向し、その場合偏向は、入射する光ビームに対して対称的に行われる。測定方向Mrに対して垂直な方向では、目盛Gfは、再び部分光ビームをコリメートして、それらを光軸OAに対して平行な方向に偏向させる。出て行った部分光ビームは、戻って目盛Gmにまで到達して、そこの結合地点Pbで、+1又は−1の回折次数での回折によって重なり合って、干渉し合う。目盛Gmの目盛構造は、第一の実施例と同様に、得られた−1,0,+1の回折次数で出て行く光ビームが、それぞれ120°の位相のずれを持つ形で強度を変調されて、光電素子PE0,PE−1,PE+1によって検出されるように選定される。
(3)本発明による位置測定装置の走査光学系の第三の実施構成
図10は、プリズムPrが基準尺Mfの裏側に配置され、プリズムPrが90°の直角プリズムとして構成された、本発明による位置測定装置の第三の実施例の走査光学系を立体的な図面で図示している。この場合、第二の実施構成の回折式逆反射器目盛又は目盛Gfの二つの機能は、基準尺Mfの二つの構成部材、即ち、目盛GfとプリズムPrに分割されている。ここでは、目盛Gfは、基準尺Mmの目盛Gmと同じ目盛周期を有する。そうすることによって、入射して来る部分光ビームを測定方向Mrに光軸に沿って偏向させている。そして、90°の直角プリズムは、測定方向Mrに対して垂直な方向への逆反射を生じさせている。部分光ビームが測定方向Mrに対して目盛Gfを新たに通過して行くことは、二つの部分光ビームを測定方向Mrに対して目盛Gm上の共通の結合地点Pbに向かわせて、そこで、この実施例に通り、二つの部分光ビームの干渉を生じさせることとなる。
(4)本発明による位置測定装置の走査光学系の第四の実施構成
図11aと11bは、図7aと7bの第二の実施例の図面と同様の本発明による位置測定装置の第四の実施例の走査光学系を図示している。図12aと12bには、第二の実施例と同様に、同じく位置を固定された基準尺Mfの領域における走査ビームパス内のビームフローが図示されている。
(5)本発明による位置測定装置の走査光学系の第五の実施構成
図13aと13bは、前の実施例の図面と同様の本発明による位置測定装置の第五の実施例の走査光学系を図示している。
Claims (9)
- ツールセンターポイント(TCP)を有する器具(T)に対する物体の相対的な位置を計測するための位置測定装置であって、この位置測定装置が、交差して配置された、少なくとも一つの移動面(XY)内を互いにスライド可能な少なくとも二つの基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)と、それに対応する、移動面に対して平行な少なくとも一つの測定方向(Mr)に関する位置信号を生成する光学走査ユニット(AE;AEx,AEy;AE1,AE2,AE3)とから構成され、各基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)が中立な回転中心(NPm,NPf)を有し、その回りでの各基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)の傾斜が、検出した位置を変化させないように作用し、
この走査光学系によって、二つの基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)の中立な回転中心(NPm,NPf)の位置が一致することが保証されており、
ツールセンターポイント(TCP)に対して相対的な基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)の配置構成によって、二つの基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)の中立な回転中心(NPm,NPf)とツールセンターポイント(TCP)が移動面(XY)に対して平行な面内に有ることが保証されている、
位置測定装置。 - 当該の走査光学系が、
位置を固定して配置された、目盛(Gf)を有する基準尺(Mf)と、
位置を固定して配置された基準尺(Mf)に対して移動可能であるとともに、それと交差して配置された、目盛(Gm)を有する基準尺(Mm)と、
走査ユニット(AE;AEx,AEy;AE1,AE2,AE3)と、
の構成部品を有し、
移動可能な基準尺(Mm)が、位置を固定された基準尺(Mf)の下に配置されるとともに、移動可能な基準尺(Mm)の下には、走査ユニット(AE;AEx,AEy;AE1,AE2,AE3)が配置されており、そのため、二つの基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)の中立な回転中心(NPm,NPf)が、二つの基準尺(Mm,Mf;Mmx,Mfx;Mmy,Mfy)の間の領域(B)内に有るか、或いは移動可能な基準尺(Mm,Mmx,Mmy)上に有る、
請求項1に記載の位置測定装置。 - 移動面(XY)と垂直な方向に対する中立な回転中心(NPm,NPf)とツールセンターポイント(TCP)の間の位置の偏差が1mm以内である請求項1又は2に記載の位置測定装置。
- 移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)が、位置を固定された基準尺(Mf)の方を向いた基準尺側に取り付けられている請求項1から3までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
- 移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)とツールセンターポイント(TCP)が、移動面(XY)に対して平行な面内に配置されている請求項4に記載の位置測定装置。
- 移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)が透過光式目盛として構成されている請求項1から5までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
- 走査ユニット(AE;AEx,AEy;AE1,AE2,AE3)が、一つの光源(LD)と少なくとも一つの光電素子(PE−1,PE0,PE+1)を有し、それらは、
光源(LD)から放出された光ビームが、移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)上の衝突地点(Pa)に当たって、そこで複数の部分光ビームへの分割が行われ、
次に、分割された部分光ビームが、位置を固定された基準尺(Mf)の目盛(Gf)に当たって、そこで移動可能な基準尺(Mm)の方向への逆反射が起こって、逆反射された部分光ビームが、移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)上の結合地点(Pb)で重なり合って、干渉し合い、
光ビームが、移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)上の結合地点(Pb)から少なくとも一つの空間方向に出て行って、走査ユニット(AE;AEx,AEy;AE1,AE2,AE3)の中の少なくとも一つの光電素子(PE−1,PE0,PE+1)上に到達し、そこで移動量に応じて変調された光電流が発生する、
ように配置されている請求項1から6までのいずれか一つに記載の位置測定装置。 - 走査ユニット(AE)が、一つの光源(LD)と少なくとも一つの光電素子(PE−1,PE0,PE+1)を有し、それらは、
光源(LD)から放出された光ビームが、移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)上の衝突地点(Pa)に当たって、そこで複数の部分光ビームへの分割が行われ、
次に、分割された部分光ビームが、位置を固定された基準尺(Mf)の目盛(Gf)に当たって、そこで移動可能な基準尺(Mm)の方向への逆反射が起こって、逆反射された部分光ビームが、移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm2a,Gm2b)上の結合地点(Pb)に対してずれた形で当たって、測定方向(Mr)に偏向するとともに、測定方向(Mr)に対して垂直な方向に集束し、移動可能な基準尺(Mm)の反射器(R1,R2)で反射された後、新たにその目盛(Gm2a,Gm2b)によって回折して、最終的に位置を固定された基準尺(Mf)の目盛(Gf)での更なる回折後に、移動可能な基準尺(Mm)の目盛(Gm)上の結合地点(Pb)に到達し、そこで光ビームが、少なくとも一つの空間方向に出て行って、走査ユニット(AE)の中の少なくとも一つの光電素子(PE−1,PE0,PE+1)上に到達し、そこで移動量に応じて変調された光電流が発生する、
ように配置されている請求項1から4までのいずれか一つに記載の位置測定装置。 - 位置を固定された基準尺と移動可能な基準尺(Mm,Mf)の目盛(Gm,Gf)の目盛線が、各基準尺(Mm,Mf)の外縁に対して45°傾斜した形で配置されている請求項1に記載の位置測定装置。
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