專利名稱：位置測量系統(tǒng)的制作方法
位置測量系統(tǒng)本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位置測量系統(tǒng)。 在半導(dǎo)體制造裝置中需要精確地確定某些移動對象、諸如程序工作臺(Verfahrtisch)的空間位置。對此通常使用位置測量系統(tǒng)，其 中該位置測量系統(tǒng)在輸出側(cè)提供位置信息。然后通過所探測的位置信 息來在該裝置中實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制的過程控制。那么比如在晶片步進(jìn)機(jī) (Waf ersteppern )中掩才莫和晶片的位置必須以全部6個自由度 (6DOF)非常精確地測量。當(dāng)前主要通過多個激光干涉儀來進(jìn)行這種 位置測量。通過激光干涉^f義在此以^^知的方式和方法來確定移動部件 的相對位置或所謂計量框架的相對位置。將來必須面對的是，在不同 部分的處理速度同時提高的情況下對位置測量的精度要求也進(jìn)一步提 高。將來在明顯較高的速度的情況下必須基于必要的亞納米精度，而 比如到目前為止在約1米/秒的速度下提供了幾納米的精度要求。然 而，在這種高精度要求的情況下，激光千涉儀不再能被用作位置測量 系統(tǒng)，因?yàn)樵谧罴训目諝鈼l件下的環(huán)境空氣中的折射率波動也會導(dǎo)致 在位置測量中幾納米的無法接受的測量值波動。因此已經(jīng)推薦有用于這類裝置的替代的位置測量系統(tǒng)。那么比如在 EP 1 019 669 Bl中已經(jīng)公開了把具有所謂正交光柵的光學(xué)位置測 量系統(tǒng)用作二維(光柵)計量用具，也即基于光柵的位置測量系統(tǒng)。 這類系統(tǒng)幾乎不受空氣的可能的折射率波動的影響，并從而允許良好 可再現(xiàn)的位置測量。為了在所有自由度中確定移動對象、也即比如程序工作臺的位置， 從而必須同時探測多個(至少每自由度1個測量值)相互獨(dú)立的測量 參量。在此通常在每個程序工作臺上在不同的位置設(shè)置位置測量系統(tǒng) 的多個掃描單元。一個單獨(dú)的掃描單元在此可以分別測量與其他掃描單元相獨(dú)立的 軸，或者也可以組合地測量多個軸。其中該位置測量系統(tǒng)的計量用具 被固定到該設(shè)備的非移動部分(計量框架)上，在上述這種配置中， 掃描單元必須被設(shè)置在移動的程序工作臺上，并且掃描單元的測量數(shù) 據(jù)必須通過一個拖曳電纜被傳輸?shù)揭粋€靜止的伺服電子裝置。同時，為了該設(shè)備的動作，需要把移動的質(zhì)量以及在程序工作臺移動時由拖 戈電纜所帶來的動態(tài)力保持得盡可能小。尤其在高動態(tài)的以及同時高 精確的應(yīng)用中，在此對盡可能微小的質(zhì)量以及盡可能微小的元件體積 方面提出了非常高的要求。同時在這種應(yīng)用中由于對高精度位置測量
的要求，導(dǎo)致對位置有關(guān)的測量數(shù)據(jù)到通常遠(yuǎn)離(直至> 10米)程
序工作臺的一個伺服電子裝置的無延遲的并且無干擾的傳輸而提出了 非常高的要求。通過該伺服電子裝置，單獨(dú)的掃描單元數(shù)據(jù)被運(yùn)算為 在所有自由度中的程序工作臺的位置，并提供給過程控制和移動控制。
在該程序工作臺上或者直接靠近該程序工作臺有用于驅(qū)動該程序 工作臺的電機(jī)。由此產(chǎn)生了非常強(qiáng)的電磁場，這可以篡改在長的電線 上所傳輸?shù)挠绕淠M的測量信號。在單個掃描單元中堅(jiān)固的、抗干擾 的線路驅(qū)動器以及從每個掃描單元到伺服電子裝置的充分屏蔽的信號 線路再次不利地影響了掃描單元和程序工作臺的質(zhì)量和元件體積。由 于設(shè)置在程序工作臺上的掃描單元，在程序工作臺與靜止部件之間的 拖曳電纜中還需要供電線和信號線，這同樣不利地影響了承載質(zhì)量以 及該拖曳電纜的剛性。
同樣要求由該掃描單元和到該程序工作臺的信號傳輸所帶來的損
耗功率保持得盡可能小，以使程序工作臺或其中的部分的溫升最小， 因?yàn)檫@直接導(dǎo)致測量錯誤。
在使用基于光柵的位置測量系統(tǒng)的情況下從而也導(dǎo)致 一 系列的問 題，這些問題必須被解決，以保證足夠精確的位置確定。
本發(fā)明的技術(shù)問題在于提供一種位置測量系統(tǒng)，該位置測量系統(tǒng) 包括多個掃描單元以及至少一個基于光柵的計量用具，其中保證了在 同時耗費(fèi)微小的情況下盡可能無錯誤地進(jìn)一步處理所產(chǎn)生的掃描單元 的掃描信號或位置信號。
該技術(shù)問題根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位置測量 系統(tǒng)而得到解決。
本發(fā)明的位置測量系統(tǒng)的有利的實(shí)施方式參見各從屬權(quán)利要求中 的措施。
根據(jù)本發(fā)明，推薦了用于對以多個自由度移動的一個對象相對于一 個靜止對象的位置進(jìn)行探測的一種位置測量系統(tǒng)，其包括 -至少一個計量用具，其與對象之一相連接，-多個掃描單元，其與另一對象相連接并由該計量裝置的光學(xué)掃描 來產(chǎn)生位置原始信號，以及
-一個復(fù)用器單元，其中把掃描單元所產(chǎn)生的位置原始信號輸入給 該復(fù)用器單元，并由該復(fù)用器單元把不同掃描單元的位置原始信號以 時間復(fù)用工作方式傳輸給所屬的伺服電子裝置，而不必把位置原始信 號事先轉(zhuǎn)換為位置值。
該復(fù)用器單元優(yōu)選地包括數(shù)字化裝置，以把輸入的位置原始信號轉(zhuǎn) 換為可電氣傳輸?shù)臄?shù)字原始信號，其中該數(shù)字原始信號可以按照時間 復(fù)用工作方式傳輸?shù)皆撍欧娮友b置。
在此，由掃描單元輸入給該復(fù)用器單元的位置原始信號可以是光學(xué) 信號，并可以通過光波導(dǎo)來進(jìn)行該光學(xué)信號至該復(fù)用器單元的傳輸， 其中在該復(fù)用器單元中設(shè)置有轉(zhuǎn)換裝置，用來把光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信 號，其中該電信號然后可以輸入給該數(shù)字化裝置。
由掃描單元輸入給該復(fù)用器單元的位置原始信號或者還可以是電 信號，并可以通過電信號線路來進(jìn)行該位置原始信號至該復(fù)用器單元 的傳輸，其中該電信號可以輸入給該數(shù)字化裝置。
在一個可能的實(shí)施方案中，在掃描單元側(cè)設(shè)置有數(shù)字化裝置，以把 在光學(xué)掃描中所獲得的位置原始信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字原始信號，其中該數(shù) 字原始信號可以傳輸給該復(fù)用器單元。
在一個優(yōu)選的變化方案中，該復(fù)用器單元可以包括唯一的一個線路 驅(qū)動器，該線路驅(qū)動器可以用于把所有掃描單元的位置原始信號傳輸 到該伺服電子裝置。
此外，該復(fù)用器單元可以包括有校正裝置，以給要傳輸?shù)皆撍欧?子裝置的位置原始信號補(bǔ)充其他次要信息。
的次要信息中的至少 一種 -錯誤信息 -校正信息 -診斷信息 -狀態(tài)信息。
該復(fù)用器單元還可以包含有一或多個另外的集中功能單元，其中這 些功能單元可以由多個掃描單元共同來使用。在此該復(fù)用器單元可以包含有以下集中功能單元中的至少 一個
-供電功能單元
-掃描脈沖功能單元
-脈沖接收功能單元。
另外，該復(fù)用器單元可以包含有作為集中功能單元的一個解碼單 元，這允許對要傳輸?shù)皆撍欧娮友b置的信息利用容錯數(shù)據(jù)碼來進(jìn)行 編碼。
另外，該復(fù)用器單元可以包含有一個復(fù)用級，該復(fù)用級對掃描單元 的并行輸入的位置原始信號進(jìn)行處理，用以按照時間復(fù)用工作方式把 不同掃描單元的位置原始信號傳輸給一個所屬的伺服電子裝置。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)以及特征參見下文的借助附圖的多個實(shí)施例進(jìn) 行說明。
其中
圖l示出了一個總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其由多個位置測量系統(tǒng)和一個所屬的 伺服電子裝置組成；
圖2示出了

圖1的部分圖示，其具有多個掃描單元以及圖l的一個 位置測量系統(tǒng)的復(fù)用器單元；
圖3高度概括地示出了與從而被掃描的計量用具相結(jié)合的一個掃 描單元。
圖1高度概括地示出一個總系統(tǒng)的一個實(shí)施例結(jié)構(gòu)，該總系統(tǒng)包括 四個本發(fā)明的位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400和一個伺月1電子裝 置500，該伺服電子裝置包括不同的功能部件505、 510-540、 550、 560、570。該伺服電子裝置500被輸入了不同位置測量系統(tǒng)100、200、 300、 400的信號以進(jìn)一步處理。為了同步等目的，此外還從該伺服電 子裝置500給不同的位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400輸入了多種 信號。
在本例子中，在該位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400側(cè)每個位 置觀'J量系鄉(xiāng)克100、 200、 300、 400分另iji殳置有多個掃4笛單元110 — 130、 210-230、 310-340、 410-440。 一個位置測量系統(tǒng)IOO、 200、 300、 400的多個掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440分 別4皮分配給在一個設(shè)備上的一個移動對象150、 250、 350、 450,比 如一個程序工作臺。 一個位置測量系統(tǒng)IOO、 200、 300、 400的多個掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440提供全體的位 置信號，其中所述全體的位置信號能夠在分析側(cè)為各個移動對象150、 250、 350、 450按照六個自由度高精度地確定其空間位置。為此可以 按照要求給每個位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400分配不同數(shù)量的 掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440。在所示出的例 子中，總共設(shè)置了四個程序工作臺來作為一個設(shè)備的移動對象150、 250、 350、 450，其中所屬的位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400 包括三個或四個掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440。 由不同的位置測量裝置100、 200、 300、 400所產(chǎn)生的位置原始 信號在該伺服電子裝置500側(cè)被分別輸入給一個內(nèi)插電子裝置510、 520、 530、 540。所述術(shù)語"位置原始信號"應(yīng)理解為以下的信號 該信號包含有一個位置信息，盡管該位置信息在必要時還必須通過相 應(yīng)的操作而轉(zhuǎn)換為一個具體的位置值。比如這類位置原始信號可以是 相位值，其中該相位值根據(jù)該計量用具的掃描并借助該掃描單元 110-130、 210-230、 310-340、 410-440來直接地產(chǎn)生。真正的 位置值根據(jù)該相位值然后比如通過利用不同的校正值、諸如信號幅度、 信號角度和其它參量來通過運(yùn)算而獲得，其中所述的其它參量部分地 由其他掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440的效'J量 值來獲得。
分配給每個位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400的內(nèi)插電子裝置 510、 520、 530、 540在該伺服電子裝置500側(cè)根據(jù)該位置原始信號 :接照已知的方式和方法來計算各掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440的位置。為此使用了原理上已公知的、但高計算 強(qiáng)度的內(nèi)插算法和信號校正算法。對于這些算法所需的計算功率還有 利的原因是，所產(chǎn)生的位置原始信號轉(zhuǎn)換為位置值并未在該掃描單元 110-130、 210-230、 310-340、 410-440中或者在該位置測量系統(tǒng) 100、 200、 300、 400中實(shí)施，而是才艮凈居本發(fā)明每個位置、測量系纟克100、 200、 300、 400的位置原始信號以時間復(fù)用工作方式傳輸給該伺服電 子裝置500。不同內(nèi)插電子裝置510、 520、 530、 540的輸出信號再 次通過合適的數(shù)據(jù)總線570最后輸入給該設(shè)備的一個(未示出)上級 控制單元，用以進(jìn)一步進(jìn)行處理。該控制單元根據(jù)該位置信息最終控 制該設(shè)備或者在該設(shè)備上移動對象150、 250、 350、 450所需的移動過程。
每個位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400最好設(shè)置有一個共用的 光源，其中，通過該光源， 一個位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400 的所有掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440可以脈
動工作地時間按照同步方式確定位置。與該光源的脈動工作相關(guān)的信 息具體參見申請人的EP 1 334 332 Bl的內(nèi)容。
在該伺服電子裝置500側(cè)還設(shè)置有上級的同步裝置505,通過該同 步裝置來進(jìn)行不同位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400的光源的同步。 在此所需的同步裝置505比如包括一個脈沖發(fā)生單元，其中通過該脈 沖發(fā)生單元可以生成光學(xué)同步脈沖，該同步脈沖可以再次通過合適的 光波導(dǎo)傳輸?shù)讲煌恢脺y量系統(tǒng)的光源?；蛘哌€可以把一個電氣同步 脈沖通過合適的、延遲時間穩(wěn)定的信號線來傳輸。
此外在一個有利的實(shí)施方案中在該伺服電子裝置500側(cè)還設(shè)置有 校正裝置，該校正裝置原則上用于把傳輸?shù)皆撍欧娮友b置500的位 置原始信號關(guān)于信號錯誤以已知的方式和方法來進(jìn)行校正等。在此比 如它可以是用于時差測量的校正裝置550以及用于波長測量的校正裝 置560。
比如在最簡單的情況下可以規(guī)定把2個(或更多)要同步的光源之 間的時差來作為用于時差測量的校正裝置550的校正值。由此可以以 已知的方法在相應(yīng)的內(nèi)插電子裝置510、 520、 530、 540中利用已知 的處理速度來探測一個經(jīng)過時差校正的位置。
比如在最簡單的情況下，可以提供在測量時間點(diǎn)的實(shí)際波長、或者 以已知的方法與此有關(guān)的一個位置、或者一個另外的測量參量作為用 于波長測量的校正裝置560的校正值。利用所測量的位置與所測量的 波長之間已知的關(guān)系，把該位置同樣以簡單的方法來校正一個可能的 波長變化。
由一個位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400的掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440根據(jù)一個計量用具的光學(xué)掃描而產(chǎn)生 的位置原始信號根據(jù)本發(fā)明被分別輸入給一個復(fù)用器單元160、 260、 360、 460。由該復(fù)用器單元把該位置原始信號以時間復(fù)用工作方式傳 輸?shù)剿鶎俚乃欧娮友b置500、或者在該伺服電子裝置500側(cè)的相應(yīng) 所屬的內(nèi)插電子裝置510、 520、 530、 540。在該復(fù)用器單元160、260、 360、 460與該伺服電子裝置500之間的通信根據(jù)本實(shí)施例優(yōu)選 地以數(shù)字以及串行方式通過合適的信號傳輸線來進(jìn)行，也即電氣可傳 輸?shù)臄?shù)字信號以時間復(fù)用工作方式被傳輸?shù)皆撍欧娮友b置500。作 為用于對該位置測量系統(tǒng)的數(shù)字化位置原始信號進(jìn)行傳輸?shù)目赡艿臄?shù) 字接口比^口考;i、已知的方法和協(xié)i義，-者汝口LVDS ( ANSI 644-A-2001 ) 或者FPDP (ANSI 17.1-2003)。
此后，在該位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400側(cè)，最好至少對 所產(chǎn)生的位置原始信號進(jìn)行數(shù)字化，以然后如前所述通過該復(fù)用器單 元160、 260、 360、 460和一個串行接口把該信號傳輸給該伺月l電子 裝置500。在把該位置原始信號傳輸?shù)皆撍欧娮友b置500之前，不 需要因此把該信號轉(zhuǎn)換為位置值。以這種方式和方法可以保證把完整 的、數(shù)字化的原始信息傳輸?shù)皆撍欧娮友b置500以進(jìn)一步處理，而 不需要在該位置測量系統(tǒng)100、 200、 300、 400側(cè)進(jìn)4亍復(fù)雜的和開銷 大的計算操作等，其中上述的計算操作在此將造成相應(yīng)的電路技術(shù)開 銷。
在首先在該復(fù)用器單元160、 260、 360、 460中^見定進(jìn)^f亍位置原 始信號的數(shù)字化的情況下，可以以傳輸光學(xué)信號的形式通過光波導(dǎo)來 進(jìn)行該位置原始信號從該掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440至該復(fù)用器單元160、 260、 360、 460的傳輸，如同在所示 實(shí)施例中的情況。如果此外通過另 一光波導(dǎo)來進(jìn)行用于光學(xué)掃描的光 脈沖的輸入，那么該掃描單元110-130、 210-230、 310-340、 410-440可以構(gòu)造為純粹無源的。
在一個第一可選的實(shí)施方案中，在此可以已經(jīng)在該掃描單元中進(jìn)行 在光學(xué)掃描中所獲得的位置原始信號到電氣信號的轉(zhuǎn)換，這樣使得把 位置原始信號以模擬電氣信號的形式輸入給該復(fù)用器單元。然后通過 合適的電氣信號線來進(jìn)行信號的傳輸。
在一個第二可選的實(shí)施方案中，還可以在該位置測量系統(tǒng)側(cè)通過合
適的數(shù)字化裝置已經(jīng)在該掃描單元中進(jìn)行位置原始信號的數(shù)字化。在 這種情況下，可以通過一個合適的接口構(gòu)造來進(jìn)行從該掃描單元至該 復(fù)用器單元的串行信號傳輸；通過該接口則正好還可以進(jìn)行該掃描單 元的電〗克供應(yīng)。
圖l的總系統(tǒng)的一個單獨(dú)的位置測量系統(tǒng)現(xiàn)在借助圖2來詳細(xì)描述所包含的所屬的復(fù)用器單元160。
由該位置測量系統(tǒng)100的三個掃描單元110、 120、 130所產(chǎn)生的 位置原始信號在此作為光學(xué)信號通過光波導(dǎo)111、 121、 131沿該復(fù)用 器單元160方向傳輸。在此通過該轉(zhuǎn)換裝置162.1、 162.2、 162.3 首先進(jìn)行該光學(xué)位置原始信號到電氣位置原始信號的轉(zhuǎn)換。其接著被 輸入給數(shù)字化裝置161.1、 161.2、 161.3,其中該數(shù)字化裝置根據(jù) 電氣模擬位置原始信號來產(chǎn)生數(shù)字位置原始信號。不同掃描單元110、 120、 130的這樣處理的數(shù)字位置原始信號并行地被輸入給一個復(fù)用級 163,該復(fù)用級對不同掃描單元110、 120、 130的位置原始信號進(jìn)行 處理，以通過一個合適的線路驅(qū)動器165按照時間復(fù)用工作方式傳輸 給所屬的(在圖2中未示出)伺服電子裝置。
因此根據(jù)本發(fā)明，把一個加工托架(Verfahrenschlitten)的 所有掃描單元IIO、 120、 130的數(shù)字輸出信號輸入給共同的復(fù)用器單 元160,該復(fù)用器單元將這些信號集中并以時間復(fù)用工作方式地續(xù)傳 到該伺服電子裝置。通過這種措施可以避免為該位置測量裝置100的 每個單獨(dú)的掃描單元110、 120、 130設(shè)置耗費(fèi)的驅(qū)動器電子裝置。
該復(fù)用器單元160具有與一個程序工作臺的所有掃描單元110、 120、 130—起使用的線路驅(qū)動器165,以使在移動的對象或程序工作 臺與該伺服電子裝置之間通常相互遠(yuǎn)離。因此僅需要在所述相對長的 傳輸段或相應(yīng)的信號線171、 172上來設(shè)計每個位置測量系統(tǒng)100的 單個線路驅(qū)動器165。
由于所規(guī)定的復(fù)用工作，還可以大大降低在該程序工作臺與該伺服 電子裝置之間的連接線的數(shù)量。由于對電纜的這種可能的節(jié)省，從而 有利地降低了在程序工作臺上拖曳電纜的剛性。
在所示的例子中，該復(fù)用器單元160另外還包括不同的(僅僅用圖 來示意)校正裝置166.1、 166.2。這能夠給在復(fù)用工作中要傳輸給 該伺服電子裝置的位置原始信號補(bǔ)充另外的次要信息。那么該校正裝 置166.1、 166.2比如可以用于生成并處理信號錯誤信息(比如偏移 電壓)、信號校正信息(比如溫度、電壓波動、關(guān)于時間點(diǎn)、時長、 掃描脈沖幅度的信息)、信號診斷信息(比如信號有效性、信號錯誤)、 狀態(tài)信息(比如工作狀態(tài)、供電電壓的有效性、錯誤狀態(tài))等來作為 被傳輸?shù)皆撍欧娮友b置500的次要信息。通過附加地傳輸這類次要信息，給該內(nèi)插電子裝置510提供附加的參量，其中通過這些參量的 運(yùn)算可以進(jìn)一步提高所計算的位置的精確度。這類次要信息不但給該 內(nèi)插電子裝置510，還給該伺服電子裝置500提供信息，其中利用這 些信息可以詳細(xì)地分析該位置測量系統(tǒng)100的工作狀態(tài)，并且利用這 些信息可以在錯誤情況下對錯誤原因進(jìn)行定位。
在本例子中，在該復(fù)用級163與該線路驅(qū)動器165之間作為一個 集中功能單元設(shè)置有一個信號編碼單元169。其允許把要傳輸?shù)男畔?利用容錯的數(shù)據(jù)碼來進(jìn)行編碼。這樣在該內(nèi)插電子裝置510側(cè)可以識 別(比如在使用奇偶校驗(yàn)位的情況下)和/或校正(比如在使用漢明碼 的情況下)數(shù)據(jù)傳輸錯誤。再次有利的是，由于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu) 造，對于多個掃描單元IIO、 120、 130—次僅需要一個作為集中功能 單元的這種信號編碼單元169。
在圖2中利用參考符號167最終同樣僅表示另一集中功能單元，其 中該集中功能單元由該位置測量系統(tǒng)100的多個掃描單元110、 120、 130來共同使用。
作為可由多個掃描單元110、 120、 130來使用的另一集中功能單 元167,比如可以在該復(fù)用器單元160中設(shè)置一個能量供給功能單元， 其中該能量供給功能單元比如通過一個集中的供電電壓的穩(wěn)壓和過濾 或者通過生成一個共同的掃描光等來承擔(dān)該掃描單元110、 120、 130 的能量供給。
作為另一集中功能單元167,還可以在該復(fù)用器單元160中設(shè)置一 個掃描脈沖功能單元和/或一個脈沖接收功能單元。通過該掃描脈沖功 能單元比如可以提供一個光學(xué)掃描脈沖，該光學(xué)掃描脈沖被輸入給該 位置測量系統(tǒng)100的所有掃描單元110、 120、 130,以進(jìn)行脈沖式的 位置確定。該脈沖接收功能單元在此可以用于紀(jì)錄由一個脈沖發(fā)生單 元在該伺服電子裝置中集中生成的脈沖，并由此為各位置測量系統(tǒng)IOO 的掃描單元IIO、 120、 130集中生成一個共同的光學(xué)掃描脈沖。掃描 脈沖的這種集中地生成在此尤其有利的是，由此排除了在單個掃描單 元IIO、 120、 130的掃描時間點(diǎn)之間由于單獨(dú)的掃描脈沖而產(chǎn)生的時 間偏移。
最后在圖3中示出了前述附圖的一種位置測量系統(tǒng)的一個掃描單 元IIO，其與從而被掃描的計量用具115相結(jié)合。該掃描單元110和該計量用具115與所示的對象150以及190相 連接，其中所述對象比如體現(xiàn)為兩個可相互移動的設(shè)備部分，其位置 可以相互在多個自由度中來確定。該對象150比如可以是前述的程序 工作臺，該對象190可以是該設(shè)備的前述的計量框架。這兩個對象150、 190在至少一個測量方向x上相互移動地設(shè)置，除了在測量方向x上 的移動之外，另外在測量面中與之垂直的測量方向y上、以及在與之 垂直取向的方向z上也是可以的。通常這兩個對象150、 190相互的 相對移動在全部六個自由度中都是可以的。
與靜止的對象190相連接的計量用具115以已知的方式和方法作 為 一 維或二維反射光柵(Auf licht-Gitter )或正交光柵 (Kreuzgitter)來構(gòu)造，并具有由于在x方向以及必要時在y方向上 周期設(shè)置的多個子區(qū)域而不同的反射性。
在本例子中該掃描單元110與移動的對象150相連接。在該圖中 僅僅示出了該掃描光學(xué)裝置112，其中該掃描光學(xué)元件可以包括不同 的光學(xué)元件，如透鏡、棱鏡等；同樣僅示出了用于產(chǎn)生位置原始信號 的掃描光路。優(yōu)選地規(guī)定了一種干涉光學(xué)掃描原理來產(chǎn)生高分辨率的 位置信號。
在該掃描單元110中，通過該光波導(dǎo)168來自該復(fù)用器單元160 的光源的脈沖到達(dá)所示的輸出耦合光學(xué)裝置113,通過該光學(xué)裝置113 在該掃描光學(xué)裝置112的方向上輸出一個或多個掃描光路。在探測側(cè) 在一個合適的輸入耦合光學(xué)裝置114中設(shè)置有掃描光路的一個輸入， 并接著把光學(xué)位置原始信號通過該光波導(dǎo)111傳輸?shù)皆搹?fù)用器單元 160的方向上。如前所述，該掃描單元IIO構(gòu)造為純粹無源的，也即， 不僅用于掃描的光源、而且信號探測所需的探測元件都設(shè)置在該掃描 單元110外部；通過光波導(dǎo)168、 111,如同把要探測的光束輸入給 合適的探測元件 一樣來進(jìn)行該光源的光脈沖的輸入。
優(yōu)選地在掃描側(cè)，每個掃描單元IIO設(shè)置有兩個掃描光路，其中這 兩個掃描光路不4又在測量方向x上、而且在與之垂直定位的方向z上 實(shí)現(xiàn)了同時的位置探測。相應(yīng)的干涉光學(xué)掃描原理比如在申請人的專 利申請DE 10 2005 043 569.6中有詳細(xì)描述。
在本發(fā)明的范疇內(nèi)，除了上述的例子之外，顯然還存在若干其它的 實(shí)施可能。那么比如存在恰好不同的原理來用于產(chǎn)生位置原始信號，其中對于位置原始信號的一部分或者也可以采用非光學(xué)掃描原理等。
權(quán)利要求
1. 用于對相對于靜止對象(190)的位置以多個自由度移動的對象(150；250；350；450)進(jìn)行探測的位置測量系統(tǒng)，所述位置測量系統(tǒng)包括-至少一個計量用具(115)，所述計量用具(115)與該靜止對象之一(190)相連接，-多個掃描單元(110-130；210-230；310-340；410-440)，它們與另一對象(150；250；350；450)相連接，并通過該計量用具(115)的光學(xué)掃描來產(chǎn)生位置原始信號，以及-復(fù)用器單元(160；260；360；460)，其中把由該掃描單元(110-130；210-230；310-340；410-440)產(chǎn)生的位置原始信號輸入至該復(fù)用器單元(160；260；360；460)，并把不同掃描單元(110-130；210-230；310-340；410-440)的位置原始信號從該復(fù)用器單元以時間復(fù)用工作方式傳輸給所屬的伺服電子裝置(500)，而不必把該位置原始信號事先轉(zhuǎn)換為位置值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160) 包括有數(shù)字化裝置(161.1、 161.2、 161.3),以把所輸入的位置原 始信號轉(zhuǎn)換為可電氣傳輸?shù)臄?shù)字原始信號，其中該數(shù)字原始信號可以以時間復(fù)用工作方式傳輸?shù)皆撍欧娮友b置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置測量系統(tǒng)，其中由該掃描單元 (110-130 )輸入給該復(fù)用器單元(160 )的位置原始信號是光學(xué)信號，并且通過光波導(dǎo)(lll; 121; 131)把該位置原始信號傳輸給該復(fù)用 器單元(160 ),并且在該復(fù)用器單元(160 )中設(shè)置有轉(zhuǎn)換裝置(162 .1、 162.2、 162.3),以把光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電氣信號，其中該電氣信號然 后可以輸入給該數(shù)字化裝置(161.1、 161.2、 161.3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置測量系統(tǒng)，其中由該掃描單元輸入 給該復(fù)用器單元的位置原始信號是電氣信號，并且其到該復(fù)用器單元 的傳輸通過電氣信號線路來進(jìn)行，并且該電氣信號可以輸入給該數(shù)字 化裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量系統(tǒng)，其中在該掃描單元 (110-130; 210-230; 310-340; 410-440 )側(cè)設(shè)置有數(shù)字化裝置，用以把在光學(xué)掃描中獲得的位置原始信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字原始信號，該數(shù)字原始信號可以傳輸?shù)皆搹?fù)用器單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160; 260; 360; 460 )包括單獨(dú)的線路驅(qū)動器單元(165),該線路驅(qū)動 器單元可以用于把所有掃描單元(110-130; 210-230; 310-340; 410-440 )的位置原始信號傳輸給該伺服電子裝置(200)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160) 包括有校正裝置(166.1、 166.2),以給要傳輸?shù)皆撍欧娮友b置的 位置原始信號補(bǔ)充另外的次要信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的位置測量系統(tǒng)，其中該校正裝置(166.1、 166.2 )適于產(chǎn)生并處理被傳輸給該伺服電子裝置的下列次要信息中 的至少一種-錯誤信息 -校正信息 -診斷信息- 態(tài)j呂't 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160) 包含有一或多個另外的集中功能單元(167、 169)，這些集中功能單 元(167、 169)可以由多個掃描單元(110-130)來共同使用。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160) 包含有以下集中功能單元(167)中的至少一個-能量供給功能單元 -掃描脈沖功能單元 -脈沖接收功能單元
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160) 包含有作為集中功能單元的一個解碼單元(169)，該解碼單元(169) 允許利用一個容錯的數(shù)據(jù)碼來對要傳輸給該伺服電子裝置(500 )的信 息進(jìn)4于編碼。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量系統(tǒng)，其中該復(fù)用器單元(160 ) 包含有一個復(fù)用級(163 ),該復(fù)用級(163 )提供并行輸入的該掃描 單元(110-130)的位置原始信號，以把不同掃描單元(110-130; 210-230; 310-340; 410-440 )的位置原始信號按照時間復(fù)用工作 方式傳輸?shù)揭粋€所屬的伺服電子裝置(500)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對相對于靜止對象以多個自由度移動的對象位置進(jìn)行探測的位置測量系統(tǒng)。該位置測量系統(tǒng)包括至少一個計量用具，其中該計量用具與該對象之一相連接，該位置測量系統(tǒng)還包括多個掃描單元，其中該掃描單元與另一對象相連接，并通過該計量用具的光學(xué)掃描來產(chǎn)生位置原始信號。另外還設(shè)置有一個復(fù)用器單元，其中進(jìn)行由該掃描單元所產(chǎn)生的位置原始信號至該復(fù)用器單元的輸入，并按照時間復(fù)用工作方式把不同掃描單元的位置原始信號從該復(fù)用器單元傳輸?shù)剿鶎俚乃欧娮友b置，而不必把該位置原始信號事先轉(zhuǎn)換為位置值。
文檔編號G01D5/353GK101305265SQ200680041691
公開日2008年11月12日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者J·德雷謝, M·梅斯納 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司