專(zhuān)利名稱(chēng)：用于使刻度尺保持在載體上的方法以及具有載體和刻度尺的裝置的制作方法
用于使刻度尺保持在載體上的方法以及具有載體和刻度尺的裝置
本發(fā)明涉及一種用于使刻度尺保持在載體上的方法。
為了測(cè)量?jī)蓚€(gè)設(shè)備部件的相對(duì)位置在 一 個(gè)設(shè)備部件上固定刻度 尺并且在另一相互運(yùn)動(dòng)的設(shè)備部件上固定掃描單元。在測(cè)量位置時(shí)由 掃描單元掃描刻度尺的測(cè)量分度。
為了高精度位置測(cè)量必需使刻度穩(wěn)定且無(wú)偏移地固定在載體上。 在納米和毫微米范圍中的穩(wěn)定性和偏移性要求特別短的力行程，它要 盡可能保持局限于接觸面并且不包括刻度的整個(gè)厚度。
例如通過(guò)壓緊力(原子的范德瓦爾斯力)實(shí)現(xiàn)短的、盡可能局限于 接觸面的力行程。在此最好使用由玻璃或玻璃陶瓷制成的刻度尺，它 具有可忽略的膨脹系數(shù)。這些刻度尺能夠良好工作，因此在這里通常
粘附在光學(xué)拋光的對(duì)應(yīng)面上，如同在DE 101 53 147 Al中所描述的那 樣。粘附是特別防漂移的刻度尺固定方法。在粘附時(shí)存在隱患，即刻 度尺會(huì)斷開(kāi)或者局部地松開(kāi)。如果在邊緣上產(chǎn)生交變負(fù)荷(例如由于加 速度或溫度變化)并由此反復(fù)斷開(kāi)和激勵(lì)這個(gè)邊緣區(qū)，因此粘附的刻度 尺的外邊緣可能是不穩(wěn)定的。此外經(jīng)粘附的刻度尺難以再與載體松開(kāi) 并由此難以更換損壞的刻度尺。
另 一 已知的用于使刻度尺固定在載體上的方法是在支承面部位 中粘接。根據(jù)粘接劑的形式和粘接厚度由于粘接劑的蠕動(dòng)過(guò)程可能 導(dǎo)致載體與刻度尺之間的應(yīng)力，這導(dǎo)致在刻度尺中不可減少的長(zhǎng)度 誤差。例如由于粘接劑的老化、溫度和空氣濕度變化感應(yīng)粘接劑中 的這種蠕動(dòng)過(guò)程。粘接的刻度尺也難以再剝離，它們幾乎不能無(wú)殘 留地剝離。
本發(fā)明的目的是，給出一種方法，通過(guò)它可以使刻度尺盡可能防漂移但是可拆卸地保持在載體上。
這個(gè)目的通過(guò)如權(quán)利要求1所述的方法得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種裝置，它具有載體和可拆卸地保持 在其上而且穩(wěn)定保持的刻度尺。
本發(fā)明的有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中給出。
由實(shí)施例的描述給出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。下面借助于附圖詳細(xì)解釋本 發(fā)明的這些實(shí)施例。
附圖中


圖1以側(cè)視圖示出裝置的第一實(shí)施例，它具有載體和固定在其上 的刻度尺，
圖2以俯視圖示出按照?qǐng)D1的裝置，
圖3以側(cè)視圖示出裝置的第二實(shí)施例，它具有載體和固定在其上 的刻度尺，
圖4以側(cè)視圖示出裝置的第三實(shí)施例，它具有載體和固定在其上 的刻度尺，
圖5以側(cè)-現(xiàn)圖示出裝置的第四實(shí)施例，它具有載體和固定在其上 的刻度尺，
圖6以俯視圖示出圖5的裝置，
圖7以俯視圖示出裝置的第五實(shí)施例，它具有載體和固定在其上 的刻度尺，
圖8以橫截面圖示出按照?qǐng)D7的裝置，
圖9以俯視圖示出裝置的第六實(shí)施例，它具有載體和固定在其上 的刻度尺，
圖10以俯視圖示出裝置的第七實(shí)施例，它具有載體和固定在其 上的刻度尺，
圖11以側(cè)視圖示出裝置的第八實(shí)施例，它具有載體和固定在其 上的刻度尺，圖12以側(cè)視圖示出裝置的第九實(shí)施例，它具有載體和固定在其 上的刻度尺，
圖13以側(cè)視圖示出裝置的第十實(shí)施例，它具有載體和固定在其 上的刻度尺，
圖14以側(cè)視圖示出裝置的第十一實(shí)施例，它具有載體和固定在 其上的刻度尺，
圖15以俯視圖示出裝置的第十二實(shí)施例，它具有載體和固定在 其上的刻度尺，
圖16以截面圖示出按照?qǐng)D15的裝置，
圖17以側(cè)視圖示出裝置的第十三實(shí)施例，它具有載體和固定在 其上的刻度尺，
圖18以側(cè)視圖示出裝置的第十四實(shí)施例，它具有載體和固定在 其上的刻度尺，
圖19以側(cè)視圖示出裝置的第十五實(shí)施例，它具有載體和固定在 其上的刻度尺。
本發(fā)明和與此相關(guān)的所有下面的實(shí)施例的基礎(chǔ)是通過(guò)電磁夾
緊使刻度尺1固定在載體2上。這種電磁夾緊涉及兩個(gè)相反加載物 體的拉緊。在此刻度尺1按照本發(fā)明通過(guò)直接靜電夾緊固定在載體 2上。通過(guò)施加電壓U直接在相互固定的物體、即刻度尺l與載體 2之間產(chǎn)生電位降。
其區(qū)分成單極靜電夾緊與雙極靜電夾緊。對(duì)于只借助于圖19 所示的單極靜電夾緊每個(gè)相互被夾緊的物體1和2分別具有帶電的 電才及211,212作為陽(yáng)4及或陰才及，在其上施加電壓U并由此4吏兩個(gè)相 互對(duì)置的電極211,212相反地充電。在此載體2由帶電的電極(導(dǎo)電 材料或半導(dǎo)體材料)或者通過(guò)帶電的電極(尤其是以導(dǎo)電材料或半導(dǎo) 體材料覆層)構(gòu)成并且具有測(cè)量分度15的刻度尺1由對(duì)應(yīng)電極(由導(dǎo)料組成的刻度尺覆層)構(gòu)成。在電極211,212之間具有電介質(zhì)12，22， 在所示示例中，電介質(zhì)層12涂敷到刻度尺的襯底19上，電介質(zhì)層 22涂敷到載體2上。對(duì)于這種固定不利的是，刻度尺1和載體2 分別配有電接頭。
對(duì)于雙極靜電夾緊連接到電源上的導(dǎo)電電極共同設(shè)置在 一個(gè) 要被連接的物體上并且在另一物體上的電極形成一種耦聯(lián)電極，在 該電極中局部地在與導(dǎo)電電極對(duì)置的部位中構(gòu)成反電荷。在此載體 2或刻度尺1可以具有兩個(gè)導(dǎo)電的、即接通的電極。優(yōu)選雙極夾緊， 因?yàn)榻佑|耗費(fèi)可以局限在一個(gè)結(jié)構(gòu)部件上。
因此為了固定由玻璃或玻璃陶瓷(例如ZERODUR)制成的刻度 尺1優(yōu)選使用雙極靜電夾緊。在此兩個(gè)導(dǎo)電電極陽(yáng)極211和陰極 212共同位于載體2上并且對(duì)應(yīng)電極分別在刻度尺1的導(dǎo)電體11
采用雙極靜電夾緊并且導(dǎo)電的電極211,212共同設(shè)置在載體2上。 這種布置易于搬運(yùn)刻度尺1，因?yàn)橹恍栎d體2配有電接通和饋電線(xiàn)。
在所有附圖中功能相同的部件配有相同的標(biāo)記符號(hào)。在此以明 顯放大的方式表示層厚。
在圖1和2中示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1示出載體2的側(cè) 視圖，該載體具有通過(guò)靜電夾緊固定在其上的刻度尺1,圖2示出 俯視圖。該刻度尺1具有增量測(cè)量分度15形式的測(cè)量分度15，為 了在測(cè)量方向X上的位置測(cè)量可以光電地掃描測(cè)量分度。測(cè)量分度 15可以是反射的振幅光柵或相位光4冊(cè)，它以7〉知的方式用于高精 度的干涉位置測(cè)量。
該刻度尺1由玻璃或玻璃陶瓷、例如ZERODUR襯底19組成 并且在其底面上具有導(dǎo)電的薄金屬層形式的電極，它通過(guò)薄電介質(zhì) 12覆蓋。載體2在其頂面上具有薄金屬層211，212形式的電極，它 同樣以薄電介質(zhì)22覆蓋。載體2的金屬層211,212以?xún)蓚€(gè)相互分 開(kāi)的帶電電極211和212的形式形成結(jié)構(gòu)，在其上通過(guò)外露的接觸位置施加電壓。在示例中電極211構(gòu)成陽(yáng)極，而電極212構(gòu)成陰極。 通過(guò)電壓U在刻度尺1的金屬層11中分別感應(yīng)相對(duì)于電極211和 212的反電荷，它們導(dǎo)致固定力，固定力使刻度尺1頂壓在載體2 上。由于圖示的原因，電荷+和-只示意地在電極11,211,212旁邊 表示。產(chǎn)生的壓緊力p能夠通過(guò)下式計(jì)算
其中，co:真空介電常數(shù)(=8.854 * 10—12F/m);
eR:刻度尺1電介質(zhì)12與載體2電介質(zhì)22組合的相對(duì)介電常
數(shù)；
U:施加的電壓；
d:兩個(gè)電介質(zhì)12和22在刻度尺1和載體2上的總厚； a:在刻度尺1與載體2之間的空氣路徑(如果存在)； 如果空氣路徑a = 0，對(duì)于5bar壓緊壓和化相對(duì)介電常數(shù)10 需要電壓U = 34V/pm.d。有利的電介質(zhì)是Si3N4,Ta205,Y203,Al203 或A1N。它們具有高的介電常數(shù)SR和高度擊穿強(qiáng)度。
對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)sR = 28和擊穿強(qiáng)度直到450V/^rn的Ta205 對(duì)于d-2pm的層厚只需要U-24V，以達(dá)到5bar的壓緊壓。在此 產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)在電介質(zhì)擊穿強(qiáng)度以下。
對(duì)于形成電極的金屬層11和211,212的典型厚度位于20nm至 2pm之間，對(duì)于電介質(zhì)12和22的厚度位于50nm至400(im。作為 金屬層11和211,212的材料低應(yīng)力的金屬如鋁是有利的。對(duì)于電 極也可以使用透光和導(dǎo)電的層"TCO"(thin conductive layer)如 ITO,ZnO或SnO。有利的是，光束能夠穿過(guò)透明的刻度尺1和透明 的載體2，這例如在使用平版印刷裝置時(shí)是有利的。
在第 一 實(shí)施例中相互接觸的刻度尺1和載體2的接觸面分別由 電介質(zhì)12和22構(gòu)成。這些4妄觸面大面積地至少盡可能地在刻度尺 1的整個(gè)伸展上構(gòu)成?？潭瘸?與載體2接觸的表面(接觸面)也可以以有利的方式這 樣構(gòu)成，不是使刻度尺1與載體2的整個(gè)面對(duì)的表面(裝配面)相互 4妄觸。在此在刻度尺1和/或載體2上構(gòu)成相互間隔的凸起23,它 們形成接觸面。其優(yōu)點(diǎn)是，在刻度尺1與載體2拼接到一起時(shí)使中 間空間的空氣通過(guò)凸起23之間的通道24向外逸出。這種擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 在圖3至圖9，圖U，12,15,16和18中示出。
對(duì)于在圖3中所示的第二實(shí)施例使載體2的電介質(zhì)22形成結(jié) 構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中交替地構(gòu)成凸起23和凹下24。由此^f吏接觸面與裝配 面相比減小并且在裝配面上分成許多小的小面。由此一方面實(shí)現(xiàn)幾 乎相同的固定力分布，另一方面使在接觸面部位中出現(xiàn)灰塵顆粒和 使刻度尺1彎曲的危險(xiǎn)最小化。由此提高裝配面無(wú)塵性的要求。電 介質(zhì)22的結(jié)構(gòu)或者通過(guò)局部減小厚度或者通過(guò)完全去除實(shí)現(xiàn)。凸 起23和凹下24的形成結(jié)構(gòu)也可以以未示出的方式有選擇或附加地 在刻度尺1上實(shí)現(xiàn)，通過(guò)有選擇或附加地使刻度尺1的電介質(zhì)12 相應(yīng)i也形成結(jié)構(gòu)。
在位于凸起23與向外導(dǎo)引的通道24之間形成的交替設(shè)置的凸 起23也可以通過(guò)刻度尺1形成結(jié)構(gòu)的金屬層11和/或栽體2的金 屬層211,212實(shí)現(xiàn)。在此實(shí)現(xiàn)高度輪廓并且使電介質(zhì)12，22平面地 涂敷，如同圖4借助于載體2的金屬層211,212所示的那樣。通道 24最好連續(xù)地直到外部的環(huán)境部位敞開(kāi)，由此可以實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償 并且在需要時(shí)可以逸出夾雜的空氣。
在按照?qǐng)D5和6的實(shí)施例中凸起23作為接觸面敷設(shè)在長(zhǎng)形刻 度尺1的Bessd點(diǎn)部位。形成刻度尺1在Bessd點(diǎn)支承面的凸起 23保證刻度尺1由于重力引起的最小彎曲。電極211，212與Bessel 點(diǎn)并因此與支承面對(duì)稱(chēng)地設(shè)置，由此在支承面部位沒(méi)有派生的轉(zhuǎn)矩 作用于刻度尺l。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，載體2的平面度在各種情 況下對(duì)刻度尺1應(yīng)力和平面度的影響都可以忽略并因此不必再這 樣精確地加工。在實(shí)踐中能夠?qū)崿F(xiàn)具有這種刻度尺1和載體2布置的特別高精度的位置測(cè)量裝置。
在此載體2由基體26上的定位部件28組成。定位部件28可 以粘附、粘接、夾緊或螺栓連接在基體26上。在定位部件28與基 體26之間也可以設(shè)置固體鉸鏈，它們一方面不使螺栓連接力傳遞 到刻度尺1和/或另一方面允許盡可能無(wú)作用力地使刻度尺1相對(duì) 于基體26長(zhǎng)度伸展。
在圖7和8中示出具有固體鉸鏈的可能結(jié)構(gòu)。在圖7中示出定 位部件25的俯視圖，它具有設(shè)置在刻度尺1兩側(cè)的固體鉸鏈29。 該固體鉸鏈29是垂直于測(cè)量方向X延伸的材料短臂，它們?cè)试S定 位部件25相對(duì)于螺栓位置A在測(cè)量方向X上運(yùn)動(dòng)。螺栓位置A用 于使定位部件25位置固定地固定在圖5和6所示的基體26上。
圖8示出這個(gè)結(jié)構(gòu)的橫截面。安置在定位部件25上的電極 211,212連接在電壓U上并且與安置在刻度尺1上的電極11共同作 用。在電極2U與11以及212與11之間分別具有電介質(zhì)12。
圖9示出平面兩維伸展的刻度尺1的靜電夾緊，如同例如在兩 維測(cè)量的十字光柵測(cè)量?jī)x中常見(jiàn)的那樣。在此具有三個(gè)以120°錯(cuò)開(kāi) 的、對(duì)稱(chēng)設(shè)置的凸起23。這樣選擇與中心的徑向距離，盡管重力 也實(shí)現(xiàn)盡可能微小的傾斜角或盡可能高的平面度。在刻度尺1上的 電極11在這里要基本限制在載體2的電極面211,212上并且有利 i也雙4及i也構(gòu)成。
對(duì)于按照?qǐng)D10的實(shí)施例具有兩個(gè)相互獨(dú)立的電極對(duì)211,212 以及213,214，它們由兩個(gè)獨(dú)立的電源U1,U2供電。如果一個(gè)電源 供電失效，則仍然保持刻度尺l固定。當(dāng)然也可以具有多個(gè)電極對(duì) 和獨(dú)立的電源供電，用于提高安全性。如果以電池作為電源，這個(gè) 實(shí)施例是特別有利的。分別附屬于電源的電極結(jié)構(gòu)211,212以及 213,214要盡可能分布在裝配面上。
按照?qǐng)D11的實(shí)施例在很大程度上對(duì)應(yīng)于按照?qǐng)D3的數(shù)量，只 是具有附加的機(jī)械固定部件3,它們盡管在電源U失效時(shí)也可靠地固定刻度尺l。固定部件3有利地使刻度尺1固定在遠(yuǎn)離用于位置 測(cè)量的測(cè)量分度15位置。固定部件3可以是彈性部件3，它們嵌 入到在刻度尺1邊緣部位中銑削出來(lái)的凹袋里面。
在圖12中示出的實(shí)施例使頂壓固定方式與靜電夾緊相組合。 為此使刻度尺1的電介質(zhì)12與載體2電介質(zhì)22的對(duì)置外表面相互 粘附。如果電介質(zhì)12， 11的粗糙度不是足夠地小，必需使它們?cè)?覆層后(蒸鍍、濺射或離子工藝PECVD)再略微拋光。對(duì)于這個(gè)固定 無(wú)需多個(gè)電極對(duì)的冗余結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭偸谴嬖谧銐虻膲壕o力。在裝配 面的邊緣區(qū)靜電夾緊防止粘附剝落，因?yàn)殚L(zhǎng)范圍的靜電力對(duì)于不利 的局部接觸特性也保證足夠的壓緊力，對(duì)于不利的局部接觸特性短 范圍的范德瓦爾斯力已經(jīng)非常小或者甚至不再存在。有利地中斷接觸 面，由此在裝配期間不在接觸面中夾雜氣泡，或者使接觸面中尚存的 殘余空氣在短時(shí)間內(nèi)逸出。在此靜電夾緊的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于按照?qǐng)D3的實(shí) 施例。
在按照?qǐng)D13的實(shí)施例中上述示例的電介質(zhì)12,22通過(guò)薄的膜4實(shí) 現(xiàn)，它加入到刻度尺1與載體2之間。在這種情況下刻度尺1和載體 2只需配有簡(jiǎn)單的電極層11,211,212,這可以在蒸鍍步驟中實(shí)現(xiàn)。由 此可以明顯降低成本。作為膜4可以考慮例如由特富龍制成的塑料膜， 但是也可以是薄玻璃膜。薄膜厚度有利地為20-400(im。如果使用金 屬制成的刻度尺1,這種固定方式是特別有利的。它們可以沒(méi)有覆層 地使用，因?yàn)樗鼈儽旧硇纬呻姌O11。
在按照?qǐng)D14的實(shí)施例中在刻度尺1的電介質(zhì)12與載體2的外露 金屬層211,212之間加入油膜5。它由于其毛細(xì)力保持在非常薄的間 隙范圍內(nèi)。這個(gè)油膜5—方面防止在刻度尺1與載體2之間夾雜小的 空氣體積，在其中在高場(chǎng)強(qiáng)時(shí)也可能產(chǎn)生電暈放電。另一方面對(duì)于載 體2的不同熱膨脹或應(yīng)力使刻度尺1可以在油膜5上滑動(dòng)并由此保持 其長(zhǎng)度。這種裝配方式是特別有意義的，如果載體2具有強(qiáng)烈的熱膨 月長(zhǎng)(例如對(duì)于鋁材)而刻度尺1具有非常小的熱膨脹(例如對(duì)于Zerodur)在圖15和16中示出平面刻度尺l(尤其是十字光柵板)的有利 的動(dòng)態(tài)三點(diǎn)裝配，該刻度尺懸掛地固定在載體2上。圖15示出電 極211,212在載體2上的空間布置的俯視圖，圖16示出兩個(gè)定位 點(diǎn)部位與刻度尺1的橫截面。該刻度尺1仍然具有電極11并且在 載體2上設(shè)置帶電的電極2U和212?？潭瘸?只在三個(gè)平面分布 設(shè)置的凸起23上頂靠在載體2上。凸起23由載體2電介質(zhì)22的 點(diǎn)狀設(shè)置的部位構(gòu)成。在刻度尺1只在三個(gè)點(diǎn)上固定時(shí)刻度尺由于 重力變形。這種變形可以通過(guò)相應(yīng)的壓緊力補(bǔ)償，它通過(guò)靜電夾緊 產(chǎn)生并且它準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)并反作用于重力，但是它必需明確地小于接 觸面部位中的壓緊力。為此在三個(gè)凸起23部位設(shè)置比凸起23以外 的其余部位更大面積的電極211,212。目的是實(shí)現(xiàn)刻度尺1的高度 平面性并由此也實(shí)現(xiàn)高精度。在凸起23以外并因此在接觸面以外 的更小壓緊力可以以筒單的方式通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，它具有窄的 但是寬間隔的電極面211,212。在接觸位置區(qū)域，還必須使利用電 極211,212的表面覆層相對(duì)其較高。也可以選擇使凸起23(接觸面)
和其余的裝配面分別以?xún)蓚€(gè)獨(dú)立的電極對(duì)進(jìn)行覆層并且以分開(kāi)的 電源供電。因此通過(guò)簡(jiǎn)單地選擇電壓能夠根據(jù)位置而改變固定力并 由此使刻度尺1的變形最小。
對(duì)于在圖17中所示的實(shí)施例電極只需在刻度尺1上或者選擇 只需在載體2上。在載體2上具有電極對(duì)211，212的多重布置，它 們分別成對(duì)地相互連接。這種布置和由此得到的效果例如在US 5 838,529中描述，請(qǐng)參閱該文獻(xiàn)。電極結(jié)構(gòu)必需具有l(wèi)pm至500jam 的小橫向間距，用于產(chǎn)生盡可能非均質(zhì)的電場(chǎng)?？潭瘸?的襯底 19在這個(gè)實(shí)施例中由幾乎絕緣的材料制成，但是它具有一定組分 的活動(dòng)電荷?；顒?dòng)電荷例如可以是離子(例如Na + )或離子化的晶格 缺陷，它們?cè)试S電荷從晶格缺陷到晶格缺陷的躍變。適合的材料例 如是含鈉的玻璃和Zerodur。通過(guò)由載體2的電極211,212引起的 電場(chǎng)使活動(dòng)電荷移動(dòng)到刻度尺1里面，由此在靠近載體2邊界面產(chǎn)生充電。在此充電與相鄰電極上的電荷相反。由于這種電位差產(chǎn)生 牽引力，它在實(shí)踐中可以達(dá)到極其高的數(shù)值。這種實(shí)施例的費(fèi)用是 非常微少的。而且這個(gè)實(shí)施例還有另一優(yōu)點(diǎn)，如果電源失效，則仍 然在刻度尺l中保持充電并且非常緩慢地衰減。完全可以實(shí)現(xiàn)數(shù)天 的衰減時(shí)間。牽引力也相應(yīng)緩慢地衰減。由此得到短時(shí)間斷電的附 加保護(hù)。
緩慢衰減固定力的這種效應(yīng)原則上也可以附加地用于所有上
述的實(shí)施例，如果使用電介質(zhì)12或22或4，它們具有活動(dòng)電荷。 壓緊力也大多明顯更高，因?yàn)橄喾措姾芍g的間距更小(Johnson Rahbeck效應(yīng))。這個(gè)效應(yīng)正好用于固定刻度尺1 ，對(duì)于高精度光電 位置測(cè)量是有利的，因?yàn)樵谶@里刻度尺1由玻璃陶瓷、尤其是 Zerodur制成。
但是上述Johnson Rahbeck效應(yīng)也可能導(dǎo)致不確定的壓緊力， 如果活動(dòng)電荷密度或其運(yùn)動(dòng)性不均勻地分布。壓緊力的緩慢增加由 于微小的活動(dòng)性與不好的平面刻度尺1或載體2相結(jié)合導(dǎo)致在刻度 尺1中不同的應(yīng)力。在這些情況下有利的是，抑制Johnson Rahbeck 效應(yīng)。在圖18中示出對(duì)此的實(shí)施例?？潭瘸?在底面上以平面電 極11、例如金屬層11覆層。載體2支承電極對(duì)211,212，它以電 介質(zhì)22覆蓋，并且它為了形成構(gòu)成接觸位置的凸起23較厚地構(gòu)成。 在凸起23之間的部位形成通道24。在電介質(zhì)22的凸起23上分別 涂敷導(dǎo)電層、例如金屬層，它與刻度尺1電極U處于電接觸。電 介質(zhì)22不再與對(duì)置的刻度尺1電極11直接接觸。由此明顯削弱活 動(dòng)電荷在電介質(zhì)22中的影響。壓緊力只在接觸面以外、即凸起23 以外的部位中產(chǎn)生。
在所有的實(shí)施例中可以這樣選擇刻度尺1的層結(jié)構(gòu)，即，使得 可以補(bǔ)償在層中引起的機(jī)械應(yīng)力。為此使層材料與層厚這樣協(xié)調(diào)， 使在這些層中引起的機(jī)械應(yīng)力相互補(bǔ)償。也可以選擇使層(電極和/ 或電介質(zhì))具有微細(xì)結(jié)構(gòu)。如果刻度尺1的測(cè)量分度15是不導(dǎo)電襯底(玻璃或玻璃陶資)
上的導(dǎo)電材料，則可以使這個(gè)測(cè)量分度15同時(shí)也形成刻度尺1的 電極11。在此形成電極11的測(cè)量分度15可以設(shè)置在面對(duì)或背離 載體2的村底19上并且由連續(xù)的或不連續(xù)的層、尤其是反射層組成。
以未示出的方式可以使對(duì)于靜電夾緊必需的刻度尺1的所有 結(jié)構(gòu)元件與載體2的結(jié)構(gòu)元件交換。
如上所述，對(duì)于多維的位置測(cè)量使用多個(gè)具有兩維測(cè)量分度 15、尤其是具有十字的測(cè)量分度、也稱(chēng)為十字光柵的刻度尺1。在 此必需使相對(duì)較大規(guī)格的刻度尺l(約40cm x 40cm)固定在載體2 的一個(gè)面上。尤其對(duì)于平版印刷儀可以有利地使用本發(fā)明，其中使 刻度尺1固定在其上的載體2由膨脹系數(shù)幾乎為零的玻璃陶瓷(例 如Zerodur)制成。在US 2004/0263846 Al中解釋了這種具有兩維測(cè) 量分度刻度尺的設(shè)備，請(qǐng)參閱該文獻(xiàn)。
在此可以要求，使多個(gè)刻度尺1相互間兩維地鑲嵌式地固定在 例如lmx2m的設(shè)備面2上，用于覆蓋所需的約lmx2m的測(cè)量范 圍。尤其具有可光電掃描測(cè)量分度15的刻度尺1以所需的精度只 以約40cmx40cm的尺寸相對(duì)不復(fù)雜地以所需的質(zhì)量加工。每個(gè)刻 度尺1與兩維的測(cè)量分度15、也稱(chēng)為十字光柵按照本發(fā)明可以固 定在作為載體的設(shè)備部件2上。
在載體2上靜電夾緊刻度尺1的主要優(yōu)點(diǎn)是力行程特別短并 且只包括在刻度尺1的金屬層11與載體2的金屬層211,212之間 的部位。因此它局限在電介質(zhì)12,22的體積上。因此刻度尺1和載 體2保持幾乎完全沒(méi)有應(yīng)力。在刻度尺1中的殘余應(yīng)力在實(shí)踐中只 有當(dāng)接觸面不是平面的時(shí)候才出現(xiàn)。平面性的技術(shù)要求必需相應(yīng)地 滿(mǎn)足要求。
壓緊力均勻地分布在接觸面上。盡管在接觸面之間夾雜小的灰 塵顆粒，壓緊力幾乎不受其影響，因?yàn)殚g距關(guān)系只以1/(12下降。而粘附的范德瓦爾斯力以1/W下降并且只局限于分子間距。因此粘附 的壓緊力在實(shí)踐中是非常不均勻的并且不確定的。如果壓緊力不均 勻地分布并且刻度尺和載體不同地?zé)崤蛎洠赡軐?dǎo)致刻度尺與載體 之間的局部偏移，這在高精度應(yīng)用中是不能接受的。
靜電連接是可解除的，在需要時(shí)可以更換有缺陷的刻度尺1。
靜電連接的強(qiáng)度在適當(dāng)?shù)剡x擇電介質(zhì)12和22、其厚度和擊穿強(qiáng)度 以及施加的電壓U時(shí)可以超過(guò)粘附的強(qiáng)度。
通過(guò)特別短的力行程對(duì)于相應(yīng)平面的接觸面使刻度尺1的變 形極其微小。由此實(shí)現(xiàn)高的防漂移性和精度。
如果出現(xiàn)刻度尺1與載體2的不同熱膨脹，在溫度變化時(shí)可能 產(chǎn)生刻度尺1應(yīng)力，它導(dǎo)致測(cè)量誤差。在實(shí)踐中這一點(diǎn)例如在由 Zerodur制成的刻度尺1和高熱膨脹的例如由鋁材制成的載體2中 產(chǎn)生。通過(guò)短時(shí)間斷開(kāi)電壓U可以解除壓緊力(夾緊力，固定力)， 由此再補(bǔ)償刻度尺1的應(yīng)力。又得到全部測(cè)量精度。在短時(shí)間斷開(kāi) 電壓之間的時(shí)間間隔可以調(diào)整到對(duì)于重要的溫度變化的典型時(shí)間 間隔。整個(gè)過(guò)程可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式電動(dòng)地沒(méi)有手動(dòng)千涉地控制。
在其上刻度尺1與載體2接觸的表面和用于力導(dǎo)入的表面(刻 度尺1的對(duì)置且搭接的電極11和載體2的電極211，212)可以在兩 側(cè)形成結(jié)構(gòu)并且不必與在粘附時(shí)那樣與整個(gè)面對(duì)的刻度尺和載體 表面(裝配面)一致。
與粘附相反，刻度尺1和/或載體2在裝配面或接觸面部位并 不拋光，這可以明顯降低費(fèi)用。在各個(gè)具有只微少接觸面的實(shí)施例、 尤其是對(duì)于三點(diǎn)定位(動(dòng)態(tài)裝配)還省去對(duì)于裝配面平面度的要求。 這一點(diǎn)也可以明顯降J氐加工成本。
權(quán)利要求
1. 一種用于使具有測(cè)量分度(15)的刻度尺(1)保持在載體(2)上的方法，其特征在于，所述刻度尺(1)通過(guò)靜電夾緊保持在載體(2)上。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，通過(guò)施加電壓(U) 在刻度尺(l)的電極之間或在載體(2)的電極(211，212,213，214)之間 構(gòu)成刻度尺(1)與載體(2)之間的電位差，該電位差產(chǎn)生保持力。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)在所述刻度刻度尺(l)與載體(2)之間的電位差，該電位差產(chǎn)生保持力。
4. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 刻度尺(1)通過(guò)其它保持方法而附加地保持在載體(2)上。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它保持方 法是機(jī)械夾緊。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它保持方 法是粘附。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 靜電夾緊的保持力根據(jù)位置而變化。
8. —種裝置，其具有載體(2)且具有帶測(cè)量分度(15)的刻度尺 (1),其特征在于，所述刻度尺(l)可以通過(guò)靜電夾緊保持在所述載 體(2)上。
9. 如權(quán)利要求8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述刻 度尺(1)具有第一電極(212)并且所述載體(2)具有第二電極(211),并 且可以在這兩個(gè)電極(211,212)之間施加一個(gè)電壓(U)，其中這樣詔: 置并構(gòu)成第一電極(212)和第二電極(211)，即，使得在施加電壓(U) 時(shí)在第一電極(212)與第二電極(211)之間構(gòu)成電位差，該電位差產(chǎn) 生保持力。
10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述刻度尺(l) 或所述載體(2)之一具有第一電極(212)并且具有第二電極(211)，并 且可以在這兩個(gè)電極(211 ，212)之間施加 一個(gè)電壓(U)，其中這樣構(gòu) 成所述刻度尺(1)或所述載體(2)中的另一元件，即，使得在施加電 壓(U)時(shí)分別在第一電極(212)與該另 一元件之間以及在第二電極 (211)與該另一元件之間構(gòu)成電位差，該電位差產(chǎn)生保持力。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述刻度尺(l) 或載體(2)中的所述另一元件具有第三電極(11),其中這樣構(gòu)成并設(shè) 置電極(211,212，11)，即，使得在第一電極(212)與第二電極(211)之 間施加電壓(U)時(shí)分別構(gòu)成第 一 電極(212)與第三電極(11 )之間以及 第二電極(211)與第三電極(11)之間的電位差，該電位差產(chǎn)生保持 力。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，所述載體 (2)具有第一電極(212)以及第二電極(211)。
13. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述載體(2)具 有第一電極(212)以及第二電極(211),并且所述刻度尺(l)具有第三 電極(ll)。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第三電極 (11)是刻度尺(1)的不導(dǎo)電村底(19)的導(dǎo)電層。
15. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在刻(12,22,4)。
16. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 刻度尺(1)具有由玻璃或玻璃陶瓷制成的不導(dǎo)電的村底(19)。
17. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在多
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述凸起(23) 設(shè)置在刻度尺(l)的Bessel點(diǎn)里面。
19. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述凸起(23) 形成刻度尺(1)與載體(2)之間的動(dòng)態(tài)三點(diǎn)支承。
20. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述凸起兩維 分布地設(shè)置在刻度尺(1)與載體(2)之間的平面里面，并且在所述凸 起(23)之間構(gòu)成通道(24),所述通道(24)向外導(dǎo)引，用于與環(huán)境連接。
21. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在所 述刻度尺(1)與所述載體(2)之間設(shè)置液體膜(5)。
22. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 液體膜(5)是油膜。
23. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，通過(guò) 使利用電極(ll,211,212)的表面覆層根據(jù)位置而變化并/或使電極 (211,212)上的電壓(U)根據(jù)位置而不同，而使所述保持力根據(jù)位置 而變化。
全文摘要
按照本發(fā)明使具有測(cè)量分度(15)的刻度尺(1)通過(guò)靜電夾緊可靠且可拆下地固定在載體(2)上。
文檔編號(hào)G01D5/347GK101416031SQ200780012489
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者P·斯帕克哈徹, W·霍爾扎佩爾 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司