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JPS62133306A - 変位量測定装置及び測定方法 - Google Patents

変位量測定装置及び測定方法

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Publication number
JPS62133306A
JPS62133306A JP61286095A JP28609586A JPS62133306A JP S62133306 A JPS62133306 A JP S62133306A JP 61286095 A JP61286095 A JP 61286095A JP 28609586 A JP28609586 A JP 28609586A JP S62133306 A JPS62133306 A JP S62133306A
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JP
Japan
Prior art keywords
guiding
displacement
mechanical part
measuring
movable mechanical
Prior art date
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Pending
Application number
JP61286095A
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English (en)
Inventor
カール−オイゲン・アウベーレ
ヘルムート・レンホフ
ペーター・フオークト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH, Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of JPS62133306A publication Critical patent/JPS62133306A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G01B5/0009—Guiding surfaces; Arrangements compensating for non-linearity there-of

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 を有する可動機械部分の変位量測定装置ならびにこの種
の案内誤差の零位置および初期値を検出するようにした
変位量測定方法に関する。
従来の技術 前記の形式の変位量測定装置はヨーロッ・ぐ特許出願公
開公報第００８２４４１号明細書に記載されている。こ
の公知の変位量測定装置は尺度スケールを有し、尺度ス
ケールには案内方向の運動を測定するための尺度ピッチ
の外に、少なくとも１つの付加的な増分ピッチが、案内
長さ全体に亘って延びる複数の線として施されている。
これらの線は案内方向にずらして配設された２つの光電
式発信器（変換器）または読取りベッドによって走査さ
れる。そのさい両発信器の信号の平均値が案内方向に対
して垂直なずれの捕捉検出のために、そして信号の差が
案内される機械部分の傾斜の捕捉検出のためにそれぞれ
用いられる。
この測定装置は増分式に作動する機構であるため、少な
くとも測定装置の作動開始ごとに。
しかしできれば作動中も、測定装置の絶対値でのイニシ
ャルライズを行なう基礎となる基準点を規則的な間隔で
走査することが必要である。
増分式長さ測定機構については例えばドイツ連邦共和国
特許第３３３４４００号明細書から、尺度ピッチの線に
平行な複数の棒線として基準マークを尺度スケール上の
本来の尺度ピッチの傍に設けることが公知である。これ
らの基準マークはもちろん例えば案内方向の測定装置の
零点のような基準点の確定を可能にするにすぎない。案
内方向に対して垂直なずれの初期値ないしは機械部分の
傾斜またはねじれ状態の測定には、このような基準マー
クを備えた公知の尺度スケールは適さない。それゆえ増
分修正測定機構のイニシャルライズは付加的な手段を必
要とする。この場合にはとくべつな困難が存在する。
なぜならば機械部分を案内方向に対して垂直に決められ
た量ずらすかまたは傾斜させることは通常は容易には行
なえないからである。
（初期設定）が案内方向の位置についてのみならず、ま
た修正測定機構についても可能なかぎり簡単にかつ最小
限の所要時間で実施できるように、増分形修正機構を有
する変位量測定装置を構成することである。
発明の構成 この課題は特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載され
た構成要件にしたがって変位量測定機構を構成するかな
いしは特許請求の範囲第６項の特徴部分に記載の措置に
よって解決される。
変位量測定装置を本発明てしたがって構成することによ
って本来の長さ測定機構ならびに（１圧測定機構を唯一
回の校正作動中にイニシャルライズすることが可能であ
る。これは発信器ないしは読取りヘッドの視野における
案内方向での当該構造の拡がり（延在距離寸法）が案内
される機械部分のずれに左右されるようにして構造ない
しストラクチユアを走査することによって達成される。
このような構造は例えば修正機構の傍に２本の線を互い
に角度を成すように配設することによって実現できる。
上記構造ないしストラクチユアは尺度スケール本体の反
射面に設けた２つのシリンダレンズから構成し、その１
方を案内方向に対して垂直に、他方を例えば４５°の角
度を成すように配設するのが有利である。これらのシリ
ンダレンズによって例えば発光ダイオードの１次元の、
すなわち線状の結像が差動形ダイオ−１に生じ、この結
像を介して測定−および修正機構のイニシャルライズ用
の零・ξルスが形成される。可動機械部分に適切に固定
された１つないしは２つの発信器にまとめられた発光ダ
イ、オーＰおよび差動形ダイオードならびに尺度スケー
ル上に設けたシリンダレンズの他には構成部品は必要と
されない。２つの発信器が必要とされるのは、案内誤差
ずれ以外に傾斜、すなわち案内される機械部分のねじれ
傾斜状態も検出しようとする場合である。
実施例の説明 本発明がなお一層理解されるように以下で実施例を添付
の図面の第１図から第牛図に基いて説明する。
第１図に示す、可動機械部分用変位量測定装置の尺度ス
ケールｌは第１の増分（目盛）ピッチトラック２を有す
る。この増分（目盛）ピッ内方向への運動についての測
定値が与えられる。。
本来の尺度ピッチトラック２の傍に修正（目盛）ピッチ
トラック３が設けられており、この修正ピッチトラック
は案内長さ全長にわたって延びる複数の平行線からなる
。これら、の平行線は距離ａを置いて可動機械部分に固
定された２つの発信器ないしは読取りヘッドに、１およ
ヒに２によって１尺度ピッチトラック２と同様に光電式
に走査される。発信器に１およびに２の信号は平均値−
ないしは差形成後に、可動機械部分の案内方向に対して
垂直なずれの修正値を供給するか、ないしは図平面に対
して垂直に延びる垂直なＺ軸を中心とする案内される機
械部分の傾斜状態ないしねじれ状態を検出することがで
きる。これはヨーロツ・ぞ特許出願公開公報第００８２
４４１号に示されている。
発信器Ｍ、に１およびに２に電子補間器が後置接続され
ており、該補間器によって変位量測定装置の分解能を高
くするため、線分によって表わされた増分の複数倍の細
分化が行なわれることは明らかである。これらの装置の
部品は公知なので、その説明はここでは省略する。
修正尺度ピッチトラック３の傍に２つの平とつ／リンダ
レンズΦおよび５からなる基準マーク（マーカ）が尺度
スケール１０反射面に設けられている。シリンダレンズ
牛は案内方向Ｙに対して垂直に配設されており、シリン
ダレンズ５はその軸線がシリンダレンズ牛の軸線に対し
て、角α１例えば４５°傾斜させである。両シリンダレ
ンズ壬からなる基準マークを走査するため、同様に互い
に距離ａを置いて可動機械部分に固定された２つの零ノ
ξルス発信器ＫＮＩＰ　１およびＫＮＩＰ　２が設けら
れている１、これらの発信器は修正測定機構に１および
に２のイニシャライズ（初期設定）用ならびに本来の長
さ測定機構Ｍ用の修正零・ぞルスを供給する。
イニシャライズに必要な手段の動作を詳述する前に１発
信器ＫＮＩＰ　１ないしはＫＮＩＰ　２の光学的構成を
第２図および第３図に基づいて略述する。各発信器は光
送信器を発光ダイオード６として、光電センサを差動形
ダイオード７として有し１両ダイオードは相並んで配設
されている。両ダイオードの尺度スケール１に設けられ
たシリンダレンズまでの距離および屈折率は。
発光ダイオ−Ｉ′６０点状の発光面が１次元の光の帯と
して、差動形ダイオード７０表面が存在する平面に結像
されるように選定されている。
第３図が示すように、差動形ダイオード７および発光ダ
イオード６はシリンダレンズΦおよび５に対して次のよ
うな位置関係で方向づけられている。即ち両ダイオード
の結合線（１両ダイオードを結ぶ線）およびこの結合線
に平行な差動形ダイオード７の分割線９が２２．５°の
角α々で、つまり両ンリ／ダレンズの軸線に対して対称
に延びるように方向づけられている。。これは両シリン
ダレンズの走査時に差動形ダイオ−ｒが発する信号がそ
れぞれ同じ形状および強さを有するという利点を有する
。
測定機構Ｍおよび修正測定機構に１ならびにに２とイニ
シャライズするため、可動機械部分はその案内方向Ｙに
、両全信器ＫＮＩＰ　１およびＫＮＩＰ　２がシリンダ
レンズ生および５を通過するように移動せしめられる。
発信器ＫＮＩＰ　１はシリンダレンズ牛を走査し、その
さい第３図に１４で示された光の帯が差動形ダイオード
７を掃引すると直ちに、ダイオード７は第４図にＡｔ、
６で示された信号を発する。この信号はすでに。
尺度ピッチトラック２を走査する測定機構（系）Ｍをイ
ニシャライズするのに使用できる。そのさい、測定機構
Ｍが供給する、ちょうどその時印加されている位置信号
に、値Ｙｏが割り当て対応づけられる。次にシリンダレ
ンズ５が走査され、そのさいこのしンズによって形成さ
れる光の帯１５が差動形ダイオード７の上を通ると。
第２の信号ＢＶ２が形成される。この第２の信号の発生
する位置Ｙｉ　は、測定機構にＮＩＰ　ｌおよびＫない
しは当該測定機構が固定されている機械部分のＸ方向、
すなわち案内方向Ｙに対して垂直な方向へのずれに左右
される。
第３図に示された関係に基づいて容易にわかるように、
下記の関係式が得られる。
△ｘ１＝ｘｏ＋ｂ　・（Ｙｉ　−Ｙ□　）　　　　　　
（１）この式において、△８．は検出されるずれを表わ
す。この値によって修正測定機構に１がイニ７の角の正
接をそれぞれ表わす１．この値は機械定数であり、シリ
ンダレンズの取付は後に１回だけ測定すればよい。
次に同様に零・ξルス発信器ＫＮＩＰ　２はシリンダレ
ンズ牛および５を走査し、そのさいやはり第壬図に示す
形状の２つの信号が生じる。
測定機構に１および同様にに２もまた、修正零・ξルス
発信器ＫＮＩＰ　ｌおよびＫＮＩＰ　２の両信号ＡＡお
よびＢＸ／１２間に生じる増分および変位量測定機構Ｍ
の補間値が計数され、たとえば電算機によって式（１）
を用いて再処理されることによってイニシャル化される
。両測定機構に１およびに２がイニシャライズされると
、案内方向に対して垂直な可動機械部分のずれが絶対値
で検出されるのみならず、可動機械部分が軸ＸおよびＹ
の平面内で、すなわち垂、直な第３の軸２を中心にねじ
れているかまたは傾胴している場合の角αもまた絶対値
で確定される。この案内誤差の値Ｄｚは、イニ・／ヤラ
イズのさい求められる測定機構に１ないしはに２のずれ
の値△ｘ１および△Ｘ２　　ならびに両測定機構に１お
よびに２のイニシャライズの間の時間に現れて、最初に
イニシャライズされた測定機構Ｋｌによってすでに測定
された修正値△に１．２から直接に差形成によって次の
ように得られる。
したがって前記の変位量測定機構を設けた機械部分のず
れ、傾胴状態および位置が案内方向へ０１回の校正作動
中に測定される。
前記の実施例ではイニシャル化用基準マークは２つのシ
リンダレンズから構成される。しかしシリンダレンズに
代えて互いに傾けて配設された線分を基準マークとして
用い１発信器Ｍ。
Ｋ１およびに２が有するような光電機構によっで走査す
ることもできるのは明らかである。
発明の効果 本発明により、測定機構のイニシャライズが案内方向に
おける位置のみならず修正測定機構についても簡単かつ
最小限の時間で実施できる変位量測定装置が実現される
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による修正ピッチを有する増分変位量測
定機構の尺度の平面図、第２図は第１図による尺度スケ
ールに設けた基準フーク牛。 １の走査を略図的に断面で示す原理図、第３図は第２図
による原理図中のＴ［［−［１線に沿って見た基準マー
クおよび発信器の路線図、第４図は第２図ないしは第３
図による差動形ダイオ−１７の出力におけるンリンダレ
ンズ牛および５の走査時の信号変化を示す曲線図である
。 １・・・尺度スケール、２・・・尺度ピッチトラック、
３・・・修正ピッチトラック Ｆｉｇ、３

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、可動機械部分のずれや傾斜のような案内誤差を検出
    するため増分式修正測定機構（３、Ｋ１、Ｋ２）を有す
    る可動機械部分の変位量測定装置において、前記修正測
    定機構は案内方向（Ｙ）に対して斜に延びる少なくとも
    １つの構造ないしストラクチユア（４、５）および該構
    造の走査用発信器ないしは読取りヘツド（ＫＮＩＰ１、
    ＫＮＩＰ２）を有することを特徴とする変位量測定装置
    。 ２、案内方向に対して延びる構造は零パルスマーク（４
    、５）として尺度ピツチトラツク（２、３）の傍に設け
    られている特許請求の範囲第１項記載の変位量測定装置
    。 ３、零パルスマークは反射面に設けた２つのシリンダレ
    ンズからなり、シリンダレンズの１方（４）はその軸線
    が案内方向（Ｙ）に対して垂直に、他方のシリンダレン
    ズ（５）は案内方向（Ｙ）に対して角α、たとえば４５
    °の角度に傾斜させて配設されている、特許請求の範囲
    第２項記載の変位量測定装置。 ４、零パルスマークを読取るため可動機械部分に固定さ
    れた発信器（ＫＮＩＰ１、ＫＮＩＰ２）は送信器として
    発光ダイオード（６）を、受信器として差動形ホトダイ
    オード（７）を有する、特許請求の範囲第２項記載の変
    位量測定装置。 ５、案内方向に距離ａを置いて配設された２つの発信器
    （ＫＮＩＰ１、ＫＮＩＰ２）が零パルスマーク（４、５
    ）を読取るために設けられている、特許請求の範囲第２
    項記載の変位量測定装置。 ６、当該可動機械部分のずれや傾斜のような案内誤差を
    検出する増分式修正測定機構（３、Ｋ１、Ｋ２）を有す
    る可動機械部分の変位量測定装置において、前記修正測
    定機構は案内方向（Ｙ）に対して斜に延びる少なくとも
    １つの構造ないしストラクチユア（４、５）および該構
    造の走査用発信器ないしは読取りヘツド（ＫＮＩＰ１、
    ＫＮＩＰ２）を有するようにした変位量測定装置にて、
    前記増分修正測定機構を有する変位量測定装置における
    可動機械部分のずれや傾斜のような案内誤差の零位置お
    よび初期値を検出するようにした変位 量測定方法において、当該相互間距離間隔（Ｙｉ−Ｙｏ
    ）が案内方向に垂直なずれ（Δｘ＿１）の関数である２
    つの互いに角度を成して配設された部分構造（４、５）
    を走査することによつて、当該機械部分の同じ校正移動
    走行時に案内誤差の零位置（Ｙｏ）および初期値（Δｘ
    ＿１、Δｘ＿２）を検出するようにしたことを特徴とす
    る変位量測定方法。
JP61286095A 1985-12-02 1986-12-02 変位量測定装置及び測定方法 Pending JPS62133306A (ja)

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