专利名称：光学位置检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定两个物体相对位置的光学位置检测装置，该装置由一个刻度尺和一个相对于刻度尺移动的扫描单元所组成，其中所述扫描单元包括用于产生与位置有关的扫描信号的信号发生机构，在其下面存在至少一个用于对光束的传播方向施加确定影响的偏转元件，其中在扫描单元侧面设置用于在空间上调整偏转元件的调整机构。
背景技术：
由EP 0 548 848 B1的图4a已知一种此类的光学位置检测装置，该装置由一个刻度尺和一个相对于刻度尺移动的扫描单元所组成。在扫描单元的侧面上设置用于产生与移动有关的扫描信号的信号发生机构。此外信号发生机构包括一个光源、一个扫描光栅、多个光电探测元件以及一个反光镜形式的用于对光束传播方向施加确定影响的偏转元件。所述光源、探测元件以及反光镜全部设置在一个承载壳体里面，该壳体移动地支承并可通过调整螺栓形式的调整机构进行空间上的调整。通过调整螺栓可以使由反光镜偏转到扫描光栅方向上的光束对准扫描光程并因此准确对准扫描光栅以及刻度尺。但是所建议的在扫描单元侧面上的光束调整是有缺陷的，为此需要相对费事的机构。因此所建议的用于调整偏转元件的变体不能用于任意其它的扫描装置。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种光学位置检测装置，该装置具有用于光束在扫描光程中的精确空间取向或偏转灵活性和简便性。
这个目的通过具有权利要求1所述特征的光学位置检测装置而实现。
按照本发明的光学位置检测装置的有利实施形式由与权利要求1有关的机构而实现。
按照本发明这样构成调整机构，由此能够与其它信号发生机构无关地实现至少一个偏转元件的独立的空间取向。这种特别简单并还能使光束在一个位置检测装置的扫描单元中灵活偏转的调整机构结构能够适配于各扫描单元中的空间状况。
借助于适当的调整工具能够精确地调整偏转元件，从而使所产生的光束偏转到所期望的空间方向。在此当然可以在扫描单元中配有多个按照本发明构成的偏转元件或调整机构，用于例如由光源发射的光束也用于在探测元件方向上传播的光束。各光束能够根据相应的取向需求相互独立地以扫描单元中的其它光学元件为基础或以刻度尺为基础进行调整。
借助于附图由下面对实施例的描述给出本发明的其它优点和细节。
附图中图1为一个按照本发明的光学位置检测装置实施例的局部扫描光程的简化视图，图2为图1中的扫描单元的局部视图，图3a和3b分别为一个偏转元件与调整机构相结合的实施例局部视图，图4为偏转元件与调整机构相结合的另一实施例立体图。
具体实施例方式
在图1中以立体图表示一个按照本发明的光学位置检测装置实施例的一部分。光学位置检测装置主要包括一个具有未示出测量刻度的直线刻度尺20以及一个相对于该刻度尺可在测量方向x上移动的扫描单元10。借助于扫描单元10和所配有的信号发生机构，在扫描单元10在测量方向x上相对移动的情况下，扫描刻度尺20的测量刻度并产生与位置有关的扫描信号。这样产生的扫描信号在一个后接的未示出的伺服电子装置中被继续处理。因此通过按照本发明的光学位置检测装置能够精确地获得两个在测量方向x上相互移动的物体的相对位置，这两个移动物体中的一个与扫描单元10连接，而另一个与刻度尺20连接。当然下面叙述的机构也可以用于测得旋转相对移动的位置检测装置。
在所示示例中只有移动的信号发生机构的一部分设置在扫描单元10的壳体11上，该信号发生机构用于产生与位置有关的扫描信号。除了下面还要详细描述的四个包括调整机构的偏转元件以外，这些调整机构用于有针对性地的影响不同传播光束12a，12b，12c在扫描单元10中的光传播方向，此外还有多个未示出的扫描光栅和用于光传导等的其它光学元件设置在扫描单元10的侧面；在本示例中也可能存在一个后反射的偏转棱镜。在扫描单元10壳体11的外部设置一适当的光源，其光束通过扫描单元10的光导纤维15传送。此外在空间上与扫描单元10分开地布置多个同样未示出的光电探测元件，它们用于获取与移动有关的扫描信号；通过在一个光缆16中的多根光导纤维将被检测到的光束输送给这些探测元件。
关于在这个实施例中使用的扫描光程在这里没有详细解释，而仅需参见在国际专利申请WO 02/23131的申请内容。下面还要从原理上详细描述的机构当然可以与不同的光学扫描原理或扫描光程相结合用于相应的扫描单元中。
为了在一个紧凑结构的扫描单元10中实现所期望的扫描光程，在扫描单元10的壳体11上需要将在那里传播的光束12a，12b，12c进行不同的偏转，在具体示例中为射入光束的两个90°偏转和射出光束的两个90°偏转。与此相关地附加参见图2中的立体图，图2以放大图表示图1中的扫描单元10的一部分。如同可以看到的那样，射入扫描单元10的、来自光源的光束12a在第一个作为反光镜14.1构成的偏转元件上获得相对于入射方向转动90°的第一个水平偏转；在代表第二个偏转元件的反光镜14.2上在上面已经提到过的、现在可以看到的偏转棱镜17或刻度尺20方向上实现在垂直方向上第一次偏转90°。来自刻度尺20方向的光束通过第三个反光镜14.3再垂直偏转90°，接着进入到第四个反光镜14.4并从这个反光镜在其传播方向上重新水平偏转90°并如上所述那样，作为光束12b通过光缆16中的不同光导纤维输送到探测元件。
在所示示例中通过作为反光镜14.1至14.4构成的偏转元件实现总共四个分别以在反光镜14.1至14.4上产生的各光束入射方向为基础偏转90°的过程。在此根据现有的扫描光程在可选择构成的扫描单元中不仅偏转过程的次数而且各偏转方向当然都可以变化。
为了使不同的、在扫描单元中传播的光束12a，12c以其它用于产生信号所需的光学元件为基�。缭谄饩�17的方向上取向，在扫描单元10中配有按照本发明构成的用于反光镜14.1-14.4或偏转元件的调整机构。在此，在这个实施例中的各圆柱形构成的支承元件13.1-13.4分别起到调整机构的作用。为了详细描述调整机构与此相关地还要参见图3a和3b，它们分别表示支承元件13.1与第一反光镜14.1连接的侧视图；其它三个由支承元件13.2，13.3，13.4和反光镜14.2，14.3，14.4构成的系统在原理上与此完全相同，它们设置在图1和2中的扫描单元10里面。
在图3a和3b中所示的支承元件13.1基本构成为圆柱形的并在纵向端部具有一个斜面。在斜面上配合精确地设置，最好是粘接有反光镜14.1。在此，在这个变体中反光镜14.1通过其转向支承元件13.1的反射面设置在斜面上。为了保证在本示例中所需的入射光束12a的90°偏转，支承元件13.1的纵向端部上的斜面以相对于圆柱体外壳垂直线的45°角设置；在可能需要其它偏转角度的情况下也相应地改变斜面角度。
如同由图3a和3b同样可以看到的那样，在斜面的下边界上配有一个止挡棱形式的止挡面18.1，反光镜14.1平齐地顶靠在止挡面上。止挡面18.1用于使反光镜14.1容易地对准支承元件13.1的斜面。
支承元件13.1在斜面下部区域处具有空隙19.1a，19.1b，适当的调整工具可以嵌入空隙。在本示例中空隙分别为透穿的圆孔，圆孔相互间以90°角取向。因此在圆柱体圆周上存在四个这样的空隙。支承元件13.1-13.4的材料例如可以采用不锈钢。
此外圆柱形支承元件13.1具有另一围绕圆柱体圆周延伸的止挡棱21，它防止支承元件13.1在沿支承元件纵轴线L方向移动的情况下损坏反光镜14.1。
关于所使用的反光镜14.1-14.4还要提到，所采用的反光镜14.1-14.4最好在偏转光束方面只在偏转光束中引起微小的相位移。此外在所述示例中由于所采用的扫描原理能够保证，在连续两次偏转以后偏转光束仍保持其极化状态，即，在所示情况下在偏转以后仍存在线性极化光。对于所采用的反光镜这意味着，反光镜不仅对于p极化光的反射而且对于s极化光的反射也具有尽可能相同的反射强度并引起尽可能相同的相位延迟。由此在两种情况下还导致以接近相同的进入深度进入各反光镜表面。因此在所示示例中最好采用介电反光镜，它们无论对于p极化光的反射还是s极化光的反射都不显示出显著的发射和吸收。但是也可以选择使用其它反光镜，它们保持各自的极化状态，例如金属反光镜等；这种反光镜能够实现在本示例中规定的两次90°偏转。
如同在图1通过反光镜14.3以及从属于支承元件13.3的箭头所要表示的那样，所有支承元件13.1-13.4在扫描单元10的壳体11上不仅围绕而且沿着备支承元件纵轴线L被移动地支承。这意味着，为了进行调整，对于各支承元件13.1-13.4沿着支承元件纵轴线L的运动之一，如围绕支承元件纵轴线L的旋转是可能的。最好通过适当的调整工具、例如销子或细棒实现精确的最终调整，为此将销子插进上面提到过的各支承元件13.1-13.4的空隙里面。因此通过所述的按照本发明的机构能够实现仅对反光镜14.1-14.4的独立空间调整，即，无需设置扫描单元10侧面上的其它信号发生机构也在其空间位置上变化。
为了清晰起见，在图1中只示出所提到的、表示围绕或沿着支承元件纵轴线L移动支承的箭头与支承元件13.3的连接，当然在所示示例中所有支承元件13.1-13.4都具有这种在扫描单元10壳体11上的移动支承。
如图2所示，两个支承元件13.1，13.4顶靠在扫描单元10壳体11的半圆形凹部里面并且可以不仅围绕而且沿着各支承元件纵轴线L移动。在完成调整后支承元件13.1，13.4通过适当的止动机构定位在其所期望的空间位置上。在所示示例中这一点通过顶块19.1，19.4的圆周夹紧而实现，顶块设置在壳体11的支承元件13.1，13.4的上面上并通过一开缝的支承位置成形在壳体中，并可以通过一个螺栓20.2固定。
另两个支承元件13.2，13.3通过在图2中未示出的适当定位机构固定在所期望的位置上。在此作为定位机构可以考虑不同的夹紧机构等。
借助于图4描述支承元件的另一可选择结构，在支承元件上设置偏转元件或者反光镜，其中仅仅给出与上述变体的不同点。在这个实施例中配有支承元件33，而且仍然是圆柱形，但是在内部是空心的或者说设计成圆柱形空心体。因此要让被偏转光束32的光程在圆柱形空心体内部延伸。对应于这种变体用于光偏转所需的反光镜34通过其反射面对准圆柱体空心空间方向。关于支承元件33的其它结构参见上面的实施例。
在本发明的另一未示出的实施例中各偏转元件可以分别整体组合在移动支承的支承元件里面，使支承元件表面起到偏转元件的作用并且使移动支承的支承元件作为调整机构。为此与上述示例类似，支承元件可以设计成圆柱形并在至少一个纵向端部上具有斜面，该斜面直接起到偏转元件的作用。在这种情况下支承元件例如由玻璃制成并且斜面被适当地抛光或镀膜，以保证足够的反射强度。也可以选择采用其它适合的具有足够反射特性的金属。
在另一未示出的实施例中支承元件具有可选择的空隙，为了精确地取向将一个适当的调整工具插进空隙。在支承元件的底面可以配有一锥形沉凹部，沉凹部在支承元件内侧配有内螺纹，在沉凹部中固定一具有对应反锥形的调整工具。因此调整工具进入支承元件的转动轴线或纵轴线的延长部中并与上述示例一样不垂直于转动轴线。
除了所述变体以外在本发明的框架内当然存在其它可选择的结构方案。
权利要求
1.用于确定两个物体相对位置的光学位置检测装置，该装置由一个刻度尺和一个相对于刻度尺移动的扫描单元所组成，其中所述扫描单元包括用于产生与位置有关的扫描信号的信号发生机构，在其下面存在至少一个用于对光束的传播方向施加确定影响的偏转元件，其中在扫描单元侧面设置用于在空间上调整偏转元件的调整机构，其特征在于，这样构成所述调整机构，使得由此可以与其它信号发生机构无关地实现该至少一个偏转元件的空间取向。
2.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述偏转元件由反光镜(14.1-14.4；34)构成并设置在一个移动支承的支承元件(13.1-13.4；33)上，其中所述移动支承的支承元件(13.1-13.4；33)用来作为调整机构。
3.如权利要求2所述的位置检测装置，其特征在于，所述支承元件(13.1-13.4；33)设计成圆柱形并在至少一个纵向端部具有一斜面，在该斜面上设置反光镜(14.1-14.4；34)。
4.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，所述斜面在边界面上具有一个用于反光镜(14.1)的止挡面(18.1)。
5.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，所述支承元件(13.1-13.4；33)围绕所述支承元件纵轴线(L)可移动地支承在扫描单元(10)上。
6.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，所述支承元件(13.1-13.4；33)沿着所述支承元件纵轴线(L)可移动地支承在扫描单元(10)上。
7.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，所述支承元件(13.1-13.4；33)包括一个或多个用于嵌接调整工具的空隙(19.1a，19.1b)。
8.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，将所述反光镜(14.1-14.4；34)粘贴到斜面上。
9.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，将所述反光镜(14.1-14.4)以其转向支承元件(13.1-13.4)的反射面设置在斜面上。
10.如权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，所述支承元件(33)是空心的并且反光镜(34)以其反射面在圆柱体空心空间方向上对准斜面。
11.如权利要求5或6所述的位置检测装置，其特征在于，制动机构附属于所述支承元件(13.1-13.4；33)，该制动机构能够使移动支承的支承元件(13.1-13.4；33)固定在一个确定的位置上。
12.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，将所述偏转元件整体组合在移动支承的支承元件里面，从而使支承元件的一个表面起到偏转元件的作用，其中移动支承的支承元件用来作为调整机构。
13.如权利要求12所述的位置检测装置，其特征在于，将所述支承元件设计成圆柱形并且在至少一个纵向端部上具有一个起到偏转元件作用的斜面。
全文摘要
本发明给出了一种光学位置检测装置，该装置用于确定两个物体的相对位置。所述位置检测装置包括一个刻度尺和一个相对于刻度尺移动的扫描单元。扫描单元侧面配有用于产生与位置有关的扫描信号的信号发生机构，在其下面存在至少一个用于对光束的传播方向施加确定影响的偏转元件。在扫描单元的侧面设置用于对偏转元件进行空间调整的调整机构，其中这样构成调整机构，由此可以仅实现至少一个偏转元件的空间取向。
文档编号G01D5/26GK1480707SQ0315252
公开日2004年3月10日 申请日期2003年8月1日 优先权日2002年8月3日
发明者U·林内曼, R·施图尔姆, U 林内曼, 级 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
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