DE102022200195A1 - Optical position measuring device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Positionsmesseinrichtung zur Bestimmung der Position eines ersten Objekts, welches gegenüber einem zweiten Objekt entlang einer Messrichtung relativ beweglich ist. Mit dem ersten Objekt ist eine Maßverkörperung mit einer sich entlang der Messrichtung erstreckenden Messteilung verbunden. Mit dem zweiten Objekt ist eine Abtasteinheit verbunden, die mindestens eine Lichtquelle, einen Detektor, sowie ein Linsenarray zur Abbildung eines Messteilungsbereichs auf den Detektor umfasst. Das Linsenarray weist nur auf einer ersten Seite eine Vielzahl benachbart angeordneter Einzellinsen auf; auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite sind mindestens in Teilbereichen mehrere Reflektoren angeordnet. Über die Einzellinsen erfolgt eine Verkleinerungs-Abbildung des Messteilungsbereichs in ein Zwischenbild auf den Reflektoren; anschließend erfährt das Zwischenbild eine Vergrößerungsabbildung über die Einzellinsen in das Bild des Messteilungsbereichs auf dem Detektor.The present invention relates to an optical position measuring device for determining the position of a first object, which can be moved relative to a second object along a measuring direction. A material measure with a measuring scale extending along the measuring direction is connected to the first object. A scanning unit is connected to the second object, which includes at least one light source, a detector, and a lens array for imaging a measurement graduation region onto the detector. The lens array has a multiplicity of adjacently arranged individual lenses on only a first side; a plurality of reflectors are arranged at least in partial areas on an opposite, second side. The individual lenses produce a reduction image of the measurement graduation area in an intermediate image on the reflectors; the intermediate image is then magnified via the individual lenses into the image of the measurement graduation area on the detector.
Description
GEBIET DER TECHNIKFIELD OF TECHNOLOGY
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Positionsmesseinrichtung zur Bestimmung der Position eines ersten Objekts, welches gegenüber einem zweiten Objekt entlang einer Messrichtung relativ beweglich ist.The present invention relates to an optical position measuring device for determining the position of a first object, which can be moved relative to a second object along a measuring direction.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Eine gattungsgemäße optische Positionsmesseinrichtung ist aus der
Eine ähnliche Positionsmesseinrichtung ist desweiteren aus der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Positionsmesseinrichtung anzugeben, die zur Abbildung von Messteilungsbereichen auf einen Detektor ein möglichst kompakt bauendes und einfach zu fertigendes Linsenarray umfasst.The present invention is based on the object of specifying an optical position-measuring device which, for imaging measuring graduation areas on a detector, comprises a lens array which is as compact as possible and easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by an optical position measuring device having the features of claim 1 .
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.Advantageous embodiments of the optical position measuring device according to the invention result from the measures that are listed in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße optische Positionsmesseinrichtung dient zur Bestimmung der Position eines ersten Objekts, welches gegenüber einem zweiten Objekt entlang einer Messrichtung relativ beweglich ist. Sie umfasst eine mit dem ersten Objekt verbundene Maßverkörperung mit einer sich entlang der Messrichtung erstreckenden Messteilung. Desweiteren umfasst sie eine Abtasteinheit, welche mit dem zweiten Objekt verbunden ist, mit mindestens einer Lichtquelle, einem Detektor, sowie einem Linsenarray zur Abbildung eines Messteilungsbereichs auf den Detektor. Das Linsenarray weist nur auf einer ersten Seite eine Vielzahl benachbart angeordneter Einzellinsen auf; auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite sind mindestens in Teilbereichen mehrere Reflektoren angeordnet. Über die Einzellinsen erfolgt eine Verkleinerungs-Abbildung des Messteilungsbereichs in ein Zwischenbild auf den Reflektoren, anschließend erfährt das Zwischenbild eine Vergrößerungsabbildung über die Einzellinsen in ein Bild des Messteilungsbereichs auf dem Detektor.The optical position measuring device according to the invention is used to determine the position of a first object, which can be moved relative to a second object along a measuring direction. It includes a material measure connected to the first object with a measuring graduation extending along the measuring direction. Furthermore, it includes a scanning unit, which is connected to the second object, with at least one light source, a detector, and a lens array for imaging a measurement graduation area onto the detector. The lens array has a multiplicity of adjacently arranged individual lenses on only a first side; a plurality of reflectors are arranged at least in partial areas on an opposite, second side. The individual lenses produce a reduction image of the measurement graduation area in an intermediate image on the reflectors, and then the intermediate image experiences an enlargement image via the individual lenses in an image of the measurement graduation area on the detector.
Mit Vorteil erfolgt über das Linsenarray eine Abbildung des Messteilungsbereichs auf den Detektor mit dem Abbildungsmaßstab βges = 1.Advantageously, the lens array is used to image the measurement graduation range onto the detector with the imaging scale β tot =1.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder Einzellinse auf der zweiten Seite des Linsenarrays mindestens ein Reflektor zugeordnet ist.It can be provided that at least one reflector is assigned to each individual lens on the second side of the lens array.
Dabei ist vorzugsweise jeder Reflektor auf der zweiten Seite im Verlauf des Abbildungsstrahlengangs zentriert zur Mitte der zugehörigen Einzellinse angeordnet und weist eine Fläche auf, die abhängig vom Teil-Abbildungsmaßstab β1 der Verkleinerungs-Abbildung ist.In this case, each reflector is preferably arranged on the second side in the course of the imaging beam path centered on the middle of the associated individual lens and has a surface that is dependent on the partial image scale β1 of the reduction image.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass auf der zweiten Seite des Linsenarrays die Bereiche zwischen den Teilbereichen mit den Reflektoren ebenfalls reflektierend ausgebildet sind, so dass dort ein durchgehender Reflektor angeordnet ist.Alternatively, it can also be provided that on the second side of the lens array the areas between the partial areas with the reflectors are also designed to be reflective, so that a continuous reflector is arranged there.
Es ist ferner möglich, dass im Abbildungsstrahlengang zwischen dem Linsenarray und dem Detektor ein Umlenkelement angeordnet ist, das die vom Linsenarray kommenden Abbildungs-Strahlenbündel in Richtung des Detektors umlenkt, wobei die erste Seite des Linsenarrays dem Umlenkelement zugewandt ist.It is also possible for a deflection element to be arranged in the imaging beam path between the lens array and the detector, which deflects the imaging beam bundles coming from the lens array in the direction of the detector, with the first side of the lens array facing the deflection element.
Dabei kann das Umlenkelement als Umlenkspiegel ausgebildet sein, dessen reflektierende Seite von den Abbildungs-Strahlenbündeln beaufschlagt wird.In this case, the deflection element can be designed as a deflection mirror, the reflecting side of which is acted upon by the imaging beams of rays.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste Seite des Linsenarrays der reflektierenden Seite des Umlenkspiegels zugewandt ist.Provision can furthermore be made for the first side of the lens array to face the reflecting side of the deflection mirror.
Mit Vorteil ist das Umlenkelement mittig zwischen der Messteilungs-Ebene und der Detektions-Ebene angeordnet.The deflection element is advantageously arranged centrally between the measurement graduation plane and the detection plane.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen der Maßverkörperung und dem Linsenarray ein Umlenkelement angeordnet ist, das die von der Messteilung kommenden Strahlenbündel in Richtung des Linsenarrays umlenkt.Provision can also be made for a deflection element to be arranged between the scale and the lens array, which deflects the bundle of rays coming from the measuring graduation in the direction of the lens array.
Dabei ist möglich, dass
- - das Umlenkelement als Umlenkspiegel ausgebildet ist, dessen reflektierende Seite von den von der Messteilung kommenden Strahlenbündeln beaufschlagt wird, und
- - die erste Seite des Linsenarrays in Richtung des Detektors orientiert ist, und
- - das Umlenkelement mittig zwischen der Messteilungs-Ebene und der Detektions-Ebene angeordnet ist.
- - The deflection element is designed as a deflection mirror, the reflecting side of which is acted upon by the beams coming from the measuring graduation, and
- - the first side of the lens array is oriented towards the detector, and
- - the deflection element is arranged centrally between the measurement graduation plane and the detection plane.
Ferner kann die Messteilung als Reflexions-Messteilung ausgebildet sein, die entlang der Messrichtung alternierend angeordnete Teilungsbereiche mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften aufweist.Furthermore, the measuring graduation can be designed as a reflection measuring graduation, which has graduation areas with different reflection properties arranged alternately along the measuring direction.
Desweiteren ist möglich, dass die Messteilung als absolut-codierte Messteilung ausgebildet ist.Furthermore, it is possible for the measuring graduation to be in the form of an absolutely coded measuring graduation.
Als maßgeblicher Vorteil der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung ist anzuführen, dass das darin verwendete reflektive Linsenarray nunmehr besonders kostengünstig zu fertigen ist. Es muss lediglich eine einzige Seite bzw. Oberfläche strukturiert werden, um dort die erforderlichen Einzellinsen auszubilden. Desweiteren resultiert ein deutlich kompakterer Aufbau für die Umsetzung der Abbildung als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, so dass sich eine besonders klein bauende Abtasteinheit realisieren lässt.A decisive advantage of the optical position measuring device according to the invention is that the reflective lens array used therein can now be manufactured particularly inexpensively. Only a single side or surface has to be structured in order to form the required individual lenses there. Furthermore, the result is a significantly more compact structure for the implementation of the imaging than in the solutions known from the prior art, so that a scanning unit of particularly small construction can be implemented.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung seien anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit den Figuren erläutert.Further details and advantages of the present invention are explained using the following description of exemplary embodiments of the device according to the invention in conjunction with the figures.
Figurenlistecharacter list
Es zeigt
-
1a eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Abtaststrahlengangs eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung; -
1b eine Draufsicht auf die Maßverkörperung der Positionsmesseinrichtung aus1a ; -
2a -2c jeweils eine unterschiedliche Ansicht des Linsenarrays aus dem ersten Ausführungsbeispiel; -
3 eine Teil-Darstellung des entfalteten Abtaststrahlengangs zur näheren Erläuterung des Linsenarrays; -
4 eine alternative Darstellung zur Veranschaulichung verschiedener geometrischer Größen des ersten Ausführungsbeispiels; -
5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung.
-
1a a schematic representation to explain the scanning beam path of a first exemplary embodiment of the optical position measuring device according to the invention; -
1b a plan view of the material measure of the position measuring device1a ; -
2a -2c each a different view of the lens array from the first embodiment; -
3 a partial representation of the unfolded scanning beam path for a more detailed explanation of the lens array; -
4 an alternative representation to illustrate different geometric sizes of the first embodiment; -
5 a schematic representation of a second embodiment of the optical position measuring device according to the invention.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung wird nachfolgend anhand der
Die dargestellte Positionsmesseinrichtung umfasst eine mit einem - nicht dargestellten - ersten Objekt verbundene Maßverkörperung 10 sowie eine entlang der Messrichtung x relativ hierzu bewegliche Abtasteinheit 20, die mit einem - ebenfalls nicht dargestellten - zweiten Objekt verbunden ist. Bei den beiden Objekten kann es sich z.B. um zueinander bewegliche Maschinenkomponenten handeln, wobei mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung z.B. die Position des ersten Objekts gegenüber dem zweiten Objekt bestimmbar ist. Die mit Hilfe der Positionsmesseinrichtung erzeugten Positionssignale können an eine Maschinensteuerung übermittelt werden, die diese zur Positionierung der Maschinenkomponenten nutzt.The position measuring device shown comprises a
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Relativbeweglichkeit von Maßverkörperung 10 und Abtasteinheit 20 entlang einer linearen Messrichtung x vorgesehen, d.h. die entsprechende Positionsmesseinrichtung ist als Längenmesseinrichtung ausgebildet. Selbstverständlich ist es möglich, die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung alternativ auch zur Erfassung rotatorischer Relativbewegungen zweier Objekte um eine Rotationsachse auszubilden. In diesem Fall verläuft die Messrichtung dann kreisringförmig um die Rotationsachse.In the illustrated embodiment, a relative mobility of
In
Selbstverständlich kann alternativ hierzu auch die Abtasteinheit 20 stationär und die Maßverkörperung 10 entlang der Messrichtung x beweglich angeordnet sein. Ebenso wäre es möglich, dass die Messteilung als transmittive Messteilung ausgebildet ist, die dann Teilungsbereiche mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften aufweist.Of course, as an alternative to this, the
Desweiteren kann vorgesehen sein, neben der absolut-codierten Messteilung 11 auf der Maßverkörperung 10 noch ein oder mehrere Inkrementalteilungen in parallelen, weiteren Spuren anzuordnen und die Positionssignale aus den verschiedenen Spuren zu einer hochauflösenden Positionsinformation zu verarbeiten.Provision can also be made to arrange one or more incremental graduations in parallel, additional tracks in addition to the absolutely coded measuring
Auf Seiten der Abtasteinheit 20 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Lichtquelle 21 mit einer vorgeordneten Kollimationsoptik 22, ein Linsenarray 23, ein Umlenkelement 24 sowie ein Detektor 25 vorgesehen. Das von der Lichtquelle 21, die z.B. als LED ausgebildet ist, emittierte Strahlenbündel wird von der Kollimationsoptik 22 in ein paralleles bzw. kollimiertes Beleuchtungs-Strahlenbündel transformiert und beaufschlagt die Messteilung 11 auf der Maßverkörperung 10. Hierbei ist vorgesehen, dass das Beleuchtungs-Strahlenbündel wie aus
Über das Linsenarray 23 erfolgt eine Abbildung des vom Beleuchtungs-Strahlenbündel beaufschlagten Messteilungsbereichs auf den Detektor 25, d.h. ein Ausschnitt des Pseudo Random Codes der Messteilung 11 wird über das Linsenarray 23 in die Detektions-Ebene des Detektors 25 abgebildet. Die Abbildung weist vorzugsweise einen Abbildungsmaßstab βges = 1 auf, so dass ein in Orientierung und Größe identisches Lichtmuster zum beleuchteten Messteilungsbereich auf dem Detektor 25 resultiert. Zwischen dem Linsenarray 23 und dem Detektor 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel noch ein Umlenkelement 24 im Abtaststrahlengang angeordnet, das als planer Umlenkspiegel ausgebildet ist. Der Umlenkspiegel besitzt eine reflektierende Seite 24.1, die der ersten Seite 23.1 des Linsenarrays 23 zugewandt ist, so dass die vom Linsenarray 23 kommenden Abbildungs-Strahlenbündel darüber in Richtung des Detektors 25 umgelenkt werden. Im dargestellten Beispiel ist der plane Umlenkspiegel parallel zur Messteilungs-Ebene in der Abtasteinheit 20 angeordnet, seine reflektierende Seite 24.1 ist der ersten Seite 23.1 des Linsenarrays 23 sowie dem Detektor 25 zugewandt.The
Der Detektor 25 ist z.B. als Zeilendetektor ausgebildet, welcher eine Vielzahl lichtempfindlicher, rechteckförmiger Detektorbereiche umfasst, die entlang der Messrichtung x periodisch angeordnet sind. Aus dem übertragenen Bild des Messteilungsbereichs kann dann über eine - nicht dargestellte - Signalverarbeitungseinheit in bekannter Art und Weise die Absolutposition der beweglichen Abtasteinheit 20 entlang der Messrichtung x bestimmt werden.The
Maßgeblich ist in der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung die vorgesehene Ausbildung des Linsenarrays 23 zur Abbildung des Messteilungsausschnitts auf den Detektor 25.
Die optische Wirkungsweise eines derart aufgebauten Linsenarrays 23 sei im Folgenden anhand von
Über die auf der ersten Seite 23.1 des Linsenarrays 23 angeordneten Einzellinsen 23. L erfolgt dabei zunächst jeweils eine Verkleinerungsabbildung des Messteilungsbereich 11MB mit einem Teil-Abbildungsmaßstab β1 in ein richtungsinvertiertes, verkleinertes Zwischenbild 23ZB auf den Reflektoren 23.R, die auf der zweiten Seite 23.2 des Linsenarrays 23 angeordnet sind. Der Teil-Abbildungsmaßstab β1 ist hierbei negativ, für dessen Betrag |β1| < 1 gilt. Das richtungsinvertierte, verkleinerte Bild des Messteilungsbereichs resultiert in derjenigen Ebene im Linsenarray 23, in der die Reflektoren 23.R angeordnet sind. Die flächige Ausdehnung der einzelnen Reflektoren 23. R ist abhängig vom gewählten Teil-Abbildungsmaßstab β1; ist z.B. β1 = -1/5, so weisen die Teilbereiche mit den Reflektoren 23.R jeweils lediglich 1/5 der Fläche der zugehörigen Einzellinse 23.L auf der gegenüberliegenden Seite auf. Die lediglich in Teilbereichen reflektive Ausbildung der zweiten Seite des Linsenarrays erweist sich als vorteilhaft, da darüber störende Reflexionen vermeidbar sind und die Toleranz gegenüber Abtastabstands-Schwankungen verbessert werden kann; ferner lässt sich darüber Reflektormaterial einsparen.The individual lenses 23.L arranged on the first side 23.1 of the
Nach der Reflexion an den Reflektoren 23. R resultiert über das nochmalige Durchlaufen der Einzellinsen 23.L auf der ersten Seite in umgekehrter Richtung eine Vergrößerungsabbildung des Zwischenbilds 23ZB in ein Bild 25B des Messteilungsbereichs 11MB auf dem Detektor 25. Die Vergrößerungsabbildung besitzt einen Teil-Abbildungsmaßstab β2, der ebenfalls negativ ist und für dessen Betrag |β1| > 1 gilt. Wie oben bereits erwähnt ist der resultierende Abbildungsmaßstab des Linsenarrays 23 gemäß βges = 1 gewählt, d.h. es gilt β1 · β2 = 1.After reflection at the reflectors 23.R, the result of passing through the individual lenses 23.L again on the first side in the opposite direction is an enlarged image of the
Über das in
Anhand von
Die Koordinaten y1, z1 beschreiben dabei die Ebene E1 des abzubildenden Messteilungsbereichs auf der Maßverkörperung, über die Koordinaten y2, z2 wird die Ebene E2 der Einzellinsen auf der ersten Seite des Linsenarrays charakterisiert, die Koordinaten y3, z3 beschreiben die Ebene E3 der reflektierenden Seite des Umlenkelements und mit y4, z4 wird die Detektions-Ebene E4 auf dem Detektor charakterisiert. Die Größe I1 gibt die Objektweite der Linsenarray-Abbildung an, d.h. die Distanz zwischen der Messteilungs-Ebene E1 und der Einzellinsen-Ebene E2 an, wenn die Abbildungs-Strahlenbündel unter dem Winkel -θ gegen die Normale auf die Messteilungsebene E1 reflektiert werden. Die weiteren Größen I2 und I3 geben die Distanzen zwischen der Einzellinsen-Ebene E2 und der Umlenkelement-Ebene E3 bzw. zwischen der Umlenkelement-Ebene E3 und der Detektions-Ebene E4 an. Die Summe aus den Distanzen I2 und I3 stellt demnach die Bildweite der Linsenarray-Abbildung dar. Aufgrund der gegebenen Abbildungs-Symmetrie sind die Objektweite und die Bildweite der Abbildung über das Linsenarray gleich groß, d.h. es gilt
- I1
- Objektweite der Linsenarray-Abbildung (Distanz zwischen Messteilungs-Ebene und Einzellinsen-Ebene)
- I2
- Distanz zwischen Einzellinsen-Ebene und Umlenkelement-Ebene
- I3
- Distanz zwischen Umlenkelement-Ebene und Detektions-Ebene
- I1
- Object distance of the lens array image (distance between measurement graduation plane and single lens plane)
- I2
- Distance between single lens level and deflection element level
- I3
- Distance between deflection element level and detection level
Nachfolgend sei kurz die Herleitung der Beziehung 1) erläutert.The derivation of relation 1) is briefly explained below.
Die bekannte Gleichung für die optische Abbildung mittels einer Linse mit Brennweite f, Objektweite g und Bildweite b lautet:
Der zu einer Abbildung gehörige Abbildungsmaßstab β ist dabei folgendermaßen definiert:
Daraus ergeben sich die Beziehungen
Übertragen auf die Verhältnisse im reflektiven Linsenarray der vorliegenden Erfindung bedeutet das, dass sich für die Brennweiten f der Einzellinsen bei einer vorgegebenen Objektweite g und einem Teil-Abbildungsmaßstab β1 der Verkleinerungsabbildung im Linsenarray näherungsweise die folgende Beziehung ergibt:
Für die Bildweite b der Vergrößerungsabbildung mit dem Teil-Abbildungsmaßstab β2 gilt
Da ferner β1 · β2 = 1 gilt, ergibt sich β2 = 1/β1 also
Furthermore, since β1 · β2 = 1, we have β2 = 1/β1
Ersetzt man nun noch die Größen b und g durch die Größen I1, I2, I3, gemäß
Aus Gleichung 1) ergibt sich nach der Darstellung von I1, I2 und I3 über die Koordinaten yn, zn (n = 1..4) und einer mathematischen Umformung der folgende Zusammenhang:
- z1
- z-Koordinate der Messteilungs-Ebene
- z3
- z-Koordinate der Umlenkelement-Ebene
- z4
- z-Koordinate der Detektions-Ebene
- z1
- z-coordinate of the graduation plane
- z3
- z-coordinate of the deflection element plane
- z4
- z coordinate of the detection plane
Im Folgenden sei kurz die Herleitung der Gleichung 2) skizziertThe derivation of equation 2) is briefly outlined below
So lässt sich Gleichung 1) in den Koordinaten z und y folgendermaßen ausdrücken:
Mit I1 = I2 + I3 ergibt sich somit
Das Aus-Multiplizieren der Klammerausdrücke ergibt
Dies lässt sich vereinfachen zu
Über die Addition von +/- z1 resultiert
Daraus ergibt sich schließlich
Anschaulich bedeutet die Beziehung 2), dass die Umlenkelement-Ebene E3 vorzugsweise genau in der Mitte zwischen der Messteilungs-Oberfläche und der Detektor-Oberfläche angeordnet werden sollte; oder anders ausgedrückt: das Umlenkelement ist bevorzugt mittig zwischen der Messteilungs-Ebene E1 und der Detektions-Ebene E4 angeordnet.Relation 2) clearly means that the deflection element plane E3 should preferably be arranged exactly in the middle between the measuring graduation surface and the detector surface; or to put it another way: the deflection element is preferably arranged centrally between the measuring graduation plane E1 and the detection plane E4.
Die Lage der Ebene E2 mit den Einzellinsen auf der ersten Seite des Linsenarrays, die durch die Koordinaten y2, z2 gegeben ist, kann hingegen beliebig in der Abtasteinheit gewählt werden, aus Gleichung 2) ergeben sich diesbezüglich keinerlei Beschränkungen. Ebenso frei wählbar ist in der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung der Winkel θ, unter dem das Abbildungs-Strahlenbündel von der Messteilung gegenüber einer Normalen auf die Messteilung reflektiert wird. Es ergeben sich demnach keine einschränkenden Bedingungen, die ggf. einem kompakten Aufbau der Abtasteinheit in der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung entgegenstehen.In contrast, the position of the plane E2 with the individual lenses on the first side of the lens array, which is given by the coordinates y2, z2, can be selected arbitrarily in the scanning unit; there are no restrictions whatsoever in this regard from equation 2). In the position measuring device according to the invention, the angle θ at which the imaging bundle of rays is reflected by the measuring graduation relative to a normal to the measuring graduation can also be freely selected. Accordingly, there are no restrictive conditions that might stand in the way of a compact construction of the scanning unit in the position-measuring device according to the invention.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung wird abschließend anhand von
Auch in diesem Beispiel gelten prinzipiell die oben erläuterten formelmäßigen Zusammenhänge der Gleichungen 1) und 2), wobei allerdings die Teilstrecken I1, I2, I3 anders definiert sind, gemäß:
- I1 := Bildweite der Linsenarray-Abbildung (Distanz zwischen Einzellinsen-Ebene und Detektions-Ebene)
- I2 := Distanz zwischen Einzellinsen-Ebene und Umlenkelement-Ebene
- I3: := Distanz zwischen Umlenkelement-Ebene und Maßstabs-Ebene
- I1 := image distance of the lens array imaging (distance between single lens plane and detection plane)
- I2 := distance between single lens level and deflection element level
- I3: := distance between deflection element level and scale level
Auch in diesem Beispiel ist das Umlenkelement 124 bzw. dessen reflektierende Seite 124.1 wiederum bevorzugt mittig zwischen der Messteilungs-Ebene und der Detektions-Ebene angeordnet.In this example, too, the
Im Fall einer solchen Lösung könnte aufgrund der Position des Linsenarrays auch vorgesehen werden, dieses in ein Deckglas auf der Unterseite der Abtasteinheit 120 zu integrieren.In the case of such a solution, due to the position of the lens array, provision could also be made for it to be integrated into a cover glass on the underside of the
Neben den erläuterten Ausführungsbeispielen gibt es selbstverständlich noch weitere Möglichkeiten zur alternativen Ausbildung der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung.In addition to the exemplary embodiments explained, there are, of course, other options for alternatively designing the optical position-measuring device according to the invention.
So wäre es etwa ist möglich, auf der zweiten Seite des Linsenarrays die Bereiche zwischen den reflektierend ausgebildeten Teilbereichen absorbierend auszubilden. Dadurch kann das Eindringen bzw. Weiterleiten von Störlicht verhindert werden.For example, it would be possible to design the areas between the reflective sub-areas on the second side of the lens array to be absorbent. In this way, the penetration or forwarding of stray light can be prevented.
Alternativ hierzu könnten auf der zweiten Seite des Linsenarrays die Bereiche zwischen den reflektierend ausgebildeten Teilbereichen ebenfalls reflektierend ausgebildet werden, so dass auf dieser Seite ein einziger, durchgehender Reflektor angeordnet ist.As an alternative to this, on the second side of the lens array the areas between the reflective partial areas could also be reflective, so that a single, continuous reflector is arranged on this side.
Weiterhin könnte vorgesehen werden, dass in den Lichtweg zwischen der ersten und zweiten Passage der Einzellinsen Blenden in das Linsenarray eingebracht werden. Darüber kann ein unerwünschtes optisches Übersprechen zwischen benachbarten Einzellinsen vermieden und Streulichteinflüsse verringert werden. Desweiteren erweist sich in diesem Fall die Abtastung insbesondere gegenüber Schwankungen des Abtastabstands als sehr robust.Furthermore, it could be provided that diaphragms are introduced into the lens array in the light path between the first and second passage of the individual lenses. In this way, undesirable optical crosstalk between adjacent individual lenses can be avoided and the effects of scattered light can be reduced. Furthermore, in this case the scanning proves to be very robust, in particular with regard to fluctuations in the scanning distance.
Ferner kann anstelle des Pseudo Random Codes auch eine andere Ausbildung der absolut-codierten Messteilung vorgesehen sein.Furthermore, instead of the pseudo-random code, a different embodiment of the absolutely coded measuring graduation can also be provided.
Desweiteren wäre möglich, dass auch eventuell vorhandene Inkrementalteilungen auf der Maßverkörperung über das reflektive Linsenarray auf einen geeigneten Detektor abgebildet werden. Hierzu kann das gleiche Linsenarray wie zur Abbildung der absolut-codierten Messteilung verwendet werden.It would also be possible for any incremental graduations that may be present on the material measure to be imaged on a suitable detector via the reflective lens array. For this purpose, the same lens array can be used as for imaging the absolutely coded measuring graduation.
Alternativ zur erläuterten eindimensionalen Anordnung von Zylinderlinsen auf der ersten Seite des Linsenarrays kann ferner auch vorgesehen sein, eine zweidimensionale Anordnung von Einzellinsen auf der ersten Seite des Linsenarrays auszubilden. Entsprechend ist dann auf der gegenüberliegenden, zweiten Seite auch eine zweidimensionale Anordnung entsprechender Reflektoren vorzusehen usw..As an alternative to the explained one-dimensional arrangement of cylindrical lenses on the first side of the lens array, provision can also be made for a two-dimensional arrangement of individual lenses to be formed on the first side of the lens array. Accordingly, a two-dimensional arrangement of corresponding reflectors is then to be provided on the opposite, second side, etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022200195.8A DE102022200195A1 (en) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | Optical position measuring device |
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|---|---|
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Family
ID=86895699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102022200195.8A Pending DE102022200195A1 (en) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | Optical position measuring device |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| DE10317736A1 (en) | 2003-04-11 | 2004-10-28 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Scanning unit for a position measuring device for optically scanning a material measure |
| JP2015081794A (en) | 2013-10-21 | 2015-04-27 | 株式会社ミツトヨ | Photoelectric encoder |
-
2022
- 2022-01-11 DE DE102022200195.8A patent/DE102022200195A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10317736A1 (en) | 2003-04-11 | 2004-10-28 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Scanning unit for a position measuring device for optically scanning a material measure |
| JP2015081794A (en) | 2013-10-21 | 2015-04-27 | 株式会社ミツトヨ | Photoelectric encoder |
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