DE4303161C2 - Photoelektrisches Längen- bzw. Winkelmeßsystem mit einer Einrichtung zur Erfassung von Führungsfehlern - Google Patents

Photoelektrisches Längen- bzw. Winkelmeßsystem mit einer Einrichtung zur Erfassung von Führungsfehlern

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein photoelektrisches Längen- bzw. Winkelmeßsystem mit einem Teilungsträger, der zur Erfassung von Führungsfehlern ein Bezugsnormal aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter, sich in Bewegungsrichtung des Meßsystems erstreckender Linien, eine sogenannte Korrekturspur besitzt.
Ein solches Meßsystem ist beispielsweise in der US-PS 4,587,622 beschrieben. Bei dem bekannten Meßsystem besteht die Korrekturspur ebenso wie die eigentliche Maßstabsspur aus einer inkrementalen Teilung, d. h. die Bezugsnormal ist ebenfalls äquidistant geteilt und wird von einem oder mehreren separaten photoelektrischen Leseköpfen abgetastet. Dieses System ist wegen der Vielzahl der verwendeten Geberköpfe, die alle eine separate Lichtquelle, einen Satz von mindestens drei oder vier Referenzgittern und eine entsprechende Anzahl von Detektoren zur Erzeugung der phasenverschobenen Meßsignale benötigen, sehr aufwendig und teuer.
In der US-PS 5,073,710 ist ein inkrementales photoelektrisches Winkelmeßsystem beschrieben, dessen inkrementale Teilung aus einer Art Kreuzgitter besteht, wobei das in Meßrichtung längs verlaufende Muster das auf es auffallende Licht so beugt, daß das durch die Kreisteilung hindurchgehende Licht in radialer Richtung auf dem Detektor konzentriert wird. Mit diesem System ist es jedoch nicht möglich Führungsfehler, beispielsweise Schlagfehler der Welle des Winkelmeßsystems zu erfassen.
Die DE 35 42 514 C2 zeigt ein Längenmeßsystem, bei dem ein Inkrementalmaßstab photoelektrisch abgetastet wird. Das Meßsystem besitzt auch eine Korrektureinrichtung mit der der seitliche Versatz festgestellt werden kann. Hierzu erstrecken sich neben dem Inkrementalmaßstab in Bewegungsrichtung Linien, die zusätzlich mit zwei photoelektrischen Sensoren abgetastet werden, so daß über die Positionsdifferenz der Sensoren der seitliche Versatz bestimmt werden kann. Zur Initialisierung der Korrektureinrichtung sind auch auf dem Maßstab zusätzlich zwei gegeneinander versetzte plankonvexe Zylinderlinsen vorgesehen, die von den photoelektrischen Sensoren einfallendes Licht auf einen linienförmigen Lichtfleck fokussieren und damit einen Nullimpuls für die beiden photoelektrischen Sensoren geben.
Die DD 2 56 910 A1 zeigt ein Meßsystem mit dem Längen und ,Winkel gemessen werden. Es sind hierbei auf einem Maßstab wenigstens zwei sich schneidende Linien vorgesehen, deren Abstand sich mit fortschreitender Länge bzw. Winkel kontinuierlich vergrößert. Zur Längen- bzw. Winkelmessung wird hierbei von einer Sensorzeile der Abstand zwischen den Linien gemessen und hierüber auf die aktuelle Position der Sensorzeile zurückgerechnet. Zusätzlich läßt sich durch die Positionsmessung der Linien auch eine unzulässige seitliche Abweichung feststellen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Meßsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das möglichst einfach aufgebaut ist und dennoch zur Erfassung von Führungsfehlern bei einer Auflösung im Bereich weniger µm geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen dadurch gelöst, daß die sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Linien des Bezugsnormals nach Art eines Gitters mit abbildenden Eigenschaften ausgebildet sind.
Ein solches abbildendes Gitter fokussiert das auf es einfallende Licht linienformig in ein Lichtband, das dann mit relativ hoher Genauigkeit über eine Differenzdiode abgetastet werden kann. Ein Auswandern des Lichtbands ist somit ein direktes Maß für den zu erfassenden Führungsfehler.
Es ist zweckmäßig, wenn der Geberkopf des Meßsystems so aufgebaut ist, daß er gleichzeitig die inkrementale Gitterteilung auf dem Maßstab bzw. Teilkreis des Meßsystems abtastet und das abbildende Gitter des Bezugsnormals dazu. Ein solcher Geberkopf kann beispielsweise so aufgebaut sein, daß er Referenzgitter enthält, die das von einer Lichtquelle kommende Licht in unterschiedliche Beugungsordnungen zerlegen, wobei dann das in eine Beugungsordnung abgebeugte Licht die Gitterteilung des Maßstabs und das in die andere Beugungsordnung abgebeugte Licht das abbildende Gitter des Bezugsnormals beleuchtet.
Auf diese Weise ist der von der Lichtquelle kommende Lichtfluß optimal ausgenutzt und es ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau für das Meßsystem.
Setzt man das System für die Abtastung der Teilkreise von Winkelmeßsystemen ein, dann lassen sich mit relativ geringem Aufwand zusätzlich zu den Winkelmeßsignalen auch die Schlagfehler der Drehachse erfassen.
Für die Anwendung bei Winkelmeßsystemen kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn das Bezugsnormal bzw. ein weiteres Bezugsnormal mit einem abbildenden Gitter auf die Stirnseite des Teilkreises aufgebracht ist. Denn damit läßt sich dann nicht nur der Schlagfehler sondern auch der Taumelfehler der drehenden Welle auf einfache Weise erfassen.
Zusätzlich ist es zweckmäßig, ein weiteres Gitter mit abbildenden Eigenschaften auf dem Teilungsträger aufzubringen, welches Gitter senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßsystems geteilt ist. Dieses Gitter kann zur Erzeugung eines Nullimpulses für die Initialisierung des Meßsystems benutzt werden, da es ein quer zur Bewegungsrichtung orientiertes, linienförmiges Lichtband erzeugt, das ebenfalls von einem geeigneten Detektor nach Art einer Differenzdiode abgetastet werden kann. Auch in diesem Falle ist es möglich, das zur Beleuchtung des weiteren holographischen Gitters benötigte Licht aus nicht genutzten Beugungsordnungen der Referenzgitter des eigentlichen inkrementalen Meßsystems für die Abtastung der Maßstabsspur abzuleiten.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 6 der beigefügten Zeichnungen. Hierbei sind
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Skizze, die ein Längenmeßsystem gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 zeigt die Trägerplatte (3) des Lesekopfs (4) aus Fig. 1 mit den Referenzgittern über dem Teilungsträger (1) in vergrößertem Maßstabe;
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils der Komponenten des Lesekopfs (4) zur Veranschaulichung der von den Referenzgittern abgebeugten Lichtflüsse;
Fig. 4 ist eine weitere perspektivische Darstellung eines anderen Teils der wesentlichen Komponenten des Lesekopfs (4) aus Fig. 1 zur Veranschaulichung der von den Referenzgittern abgebeugten Lichtflüsse;
Fig. 5 ist eine vereinfachte perspektivische Skizze eines Winkelmeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6a zeigt ein Segment des Teilkreises (11) aus Fig. 5 in Aufsicht in vergrößertem Maßstab;
Fig. 6b zeigt das Segment aus Fig. 6a in Ansicht auf die Stirnseite des Teilkreises.
Das in Fig. 1 dargestellte photoelektrische Längenmeßsystem besitzt als Teilungsträger einen Glasmaßstab (1), auf dein nebeneinander die eigentliche inkrementale Teilung (2) und ein Bezugsnormal (5) zur Erfassung von Führungsfehlern aufgebracht sind. Das Bezugsnormal (5) besteht aus einem sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Liniengitter mit abbildenden Eigenschaften. Ein solches Gitter ist ein binäres optisches Element ähnlich einem sogenannten Fresnelzonenmuster wie von A.W. Lohmann und D.P. Paris in Applied Optics, Vol. 6, No. 9 (September 1967) auf Seite 1567 beschrieben.
Zur Abtastung der Gitterteilung (2) und des Bezugsnormals (5) dient ein einziger photoelektrischer Lesekopf (4), der in einem Abstand von wenigen mm über dem Teilungsträger angeordnet ist. Der Lesekopf (4) enthält neben einer Lichtquelle eine Trägerplatte (3) auf der sich die Referenzgitter des photoelektrischen Meßsystems befinden. Die Anordnung dieser acht Referenzgitter (G1-G4 und G1′-G4′) sowie der den Gittern zugeordneten Detektoren (D1-D4) geht aus der vergrößerten Darstellung nach Fig. 2 hervor. Es handelt sich hierbei um ein Meßsystem wie es von der Anmelderin in der am gleichen Tage eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Photoelektrisches Längen- bzw. Winkelmeßsystem" beschrieben und in den Fig. 8 und 9 dieser Anmeldung dargestellt ist. Auf den Inhalt der genannten Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen. Detailliertere Angaben über den Aufbau des Geberkopfes sind deshalb an dieser Stelle entbehrlich.
Die Referenzgitter (G) auf der Trägerplatte (3) beugen das auf sie auffallende Licht - dies ist in Fig. 3 durch die mit (W) bezeichnete ebene Wellenfront symbolisiert - jeweils paarweise in der +1. Beugungsordnung auf einen gemeinsamen Bereich der inkrementalen Maßstabsteilung (2). Der reflektierte Lichtstrom trifft den photoelektrischen Detektor (D3), der den Gittern (G3 und G3′) zugeordnet ist, und das dort entstehende Interferenzmuster wird bei Verschieben des Teilungsträgers (1) in Längsrichtung in ein zyklisches Signal gewandelt.
Das von den beiden Gittern (G3 und G3′) in die entgegengesetzte -1. Beugungsordnung abgebeugte Licht hingegen fällt auf das abbildende Gitter des Bezugsnormals (5). Das Gitter ist so berechnet, daß es die einfallenden parallelen Lichtbündel in zwei scharfe Lichtbänder fokussiert, wobei diese Lichtbänder parallel zur Maßstabsrichtung ausgerichtet sind. In der Ebene dieser beiden linienförmigen Foki sind zwei Detektoren (D5) und (D6) nach Art von Differenzdioden angeordnet. Bei einem seitlichen Auswandern des Teilungsträgers (1) bewegen sich die beiden linienförmigen Foki über die photoempfindlichen Flächen der Differenzdioden (D5) und (D6) und erzeugen damit entsprechende Signale, die das Ausmaß der seitlichen Bewegung charakterisieren und deshalb ein Maß für den translatorischen Führungsfehler darstellen. Da die beiden Detektoren in Maßstabsrichtung zueinander versetzt sind, ist es bei geeigneter Verknüpfung der Ausgangssignale außerdem möglich, rotatorische Führungsfehler um eine Achse senkrecht zur Maßstabsoberfläche zu erfassen. In diesem Zusammenhang wird auf die eingangs zum Stand der Technik genannte US-PS 4587622 verwiesen.
In Fig. 4 ist ein weiterer Teil der auf der Trägerplatte (3) aufgebrachten Komponenten dargestellt. Es handelt sich hierbei um das Gitterpaar (G4) und (G4′), das die einfallende ebene Wellenfront (W) in +1. Ordnung in Richtung auf den von beiden Gittern des Paares (G4, G4′) gemeinsam beleuchteten Bereich der inkrementalen Maßstabsteilung (2) abbeugt. Das von der Maßstabsteilung (2) reflektierte Licht interferiert in der Ebene des dem Gitterpaar (G4, G4′) zugeordneten Detektors (D4). Das Gitterpaar (G4, G4′) ist mit Bezug auf das Gitterpaar (G3, G3′) aus Fig. 3 um ein Viertel seiner Gitterteilung oder ein Vielfaches davon verschoben, so daß der Detektor (D4) im Vergleich zum Detektor (D3) ein um 90° oder ein Vielfaches davon phasenverschobenes Meßsignal erzeugt. Zur näheren Erläuterung wird auch hier wieder auf die gleichzeitig eingereichte Anmeldung der Anmelderin mit dem Titel "Photoelektrisches Längen- bzw. Winkelmeßsystem" verwiesen.
Das vom Gitter (G4′) in die -1. Beugungsordnung abgebeugte Licht fällt bei geeigneter Stellung des Teilungsträgers (1) auf ein zweites Gitter (7) mit abbildenden Eigenschaften. Dieses Gitter (7) besteht ebenso wie das des Bezugsnormals (5) aus einem quasiperiodischen, nicht äquidistant geteilten Gitter.
Das Gitter (7) fokussiert das auffallende Licht linienförmig in ein Lichtband, das senkrecht zur Bewegungsrichtung des Teilungsträgers (1) ausgerichtet ist. In der Ebene dieses linienförmigen Fokus ist ein weiterer Detektor (D7) angeordnet, der ebenfalls nach Art einer Differenzdiode aufgebaut ist und das sogenannte Nullimpulssignal generiert. Das geschieht immer dann, wenn im Zuge der Maßstabsbewegung das Gitter (7) unter dem Detektor (D7) vorbeiwandert und der linienförmige Fokus des Lichtbandes den Detektor (D7) überstreicht.
Die Gitter (5) und (7) können beispielsweise als Computerhologramm derart berechnet werden, daß das auffallende Licht in eine Linie mit einer bestimmten Breite fokussiert wird. Aus dem Computerhologramm läßt sich dann z. B. mit elektronenstrahllithographischen Verfahren eine Chrommaske herstellen. Diese Maske kann dann bereits bei der Herstellung der inkrementalen Maßstabsteilung (2) im Zuge des gleichen Herstellprozesses ohne Zusatzkosten auf den Teilungsträger (1) mit aufbelichtet werden.
Bei der Berechnung des abbildenden Gitters für das Bezugsnormal (5) kann so vorgegangen werden, daß man zuerst eine binäre Struktur bestimmt, die zur punktförmigen Abbildung eines Lichtpunktes geeignet ist. Eine solche Struktur besteht aus konzentrischen quasiperiodischen, nicht äquidistant geteilten Kreisringen und besitzt für den symmetrischen Fall, d. h. für den Fall, daß sie nur abbildet und den Hauptstrahl nicht umlenken muß, im Zentrum die Liniendichte null. Das bedeutet, daß die 1. Ableitung der Linienzahl nach dem Radius der Struktur im Zentrum verschwindet. Entsprechend besitzt die Struktur nur die Mindestanzahl der für die Abbildung erforderlichen Linien in fertigungstechnische gut handhabbaren Abständen.
Aus dieser Struktur wird dann anschließend das parallele Liniengitter des Bezugsnormals (5) erzeugt, indem die berechneten Abstände und Breiten der Kreisringe für das Liniengitter übernommen werden, d. h. die Kreisringe der Struktur werden durch ihre Tangenten ersetzt, die sich in Meßrichtung des Maßstabs (1) erstrecken. Das so gewonnene Liniengitter bildet einen Lichtpunkt in ein scharfes Lichtband ab und hat insofern ähnliche Abbildungseigenschaften wie eine Zylinderlinse.
Detailliertere Angaben für die Berechnung und Herstellung von binären optischen Elementen werden beispielsweise von G.J.Swanson im "Technical Report 854" des Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, mit dem Titel "Binary Optics Technology: The Theory and Design of Multi-Level Diffractive Optical Elements" vom 14. August 1989 gemacht.
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Winkelmeßsystem besteht aus einem Teilkreis (11) und zwei speziellen Leseköpfen (14) und (15). Der Lesekopf (14) ist ähnlich aufgebaut wie der Lesekopf (4) im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4. Dieser Lesekopf tastet die inkrementale Teilung (12) des eigentlichen Winkelmeßsystems und das Gitter des daneben aufgebrachten Bezugsnormals (15) auf dem Teilkreis (11) ab. Die Bezugsnormal (15) besteht aus einer Schar sich in Bewegungsrichtung erstreckender konzentrischer Gitterlinien. Sie wird in gleicher Weise hergestellt wie das Gitter des Bezugsnormals (5) im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4, jedoch mit dein Unterschied, daß die Gitterlinien entsprechend dem Radius des Teilkreises gekrümmt verlaufen. Entsprechend besitzt auch das Gitter des Bezugsnormals (15) abbildende Eigenschaften.
Das Signal des betreffenden Detektors, d. h. der Differenzdiode, auf die das von dem Bezugsnormal (15) fokussierte Lichtband auffällt, dient zur Erfassung des Schlagfehlers der Welle, mit der das Winkelmeßsystem verbunden ist. Um diesen Schlagfehler unabhängig vom Exzenterfehler ermitteln zu können, ist im zweiten Lesekopf (24), der um 90° bezogen auf die Achse des Winkelmeßsystems versetzt zum Lesekopf (14) angeordnet ist, eine zweite Differenzdiode und eine Lichtquelle enthalten, die von dem Gitter des Bezugsnormals (15) ebenfalls in ein linienförmiges Band auf dem zweiten Detektor abgebildet wird. Die beiden um 90° zueinander versetzten Stellen, an denen das Bezugsnormal (15) abgetastet wird, sind in der Darstellung nach Fig. 6a mit (20) und (21) bezeichnet.
Zusätzlich ist auf die Stirnseite des Teilkreises (11) ein zweites Bezugsnormal (16) aufgebracht. Diese Bezugsnormal (16) dient zur Erfassung des Taumelfehlers des Winkelmeßsystems. Es wird ebenfalls an zwei um 90° bezogen auf die Achse des Winkelmeßsystems beabstandenden Stellen abgetastet (Fig. 6a und 6b). Hierzu ist in dem Lesekopf (24) eine separate Lichtquelle (18) enthalten, die von dem Gitter des stirnseitigen Bezugsnormals (16) in ein linienförmiges Lichtband auf einer weiteren Differenzdiode (19) abgebildet wird. In gleicher Weise enthält der Lesekopf (14) eine Lichtquelle (28), die vom Gitter des Bezugsnormals (16) in ein Lichtband auf einer Differenzdiode (29) abgebildet wird. Mit Hilfe der Signale der beiden Differenzdioden (19) und (29) läßt sich nun sehr einfach der Taumelfehler des Meßsystems erfassen, da sich im Zuge der Taumelbewegung das auf die Detektoren (19) und (29) abgebildete Lichtband verschiebt.
Die von den Referenzdioden (18) und (19) abgegebenen Signale entstehen durch eine Faltung des von dem Gitter des Bezugsnormals (16) abgebildeten Lichtbandes mit der Kennlinie der Differenzdiode. Da es sich hierbei um ein analoges Signal handelt, ist es wichtig, die Intensität der Lichtquellen (18) und (28) konstant zu halten. Gleiches gilt für die Lichtquellen, mit denen das erste Bezugsnormal (15) beleuchtet wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer Intensitätsregelung von besser als 1% über einen Meßweg von 100 µm Meßgenauigkeiten für den Taumelfehler bzw. Schlagfehler von besser als 1 µm erzielen lassen.
An dieser Stelle soll noch betont werden, daß für das in Fig. 5 bis 6 dargestellte Winkelmeßsystem nur ein einziger Abtastkopf benötigt wird, der die inkrementale Teilung (12) liest. Bisher bekannte Winkelmeßsysteme benötigen dann, wenn der Schlagfehler miterfaßt werden soll, mindestens drei, oft vier Leseköpfe, mit denen die inkrementale Teilung des Teilkreises an entsprechend vielen Stellen abgetastet wird. Es sind aber gerade diese Leseköpfe für die Inkrementalteilung, die sehr aufwendig sind aufgrund der darin enthaltenen Gegengitter und Detektoren zur Erzeugung von drei bis vier phasenverschobenen Signalen bzw. Impulsfolgen. Hingegen kann zur Abtastung der Bezugsnormale (15) und (16) mit ganz einfachen Mitteln, nämlich einer Lichtquelle und einer Differenzdiode als Detektor gearbeitet werden, wodurch das Winkelmeßsystem deutlich weniger aufwendig wird. Zudem kann zusätzlich der Taumelfehler erfaßt werden, was bei üblichen Winkelmeßsystemen nicht ohne weiteres der Fall ist.
Wie Fig. 6a deutlich zeigt, trägt auch der Teilkreis (11) eine sogenannte Nullimpulsmarke in Form eines weiteren Gitters (17) mit abbildenden Eigenschaften. Zu dessen Funktion wird im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bis 4 verwiesen. An dieser Stelle soll noch erwähnt werden, daß es natürlich auch möglich ist, mehrere Nullimpulsmarken sowohl auf dem Teilkreis (11) als auch auf dem Maßstab (1) nach Fig. 1 bis 4 aufzubringen. Diese Neuimpulsmarken können auch codiert werden, so daß eine eindeutige Zuordnung des Signals zur Absolutposition auf dem Maßstab bzw. Teilkreis möglich ist. Beispielsweise kann eine Intensitätscodierung gewählt werden indem die abbildenden Gitter der verschiedenen Nullimpulsmarken so berechnet werden, daß sich für das auf den Detektor abgebildete Lichtband jeweils unterschiedliche Breiten ergeben. Entsprechend sieht der Detektor je nach Nullimpulsmarke unterschiedliche Signalintensitäten und sein Ausgangssignal, der eigentliche Nullimpuls kann über entsprechend gesetzte Triggerschwellen der Position der Marke zugeordnet werden.

Claims (9)

1. Photoelektrisches Längen- bzw. Winkelmeßsystem mit einem Teilungsträger (1, 11), der zur Erfassung von Führungsfehlern ein Bezugsnormal mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter, sich in Bewegungsrichtung des Meßsystems erstreckender Linien (5, 15) besitzt, wobei die sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Linien nach Art eines Gitters mit abbildenden Eigenschaften ausgebildet sind und das abbildende Gitter das von einer Lichtquelle kommende Licht in einen linienförmigen Lichtfleck bzw. Lichtband auf einen oder mehrere Detektoren (D5, D6, 19, 29) fokussiert.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, wobei als Detektor eine Differenzphotodiode verwendet ist.
3. Meßsystem nach Anspruch 1, wobei ein Geberkopf (4, 14) des Meßsystems eine inkrementale Gitterteilung (2, 12) auf dem Teilungsträger (1, 11) des Meßsystems abtastet und der Geberkopf (4, 14) Referenzgitter (G1-G4, G1′-G4′) enthält, die das von einer Lichtquelle kommende Licht in unterschiedliche Beugungsordnungen zerlegen, und wobei ferner bei mindestens einem Referenzgitter (G3, G3′) das in eine erste Beugungsordnung (+1) abgebeugte Licht auf die inkrementale Gitterteilung (2, 12) fällt und das in die andere Beugungsordnung (-1) abgebeugte Licht auf das Gitter (5, 15) mit abbildenden Eigenschaften fällt.
4. Photoelektrisches Winkelmeßsystem nach Anspruch 1, wobei zur Winkelmessung und zur Erfassung der Schlagfehler der Drehachse ein erster Geberkopf (14) vorgesehen ist, der eine inkrementale Teilung (12) des Winkelmeßsystems und das daneben auf dem Teilungsträger (11) aufgebrachte abbildende Gitter des Bezugsnormals (15) abtastet, sowie ein weiterer Geberkopf (24), der das Bezugsnormal (15) an einer anderen Stelle (21) abtastet.
5. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das abbildende Gitter des Bezugsnormals (5, 15) neben der inkrementalen Gitterteilung (2, 12) des Meßsystems in der gleichen Ebene auf den Teilungsträger (1, 11) aufgebracht ist.
6. Meßsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei das abbildende Gitter eines Bezugsnormals (16) stirnseitig auf einen als Teilkreis ausgebildeten Teilungsträger (11) aufgebracht ist.
7. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zusätzlich mindestens ein weiteres Gitter (7) mit abbildenden Eigenschaften auf dem Teilungsträger (1, 11) aufgebracht ist, welches weitere Gitter (7) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßsystems geteilt ist und das auffallende Licht in einen linienförmigen Lichtfleck bzw. Lichtband auf einen Detektor (D7) zur Erzeugung eines Nullimpulses abbildet.
8. Meßsystem nach Anspruch 7, wobei auf den Teilungsträger mehrere senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßsystems geteilte abbildende Gitter zur Erzeugung von Nullimpulsen aufgebracht sind und sich die Gitter in ihren Abbildungseigenschaften unterscheiden.
9. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das abbildende Gitter ein binäres optisches Element ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113124760B (zh) * 2019-12-30 2022-08-02 广东万濠精密仪器股份有限公司 反射式光栅尺

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3150977A1 (de) * 1981-12-23 1983-06-30 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Verfahren und einrichtung zur ermittlung und korrektur von fuehrungsfehlern
DE3542514A1 (de) * 1985-12-02 1987-06-04 Zeiss Carl Fa Wegmesseinrichtung
DD256910A1 (de) * 1986-12-30 1988-05-25 Werkzeugmasch Forschzent Massstab fuer eine absolut messende digitale positionsmesseinrichtung
US5073710A (en) * 1989-09-21 1991-12-17 Copal Company Limited Optical displacement detector including a displacement member's surface having a diffractive pattern and a holographic lens pattern

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6907372B1 (en) 1999-09-16 2005-06-14 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Device for position indication and detection of guidance errors

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