确定位置的装置及包括该装置的引导系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种确定位置的装置及包括该装置的引导系统。用于确定位置的装置，包括量表，其包括至少一个用于标记位置的标记和测量头，测量头可相对于量表移动，用以以光学方式扫描量表。测量头包括用于产生量表的图像的远心光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过该信号使得可能确定测量头相对于量表的位置。远心光学系统包括第一透镜元件和孔，第一透镜元件布置在离量表一定距离处并且其包含光轴，孔布置在背离量表的透镜元件的一侧上的第一透镜元件的焦点处。远心光学系统包括模块，其中第一透镜元件是模块的一体组成部分，并且模块的表面的第一区域形成第一透镜元件的表面，且孔以第一镜面的形式实现，第一镜面实现在模块的表面的第二区域并相对于第一透镜元件的光轴倾斜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过量表和测量头来确定位置的装置，测量头可相对于量表移动，以光学方式扫描量表，并涉及一种引导系统，其包括第一本体和第二本体，第二本体可相对于第一本体移动并在第一本体上引导，引导系统还包括用于确定位置的装置。
技术介绍
例如，包括量表和测量头的用于确定位置的装置是已知的，测量头可相对于量表移动，以用光扫描相应的量表，其中，量表包含一个或多个用于标记位置的标记，测量头包括用于产生量表的图像的光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过所述信号，使得可能确定测量头相对于量表的位置。根据相应的量表(measuring scale)如何体现(embodied)，可使用这种装置，例如，用于测量测量头相对于初始位置的位置的相对变化，或记录测量头的绝对位置。为了达到此目的，这种装置可测量测量头相对于量表的位置的相对变化，可将相应的量表体现为增量式量表，例如，并可由此包括一系列多个相同的标记，将其沿着预定的线(“轨迹”)周期性地以相同距离布置。在一个简单的替代方式中，光学系统可由透镜组成，例如，其对传感器投射相应标记的光学图像，将传感器布置为相对于透镜是固定不动的，以光电检测器的形式，从而提供这种增量式量表的光学扫描。为了测量测量头相对于量表的位置的相对变化，可沿着标记的轨迹移动测量头。因此，测量头的运动导致信号的周期性变化，这提供了与标记的数量相关的信息，例如，传感器移动所经过的标记。可进一步插入对于沿着标记的轨迹的测量头的不同位置而记录的信号，使得可能以小于相邻标记的距离的不准确度确定测量头相对于标记的位置。还可将上述用于确定位置的装置设计为，确定测量头相对于量表的绝对位置。为此目的，量表可包含一个或多个参考标记，在每种情况中，参考标记指定沿着预定的线(“轨迹”)的某一绝对位置。为了确定该位置，可沿着预定的线移动上述类型的测量头，以通过测量头用光扫描相应的参考标记。因此，测量头的运动导致信号的变化，其指示测量头是否位于一个参考标记处。为了确定测量头在任何位置的相应绝对位置，可测量测量头相对于某一参考标记的相对位置的变化，例如，其中，可通过扫描增量式量表的标记来确定测量头的相对位置的相应变化。例如，与引导系统(例如，线性引导件或旋转引导件)一起，使用上述类型的用于确定位置的装置，引导系统包括第一本体和第二本体，第二本体可相对于第一本体移动并在第一本体上引导，因此，具有使得可能确定第二本体相对于第一本体的位置的任务。为此目的，例如，可将用于确定位置的相应装置的量表布置为相对于第一本体是固定不动的，并可将相应的测量头布置为相对于第二本体是固定不动的。参考上述类型的引导系统，目前有朝着逐渐小型化的趋势。因此，特别是有对上述类型的用于确定位置的装置的需求，可将其集成在包括“小”尺寸的引导件中。此外，上述类型的用于确定位置的装置将使得可能以高精度确定位置，其中，即使在以相对高的速度5相对于第一本体移动第二本体的情况中，也可确保此精度。此外，能够尽可能地节省成本地制造用于确定位置的装置，并能够以尽可能少的装配工作量将其集成在引导系统中。参考上述需求，目前实行的是第一种方法，然而，其仅考虑这些需求的单独的部分方面。从WO 2005/033621A1和WO 2007/003065A1中，可得知这种线性引导系统，其包括导轨形式的第一本体和可沿着导轨移动的第二本体，并且，其包括上述类型的用于确定第二本体相对于导轨的位置的装置，在所述引导系统的情况中，通过相应导轨的表面的处理来实现相应的量表。可通过用于光学扫描的测量头来扫描相应的量表，然而，其中， W02005/033621A1和WO 2007/003065A1不包括任何关于如何构造这种测量头的信息。在此情况中，量表由此不是分开的部分(必须将其装配至导轨)，而是将其集成在导轨的表面中。因此，量表在导轨中的集成节省了空间，因为量表本身的各个标记仅需要少量的空间。 由于不将量表实现为分开的部分(将必须将其装配至导轨)的事实，此外，大量的操作步骤 (例如，分开的部分相对于导轨的调节以及分开的部分在导轨处的永久固定)不再是必须的。从US 7，186，969B2中，可得知一种用于确定位置的装置，其包括量表并包括测量头，可相对于量表移动测量头，以用光扫描量表，其中，测量头包括用于产生量表的图像的所谓的“远心”(telecentric)光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过所述信号，使得可能确定测量头相对于量表的位置。在此情况中，远心光学系统包括第一透镜元件(第一透镜元件布置在离量表一定距离处并且包含光轴)和透光开口形式的孔(其体现为一光阑，由不透光的材料制成)，其中，将此孔布置在背离量表的透镜元件的一侧的第一透镜元件的焦点处。由于孔的所述布置的原因，在此远心光学系统的情况中，此孔具有这样的效果此孔限制光束通过光学系统的路线(光路)，使得光束(起始于量表)仅平行于透镜元件的光轴射入透镜元件，或光束最好在“小”角度范围内向光轴倾斜，(“小”角度范围的大小是相应孔的大小的函数(相应孔的大小变得越小，孔的表面就变得越小))，上述光束可有助于量表的成像，此图像可通过光学系统而产生。此孔具有这样的效果在将改变量表和透镜元件之间的距离的情况中，量表的相应图像(光学系统在传感器上所产生的)的大小不改变或仅分别相对少量地改变。因此，上述光学系统具有这样的优点以相对大的焦距深度产生量表的相应图像，并且，由此必须仅以相对大的公差保持测量头相对于量表的预定距离。因此，可通过相对简单的装置以相应所需的精度将测量头相对于量表定位，使得可以相对简单的方式执行测量头相对于量表的装配。特别地，相应孔的表面越小， 所述公差越大。另一方面，上述光学系统具有这样的缺点其需要相对大量的空间，特别是在垂直于量表的方向上。因此限制测量头的小型化，产生这样的结果这种测量头由于其相对大的空间需求而不适于小型引导系统。另外，实现光学系统需要相对大量的不同的各个零件，其由不同的包括不同特性的材料制成，并且，必须以高精度将其装配在预定距离处。例如，透镜元件是分开的本体，其由透光材料制成。在其中体现孔的光阑是另一分开的本体，其由不透光的材料制成(如上所述)，为了制造孔必须对其进行处理，并且，必须将其定位在透镜元件的焦点。因此，测量头的制造是大量的并由此是昂贵的。
技术实现思路
本专利技术基于这样的目的避免所述缺点并产生用于确定位置的装置，该装置包含测量头，测量头包括以光学方式扫描量表的远心光学系统，其中，测量头需要相对少量的空间，并将以简单的方式进行设计。该装置还能够与引导系统一起使用，引导系统包括第一本体和可相对于第一本体移动的第二本体。通过包括权利要求1的特征的用于确定位置的装置来解决此目的。此装置包括量表和测量头，量表包括至少一个用于标记位置的标记，测量头可相对于量表移动，用于以光学方式扫描量表，所述测量头包括用于产生量表的图像的远心光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过所述信号，使得可能确定测量头相对于量表的位置。远心光学系统包括第一透镜元件和孔，第一透镜元件布置在离量表一定距离处并且第一透镜元件包含光轴，孔布置在背离所述量表的透镜元件的一侧的第一透镜元件的焦点上。在本上下文中，“孔”指的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于确定位置的装置（５），包括：量表（１０），包括一个或多个用于标记位置的标记（１１，１２）和测量头（２１，２１Ａ，２１Ｂ），所述测量头可相对于所述量表（１０）移动，用于以光学方式扫描所述量表（１０），所述测量头（２１，２１Ａ，２１Ｂ）包括用于产生所述量表（１０）的图像的远心光学系统（３０）和用于捕获所述量表（１０）的图像并提供信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５）的传感器（４０），通过所述信号，使得可能确定所述测量头（２１，２１Ａ，２１Ｂ）相对于所述量表（１０）的位置，其中，所述远心光学系统（３０）包括第一透镜元件（３３）和孔（３５），所述第一透镜元件（３３）布置在离所述量表（１０）一定距离处并且所述第一透镜元件包含光轴（３４），所述孔（３５）布置在背离所述量表（１０）的所述透镜元件（３３）的一侧的所述第一透镜元件（３３）的焦点（Ｆ１）上，其特征在于，所述远心光学系统（３０）包括包含表面（３２）的模块（３１，３１Ａ，３１Ｂ），其中，所述第一透镜元件（３３）是所述模块（３１，３１Ａ，３１Ｂ）的一体组成部分，并且，所述模块（３１，３１Ａ，３１Ｂ）的表面（３２）的第一区域（３２．１）形成所述第一透镜元件（３３）的表面，并且其中，所述孔以第一镜面（３５）的形式实现，所述第一镜面实现在所述模块（３１，３１Ａ，３１Ｂ）的表面（３２）的第二区域（３２．２）并相对于所述第一透镜元件（３３）的光轴（３４）倾斜...

【技术特征摘要】
2010.04.22 EP 10405087.71.一种用于确定位置的装置(5)，包括量表(10)，包括一个或多个用于标记位置的标记(11，12)和测量头(21，21A，21B)，所述测量头可相对于所述量表(10)移动，用于以光学方式扫描所述量表(10)，所述测量头Ol，21A，21B)包括用于产生所述量表(10)的图像的远心光学系统(30) 和用于捕获所述量表(10)的图像并提供信号(Sl，S2，S3，S4，SO的传感器(40)，通过所述信号，使得可能确定所述测量头Ol，21A，21B)相对于所述量表(10)的位置，其中，所述远心光学系统(30)包括第一透镜元件(3 和孔(35)，所述第一透镜元件(3 布置在离所述量表(10) —定距离处并且所述第一透镜元件包含光轴(34)，所述孔(3 布置在背离所述量表(10)的所述透镜元件(3 的一侧的所述第一透镜元件(3 的焦点(Fl)上，其特征在于，所述远心光学系统(30)包括包含表面(3 的模块(31，31A，31B)，其中，所述第一透镜元件(33)是所述模块(31，31A，31B)的一体组成部分，并且，所述模块(31，31A，31B)的表面(3 的第一区域(32. 1)形成所述第一透镜元件(3 的表面，并且其中，所述孔以第一镜面(3 的形式实现，所述第一镜面实现在所述模块(31，31A， 31B)的表面(32)的第二区域(32. 2)并相对于所述第一透镜元件(33)的光轴(34)倾斜 (φ<90。)。2.根据权利要求1所述的装置(5)，其中，所述传感器00)布置在所述模块(31，31A， 31B)的表面(32)的第三区域(32. 3)。3.根据权利要求2所述的装置(5)，其中，这样布置所述第一镜面(35)，使得光可通过所述第一透镜元件(3 沿着光轴(34)耦合进入所述模块(31，31A，31B)中，使得相应的所耦合进入的光在所述第一镜面(3 反射并且在所述模块(31，31A，31B)的表面(3 的第三区域(32. 3)离开所述模块(31，31A，31B)。4.根据权利要求2所述的装置(5)，其中，一个或多个第二镜面(36)实现在所述模块 (31，31A，31B)的表面(32)的第四区域(32. 4)，并且，相应的第二镜面(36)相对于所述第一镜面(3 这样布置，使得光可通过所述第一透镜元件(3 沿着光轴(34)耦合进入到所述模块(31，31A，31B)中，使得相应的所耦合进入的光在所述第一镜面(3 反射，然后在至少一个第二镜面(36)反射，然后，在表面的第三区域(32. 3)离开所述模块(31，31A，31B)。5.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的装置(5)，包括照明装置(38)，所述照明装置包括至少一个光源(38. 1)，可通过所述光源(38. 1)照亮所述量表(10)的至少一个区域(10. 1)，其中，这样布置所述量表(10)的相应区域(10. 1)，使得可通过所述远心光学系统(30)来产生所述量表(10)的相应区域(10. 1)的图像，并使得可通过所述传感器 (40)来捕获此图像。6.根据权利要求5所述的装置(5)，其中，这样布置所述相应光源(38.1)，使得通过所述光源(38. 1)产生的光可在所述模块(31A，31B)的表面(32)的区域(32.5)处耦合进入到所述模块中，并可在所述模块(31A)的表面(32)的另一区域(32.6)处脱离耦合。7.根据权利要求6所述的装置(5)，其中，所述模块(31A，31B)的那个表面的区域 (32. 6)包含曲率，使得所述表面的此区域形成透镜元件(65)，其中在所述模块(31A，31B) 的表面的区域(32.6)处通过所述相应光源(38. 1)产生的光会脱离耦合。8.根据权利要求6或7中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，在所述模块(31A， 31B)的表面(32)的区域(32. 7)处实现一反射面，这样布置所述反射面，使得耦合进入到所述模块(31A，31B)中所述相应光源(38. 1)的相应的光在此反射面反射。9.根据权利要求6至8中的任一项权利要求所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩斯特·米舍勒，埃迪思·因内霍费尔，罗格·莱曼，克劳斯·乌班，
申请(专利权)人：施内贝格尔控股公司，
类型：发明
国别省市：CH