ES2636887T3 - Dispositivo de medición de la posición - Google Patents

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ES2636887T3 ES13193458.0T ES13193458T ES2636887T3 ES 2636887 T3 ES2636887 T3 ES 2636887T3 ES 13193458 T ES13193458 T ES 13193458T ES 2636887 T3 ES2636887 T3 ES 2636887T3
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Michael Hermann
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Abstract

Dispositivo de medición de la posición con - un objeto de forma cilíndrica (2; 20; 120; 220; 420; 520) con una división de medición de la reflexión (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) circunferencial en forma de anillo, que está dispuesta de forma giratoria alrededor del eje longitudinal del objeto (A), y - una unidad de exploración (1; 10; 110; 410a, 410b, 510) estacionaria frente al objeto (2; 20; 120; 220; 420; 520) dispuesto de forma giratoria para la exploración óptica de la división de medición de la reflexión (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) con una fuente de luz (11; 111; 211; 511), una rejilla de emisión (13; 113; 213; 513) y un detector (112; 212; 512), en la que los haces de rayos emitidos por la fuente de luz (11; 111; 211; 511) atraviesan la rejilla de emisión (13; 113; 213; 513), luego impulsan la división de medición de la reflexión (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) y se realiza por ésta una retro-reflexión en la dirección del detector (112; 212; 512), sobre el que se pueden generar señales de posición dependientes de la rotación y - porque la distancia normal (v) ópticamente efectiva entre el detector (112; 212; 512) y la división de medición de la reflexión (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) en función del radio (R) del objeto (2; 20; 120; 220; 420; 520) de forma cilíndrica es mayor o menor que la distancia normal (u) ópticamente efectiva entre la rejilla de emisión (13; 113; 213; 513) y la división de medición de la reflexión (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) y - porque la distancia normal (ε) entre la rejilla de emisión (13; 113; 213; 513) y el detector (112; 212; 312; 512) más una tolerancia de +/- 20 % es**Fórmula** con ε :>= Distancia normal entre rejilla de emisión y detector u :>= Distancia normal ópticamente efectiva desde la rejilla de emisión hasta la división de medición de la reflexión R :>= Radio del objeto de forma cilíndrica, en el que R > 0 para una exploración exterior y R < 0 para una exploración interior.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de medicion de la posicion
La presente invencion se refiere a un dispositivo de medicion de la posicion con un objeto de forma cilmdrica con una division de medicion de la reflexion circunferencial en forma de anillo, que esta dispuesta de forma giratoria alrededor del eje longitudinal del objeto, y con una unidad de exploracion estacionaria frente al objeto dispuesto de forma giratoria para la exploracion optica de la division de medicion de la reflexion.
Un dispositivo de medicion de la posicion del tipo indicado al principio se conoce a partir del documento EP 1 795 872 A1. La figura 1 de esta publicacion muestra un dispositivo de medicion de la posicion, que presenta, por una parte, un objeto de forma cilmdrica con una division de medicion de la reflexion circunferencial en forma de anillo, en el que el objeto esta dispuesto de forma giratoria alrededor del eje longitudinal del objeto. Por otra parte, esta prevista una unidad de exploracion estacionaria con respecto al objeto dispuesto de forma giratoria para la exploracion optica de la division de medicion de la reflexion. Unidades de exploracion adecuadas para un dispositivo de este tipo se representan, por ejemplo, en las figuras 2B y 2C y comprenden, respectivamente, una fuente de luz, una rejilla de emision y un detector. Los haces de rayos emitidos por la fuente de luz atraviesan la rejilla de emision e impulsan entonces la division de medicion de la reflexion. Allf se realiza una retro-reflexion en la direccion de un detector, sobre el que se pueden generar senales de posicion dependientes de la rotacion en el caso de un movimiento relativo de la division de medicion de la reflexion y la unidad de exploracion.
El principio de exploracion optica utilizado en una instalacion de medicion de la posicion de este tipo se describe en detalle en la publicacion de R.M. Pettigrew con el tttulo "Analysis of Grating Images and its Application to Displacement Metrology" en SPIE Vol. 136, 1er European Congress on Optics Applied to Metrology (1977), Paginas. 325 - 332. A continuacion se explica brevemente este principio de exploracion conocido.
En este caso, se ilustra una rejilla de emision a traves de una fuente de luz adecuada, por ejemplo un LED. Cada trazo de la rejilla de emision emite en cada caso una cilmdrica sobre la incorporacion de medicion, que se encuentra a la distancia u detras de la rejilla de emision. En la trayectoria de los rayos aparecen a distancias v unas imagenes propias ampliadas de la incorporacion de medicion a traves de cada una de estas ondas cilmdricas. La periodicidad do de las imagenes propias resulta en un plano de deteccion de la siguiente manera:
imagen1
do := Periodicidad de las imagenes propias de la incorporacion de medicion en un plano de deteccion en el detector
dM := Periodicidad de la incorporacion de medicion
u := Distancia entre la rejilla de emision entre la rejilla de emision y la incorporacion de medicion v := Distancia entre la incorporacion de medicion y el plano de deteccion.
A traves de la seleccion adecuada de la periodicidad ds de la rejilla de emision segun la Ecuacion 2 siguiente se consigue que las imagenes propias se anadan de manera constructiva incoherente en el detector.
imagen2
ds := Periodicidad de la rejilla de emision
dM := Periodicidad de la incorporacion de medicion
u := Distancia entre la rejilla de emision entre la rejilla de emision y la incorporacion de medicion v := Distancia entre la incorporacion de medicion y el plano de deteccion.
En el caso de un movimiento de la incorporacion de medicion frente a los otros componentes, la imagen propia de la incorporacion de medicion se mueve en el plano de deteccion. Si se configura el detector, por decirlo asf, como foto detector estructurado, cuya periodicidad corresponde a la de la copia de la incorporacion de medicion, entonces se pueden generar senales de posicion dependientes del desplazamiento en forma de senales incrementales desfasadas. Para el contraste optimo de las imagenes propias de la incorporacion de medicion se ha revelado, ademas, que es favorable que se mantenga todavfa adicionalmente la siguiente condicion, que se conoce tambien, por decirlo asf, como condicion de Talbot:
A
nd^j
- + - (GI.3)
U V
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dM := Periodicidad de la incorporacion de medicion
u := Distancia entre la rejilla de emision entre la rejilla de emision y la incorporacion de medicion v := Distancia entre la incorporacion de medicion y el plano de deteccion. n:= 1,2, 3.....
Este principio de exploracion se puede aplicar de una manera especialmente ventajosa en sistemas de luz incidente, en los que la incorporacion de medicion esta configurada como division de medicion de la reflexion y en los que la rejilla de emision y el detector estan dispuestos en un plano comun. En este caso se aplica:
imagen3
u:= distancia entre la rejilla de emision y la incorporacion de medicion v:= distancia entre la incorporacion de medicion y el plano de deteccion
A partir de la ecuacion 1 se deduce que en el caso de una modificacion de la distancia de exploracion, es decir, en el caso de un sistema de luz incidente, la distancia u o bien v, la periodicidad do de las imagenes propias de la incorporacion de medicion no se modifica y, por consiguiente, no se producen irrupciones de grados de modulacion en las senales de modulacion.
Estas reflexiones de aplican, en principio, solo para incorporaciones de medicion planas. Si debe emplearse el principio de exploracion explicado en dispositivos de medicion de la posicion con incorporaciones de medicion curvadas, como por ejemplo, divisiones de medicion de la reflexion circunferenciales en forma de anillo, entonces no se garantiza a priori que no se modifique la periodicidad do de las imagenes propias de la incorporacion de medicion, es decir, la periodicidad del patron de franjas en el plano de deteccion, en el cado de una modificacion de la distancia de exploracion. En el documento EP 1 795 872 A1 mencionado al principio no se encuentran instrucciones sobre como se puede garantizar tal independencia de los periodos del patron de franjas en el plano de deteccion de la distancia de exploracion en tales dispositivos de medicion de la posicion.
Se conoce a partir del documento US 2007/187581 A1 un dispositivo de medicion de la posicion optica, en el que entre la fuente de luz y el detector se extienden tres rejillas; la primer ay la tercera rejillas estan configuradas entre caso como rejillas de amplitud, la segunda rejilla esta configurada como rejilla de fases. Ademas de disposiciones para la deteccion de movimientos lineales, se proponen tambien disposiciones rotatorias.
El documento WO 2007/129022 A1 publica un dispositivo rotatorio de medicion de la posicion optica, en el que se explora una incorporacion de medicion radial. Sobre lados de la unidad de exploracion se configura sobre la disposicion de una zona emisora de luz y de una zona sensible a la radiacion un plano, que esta dispuesto basculado frente al plano de incorporacion de la medicion.
En el documento EP 2 570 780 A2 se describe como se puede asegurar en un dispositivo rotatorio de medicion de la posicion optica a traves de la configuracion del disco parcial con medios opticos integrados allf que la fuente de luz se reproduce en una posicion, que cumple determinadas condiciones de la distancia.
Se conoce a partir del documento EP 1 760 435 A2, finalmente, un dispositivo de medicion de la posicion optica interferencial con una incorporacion de medicion reflexiva configurada en forma de tambor. El periodo de division de la incorporacion de medicion se selecciona de manera adecuada para adaptar la periodicidad del patron de franjas de interferencia resultante a la periodicidad del detector. La presente invencion se basa en el problema de crear un dispositivo de medicion de la posicion con una division de medicion de la reflexion circunferencial en forma de anillo, explorado opticamente, en el que el periodo del patron de las franjas en el plano de deteccion es independiente de la distancia de exploracion. El cometido se soluciona segun la invencion por medio de un dispositivo de medicion de la posicion con las caractensticas de la reivindicacion 1. Por lo demas, este cometido se soluciona por medio de un dispositivo de medicion de la posicion con las caractensticas de la reivindicacion 13. Las formas de realizacion ventajosas del dispositivo de medicion de la posicion segun la invencion se deducen a partir de las medidas en las reivindicaciones dependientes. El dispositivo de medicion de la posicion segun la invencion comprende un objeto de forma cilmdrica con una division de medicion de la reflexion circunferencial en forma de anillo, que esta dispuesta de forma giratoria alrededor del eje longitudinal del objeto. Ademas, el dispositivo de medicion de la posicion comprende una unidad de exploracion estacionaria frente al objeto dispuesto giratorio para la exploracion optica de la division de medicion de la reflexion con una fuente de luz, una rejilla de emision y un detector. En este caso, los haces de luz emitidos por la fuente de luz recorren la rejilla de emision, impulsan entonces la division de medicion de la reflexion, desde la que se realiza una retro-reflexion en la direccion del detector, sobre el que se pueden generar senales de posicion dependientes de la rotacion. La distancia normal opticamente efectiva entre el detector y la division de medicion de la reflexion es en funcion del radio del objeto de forma cilmdrica mayor o menor que la distancia normal opticamente efectiva entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion. De acuerdo con la invencion, la distancia normal entre la rejilla de emision y el detector mas una tolerancia de +/- 20 % es
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con
£ := Distancia normal entre rejilla de emision y detector
u := Distancia normal opticamente efectiva desde la rejilla de emision hasta la division de medicion de la reflexion
R := Radio del objeto de forma cilmdrica, en el que R > 0 para una exploracion exterior y R < 0 para una exploracion interior.
En forma de realizacion ventajosa esta previsto que con la excepcion de la rejilla de medicion no esten dispuestos otros elementos opticos entre la fuente de luz y la division de medicion de la reflexion
Es posible que la division de medicion de la reflexion este configurada como rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que poseen diferentes propiedades opticas, en la que la direccion de la extension longitudinal de las zonas de division esta orientada bajo 45° con respecto al eje longitudinal del objeto. En este caso, puede estar previsto que:
- la division de medicion de la reflexion comprenda otra rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que poseen diferentes propiedades opticas, en el que la direccion de la extension longitudinal de las zonas de division esta orientada perpendicularmente al eje longitudinal del objeto o bajo 45° con respecto al eje longitudinal del objeto y
- esta prevista una segunda unidad de exploracion para la exploracion optica de la otra rejilla,
- de manera que a traves de las unidades de exploracion se puede detectar segun la tecnica de medicion el movimiento de rotacion del objeto alrededor del eje longitudinal del objeto como tambien el movimiento de traslacion del objeto a lo largo del eje longitudinal del objeto.
La division de medicion de la reflexion puede estar configurada o bien como rejilla de amplitud o como rejilla de fases.
Es posible que la distancia radial de la unidad de exploracion desde el eje longitudinal del objeto sea seleccionado mayor que el radio del objeto de forma cilmdrica.
De manera alternativa, la distancia radial de la unidad de exploracion desde el eje longitudinal del objeto sea seleccionado menor que el radio del objeto de forma cilmdrica.
En una forma de realizacion posible, la fuente de luz esta configurada como fuente de luz dilatada en el espacio.
De manera alternativa, puede estar previsto que en lugar de la fuente de luz con rejilla de emision antepuesta este dispuesta una fuente de luz puntual en la unidad de exploracion y que la distancia normal opticamente efectiva entre el detector y la division de medicion de la reflexion
- en el caso de una exploracion exterior sea mayor que la distancia normal opticamente efectiva entre la zona de emision de la fuente de luz puntual y la division de medicion de la reflexion o
- en el caso de una exploracion interior sea menor que la distancia normal opticamente efectiva entre la zona de emision de la fuente de luz puntual y la division de medicion de la reflexion.
Ademas, es posible que la rejilla de emision este dispuesta sobre un sustrato transparente en forma de plaquitas, que se encuentra de la misma manera en la trayectoria de los rayos de exploracion entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion asf como entre la division de medicion de la reflexion (21) y el detector, en el que las distancias normales ffsicas resultan de la siguiente manera a partir de las distancias normales opticamente efectivas
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u := Distancia normal opticamente efectiva desde la rejilla de emision hasta la division de medicion de la reflexion
u' := Distancia normal ffsica desde la rejilla de emision hasta la division de medicion de la reflexion v := Distancia normal opticamente efectiva desde la division de medicion de la reflexion hasta el plano de deteccion D
v' := Distancia normal ffsica desde la division de medicion de la reflexion hasta el plano de deteccion D ns := fndice de refraccion del sustrato
ts := Espesor del sustrato entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion to := Espesor del sustrato entre la division de medicion de la reflexion y el plano de deteccion.
Por lo demas, puede estar previsto que la rejilla de medicion este dispuesta sobre el lado de un sustrato transparente en forma de plaquitas, que esta dirigido hacia la posicion de medicion de la reflexion, en el que la distancia normal ffsica resulta a partir de la distancia normal opticamente efectiva de la siguiente manera
imagen6
con
v := Distancia normal opticamente efectiva desde la posicion de medicion por reflexion hasta el plano de deteccion D
v' := Distancia normal ffsica desde la desde la posicion de medicion por reflexion hasta el plano de deteccion D
ns := fndice de refraccion del sustrato
tp := Espesor del sustrato entre la division de medicion de la reflexion y el plano de deteccion.
Con preferencia, la posicion opticamente efectiva de la rejilla de emision esta mas cerca del eje longitudinal del objeto que la posicion opticamente efectiva del detector, en el que la posicion opticamente efectiva de la rejilla de emision esta determinada por la distancia normal opticamente efectiva entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion y la posicion opticamente efectiva del detector a traves de la distancia normal opticamente efectiva entre el detector y la division de medicion de la reflexion
Como ventaja decisiva del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion resulta ahora una independencia del periodo de patron de franjas en el plano de deteccion de la distancia de exploracion. Tambien en el caso de eventuales oscilaciones de la distancia de exploracion, la periodicidad del patron de franjas generado en el plano de deteccion permanece inalterada. Puesto que el periodo del patron de franjas se ajusta de esta manera siempre a la periodicidad del detector, las senales de exploracion se mantienen estables tambien en el caso de oscilaciones de la distancia de exploracion. A traves de las tolerancias de montaje correspondientemente grandes, este dispositivo de medicion de la posicion es facil de montar.
Otros detalles y ventajas de la presente invencion se explican con la ayuda de la descripcion siguiente de ejemplos de realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion en conexion con las figuras. En este caso:
La figura 1a muestra una vista espacial muy simplificada de una primera forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 1b muestra una representacion parcial ampliada de la figura 1a para la explicacion de la imagen de la rejilla de emision en el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 2 muestra una representacion esquematica de un segundo ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 3 muestra una representacion esquematica de un tercer ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 4 muestra una representacion esquematica de un cuarto ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 5 muestra una representacion esquematica de un quinto ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 6 muestra una representacion esquematica de un sexto ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
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La figura 7 muestra una representacion esquematica de un septimo ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 1a muestra una vista espacial muy simplificada de una primera forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion. Este comprende, por una parte, un objeto 2 de forma cilmdrica, que esta dispuesto de forma giratoria alrededor del eje longitudinal A del objeto. En el objeto 2 esta prevista como incorporacion de medicion una division de medicion de la reflexion 2.1 circunferencial en forma de anillo. Estacionaria frente al objeto 2 dispuesto de forma giratoria 2 esta prevista, por otra parte, una unidad de exploracion 1, que sirve para la exploracion optica de la division de medicion de la reflexion 2.1 y, por lo tanto, para la generacion de senales de posicion dependientes de la rotacion. La unidad de exploracion 1 comprende diferentes componentes, que no se muestran en la figura 1a; a ellos pertenecen, entre otros, una fuente de luz, dado el caso una rejilla de emision asf como un detector.
En el objeto 1 se puede tratar, por ejemplo, de una parte de maquina rotatoria. En un control de maquinas - no representado - se transmiten desde el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion las senales de posicion generadas, que este utiliza, por ejemplo, para el posicionamiento del objeto 1.
La division de medicion de la reflexion 2.1 esta configurada en el presente ejemplo de realizacion como rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que se representan claras y oscuras en la figura 1a y que poseen diferentes propiedades opticas. La direccion de extension de la longitud de las zonas de division de la division de medicion de la reflexion 2.1 esta orientada, como se deduce a partir de la figura, paralelamente al eje longitudinal A del objeto. En el caso de una configuracion de la division de medicion de la reflexion 2.1 como rejilla de amplitud, las zonas de division representadas claras y oscuras poseen tal vez propiedades de reflexion diferentes. Pero tambien es posible configurar la division de medicion de la reflexion como rejilla de fases, en la que las diferentes zonas de division ejercen una accion de desfase diferente sobre el haz de rayos que incide en ellas.
Con respecto a la division de medicion de la reflexion 2.1, es posible que esta se disponga sobre un cuerpo de soporte, que se fija de manera adecuada entonces de nuevo ya en el objeto 2. Pero de manera alternativa a ello, la division de medicion de la reflexion 2.1 puede estar aplicada en el marco de la presente invencion tambien directamente sobre la superficie del objeto 2.
Para la explicacion adicional de las relaciones geometricas se remite ahora a la figura 1b, que muestra una vista en seccion ampliada del dispositivo de medicion de la posicion de la figura 1a con la division de medicion de la reflexion 2.1 dispuesta encima y la entrada de los rayos de reproduccion para un intersticio de rejilla de emision SG.
La superficie curvada del objeto 1 de forma cilmdrica actua en tal reproduccion como un espejo convexo, que presenta el punto focal f, con
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f := Punto focal de la superficie curvada de objeto R := Radio del objeto de forma cilmdrica
(Gl. 5)
Por medio de tal reproduccion se reproducen los intersticios de la rejilla de emision, de los que en la figura 1b solamente se muestra un unico intersticio de la rejilla de emision SG, de acuerdo con la siguiente ecuacion de reproduccion, en le imagen de la rejilla de emision SG':
1 _ 2 _
f R u ui
(Gl. 6)
f := Punto focal de la superficie curvada del objeto R := Radio del objeto de forma cilmdrica
u := Distancia normal opticamente efectiva de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
ui := Distancia normal opticamente efectiva de la imagen de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
Las ecuaciones 1 -4 explicadas al principio, que se pueden aplicar para tal principio de exploracion en conexion con una division de medicion de la reflexion plana, se pueden transferir, en principio, al presente sistema con una division de la medicion de la reflexion 2.1 curvada o bien en forma de tambor. Pero en este caso hay que e en cuenta que a traves de la curvatura de la division de medicion de la reflexion 2.1, la rejilla de emision se reproduce
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en una imagen virtual de la rejilla de emision SG', que se encuentra a una distancia normal Ui opticamente efectiva desde la division de medicion de la reflexion 2.1. Por lo tanto, en las ecuaciones 1-4 explicadas al principio la distancia u opticamente efectiva se sustituye por la distancia normal ui de la imagen de la rejilla de emision virtual SG'.
Para garantizar la independencia deseada del sistema de oscilaciones de la distancia de exploracion, en la reflexiones siguientes se parte de que la rejilla de emision y el detector estan dispuestos a distancias normales u, v opticamente efectivas, que se diferencian en el importe o bien en la distancia normal e, del vertice de la division de medicion de la reflexion en forma de anillo, es decir,
v = u + e (Gl. 7)
u := Distancia normal opticamente efectiva de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
v := Distancia normal opticamente efectiva de la division de medicion de la reflexion con respecto al plano de deteccion D
£ := Distancia normal de la rejilla de emision con respecto al detector
Se requiere ahora que una eventual modificacion de la distancia en primera aproximacion no conduzca a una modificacion del factor de amplificacion m. El factor de amplificacion m describe en este caso la relacion de la periodicidad do del detector o bien del patron de franjas detectado con respecto a la periodicidad dM de la division de medicion de la reflexion segun
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m := Factor de ampliacion do := Periodicidad del detector
dM := Periodicidad de la division de medicion de la reflexion El factor de amplificacion m resulta en este caso, por consiguiente, a partir de las distancias diferentes:
m = 1 + — (Gl. 9)
Ui v 7
m := Factor de amplificacion
v := Distancia normal opticamente efectiva de la division de medicion de la reflexion con respecto al plan de deteccion
ui := Distancia normal opticamente efectiva de la imagen de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
Si se introduce la ecuacion 9 en la ecuacion de reproduccion 6 anterior, resulta para el factor de amplificacion m en funcion de los diferentes parametros del sistema
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m(u) := Factor de amplificacion
u := Distancia normal opticamente efectiva de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
£ := Distancia normal de la rejilla de emision con respecto al detector R := Radio del objeto de forma cilmdrica
El factor de amplificacion m(u) es en este caso aproximadamente constante cuando la primera derivacion despues de u es cero. Este es el caso cuando la distancia normal e entre la rejilla de emision y el detector se selecciona de la siguiente manera:
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u := Distancia normal opticamente efectiva de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
£ := Distancia normal de la rejilla de emision con respecto al detector R := Radio del objeto de forma cilmdrica
Por lo tanto, si el detector o bien el plano de deteccion D se encuentra a la distancia normal e detras o bien a distancia del plano de la rejilla de emision, entonces en el caso de modificaciones de la distancia de exploracion, la modificacion del factor de amplificacion m es minima. En formas de realizacion posibles del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se puede seleccionar en este caso la distancia normal e segun la ecuacion 11 mas una tolerancia de +/- 20 %.
Cuando la division de medicion de la reflexion 2.1 esta configurada como rejilla de amplitud, aparecen en el detector dos patrones de franjas superpuestos de la misma periodicidad, que resultan a partir de la interferencia del orden de difraccion +1. y 0. o bien del orden de difraccion 0. y -1. de la division de medicion de la reflexion. En la publicacion citada anteriormente de R. M. Pettigrew, este caso se designa como “imagen geometrica”. Para que los dos patrones de franjas se superpongan en la misma fase y para que generen contraste maximo, debe cumplirse la condicion de Talbot de manera similar a la ecuacion 3, en la que de nuevo u se sustituye por ui y se aplican las ecuaciones 6, 7 y 11.
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En este caso, n debe ser un numero entero y debe ser mayor que cero.
En el caso de una realizacion concreta de un dispositivo de medicion de la posicion de este tipo, a menudo la periodicidad do del detector utilizado esta al comienzo de las consideraciones de dimensionado, puesto que para varios diametros del objeto R debe utilizarse, a ser posible, el detector identico. De esta manera, se pueden reducir los costes iniciales necesarios para la fabricacion de los detectores. La determinacion de los restantes parametros del sistema, especialmente de la periodicidad dM de la division de medicion de la reflexion asf como de la periodicidad ds de la rejilla de emision, se puede realizar como se explica a continuacion.
De esta manera, la ecuacion 12 a traves de la sustitucion de la periodicidad dM de la division de medicion de la reflexion con las ecuaciones 8, 10 y 11 proporciona la siguiente ecuacion 13:
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A:= Longitud de las ondas de luz
u := Distancia normal opticamente efectiva de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de la reflexion
v := Distancia normal opticamente efectiva de la division de medicion de la reflexion con respecto al plano de deteccion
dD := Periodicidad del detector R := Radio del objeto de forma cilmdrica n := 1, 2, 3......
Un calculo de puntos cero en la ecuacion 13 proporciona la distancia normal u opticamente efectiva, a partir de los cual con la ecuacion 11 se puede determinar la distancia normal e, con la ecuacion 7 se puede determinar la distancia normal v opticamente efectiva y con la ecuacion 8 se puede terminar la periodicidad dM de la division de medicion de la reflexion.
Por ultimo, debe calcularse todavfa la periodicidad dS de la rejilla de emision de la siguiente manera:
ds = ~dD (Gl. 14)
ds := Periodicidad de la rejilla de emision dD := Periodicidad del detector
u := Distancia normal opticamente efectiva de la rejilla de emision con respecto a la division de medicion de
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la reflexion
v := Distancia normal opticamente efectiva de la division de medicion de la reflexion con respecto al plano de deteccion
En una forma de realizacion posible del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion, estan previstos, por ejemplo, los siguientes parametros condicionados por el sistema:
R = 10 mm
do = 40 |im
X = 850 nm
N = 1
A partir de las ecuaciones anteriores se pueden calcular entonces los restantes parametros del sistema y resultan los siguientes:
u = 0,714 mm v = 0,816 mm
dM = 17,34 |im (3624 periodos de la senal / circunferencia) ds = 35,00 |im
Un segundo ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se representa de forma esquematica en la figura 2. Este comprende el objeto 20 giratorio alrededor del eje de rotacion o bien del eje longitudinal del objeto A con la division de medicion de la reflexion 21 dispuesta en la periferia exterior. La division de medicion de la reflexion 21 esta configurada como rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que poseen diferentes propiedades opticas. En este caso, en el marco de la presente invencion es posible configurar la division de medicion de la reflexion 21 como rejilla de amplitudes, en la que las zonas de division poseen diferentes propiedades de reflexion. Pero de manera alternativa, la division de medicion de la reflexion puede estar configurada tambien como rejilla de fases; las zonas de division poseen en este caso diferentes actuaciones de desfase sobre los haces de rayos incidentes. La direccion de la extension longitudinal de las zonas de division de la division de medicion de la reflexion 21 esta orientada paralela al eje longitud A del objeto.
Por lo demas, por parte del dispositivo de medicion de la posicion esta prevista una unidad de exploracion 10, en la que estan dispuestos una fuente de luz 11, una rejilla de emision 13 asf como un detector 12. La fuente de luz 11 esta configurada en el presente ejemplo de realizacion como fuente de luz dilatada en el espacio, por ejemplo como LED. Como rejilla de emision 13 funciona una rejilla de transmision con zonas de division transparentes y opacas dispuestas alternando, que esta dispuesta sobre un sustrato transparente 14 en forma de plaquitas. El detector 12 esta configurado como foto detector estructurado conocido, que comprende una pluralidad de foto diodos en el plano de deteccion, que estan interconectados por grupos.
Con la excepcion de la rejilla de emision 13, en el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion, no estan dispuestos otros elementos opticos entre la fuente de luz 11 y la division de medicion de la reflexion 21; por consiguiente, existe una exploracion de la division de medicion de la reflexion 21 con iluminacion divergente.
En el caso de la rotacion del objeto 20 alrededor del eje longitudinal A del objeto resulta en el plano de deteccion un patron de franjas modulado en funcion de la rotacion, que es detectado a traves del detector 12 y es convertido en varias senales de posicion desfasadas, o bien senales incrementales.
En este ejemplo de realizacion, la distancia radial de la unidad de exploracion 10 desde el eje longitudinal A del objeto se selecciona mayor que el radio del objeto 20 de forma cilmdrica, de manera que aqu existe una exploracion del objeto 20 de forma cilmdrica designada como exploracion exterior. La division de medicion de la reflexion 21 esta dispuesta en este caso sobre el lado exterior del objeto 20. En este caso, se selecciona el radio R segun R > 0.
Por lo tanto, ademas de las consideraciones anteriores, en el presente ejemplo de realizacion hay que tener en cuenta todavfa que la rejilla de emision 3 esta dispuesta sobre un sustrato transparente 14, en forma de plaquitas, que se encuentra de la misma manera en la trayectoria de los rayos de exploracion y, en concreto, en la trayectoria de los rayos de exploracion tanto entre la rejilla de emision 13 y la division de medicion de la reflexion 21 como tambien entre la division de medicion de la reflexion 21 y el plano de deteccion con el detector 12. Si la rejilla de
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emision 13 o bien el plano de deteccion segun las ecuaciones 6 - 3 anteriores se encuentra a la distancia normal u o bien v opticamente efectiva con respecto a la division de medicion de la reflexion 21, entonces en este caso las distancias normales u, v opticamente efectivas deben ser corregidas a los valores de las distancias reales u' o bien v', que se designan a continuacion como distancias normales ffsicas u', v'. Si el sustrajo 14 posee el mdice de refraccion ns y el espesor ts = tD, entonces se incrementan las distancias normales u, v opticamente efectivas en buena aproximacion de la siguiente manera sobre las distancias normales ffsicas u', v':
u' = u + (l-^)ts (Gl. 15.1)
v’ = v + (l ~^)tD (Gl. 15.2)
ts := Espesor del sustrato entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion tD := Espesor del sustrato entre la division de medicion de la reflexion y el plano de deteccion
En el ejemplo de realizacion representado del dispositivo de medicion de la posicion, como se deduce a partir de la figura 2, la distancia normal ffsica v' entre el detector 12 y la division de medicion de la reflexion 21 es mayor que la distancia normal ffsica u' entre la rejilla de emision 13 y la division de medicion de la reflexion 21. Las distancias normales ffsicas u' y v' se diferencian en este caso en la distancia normal g, que ha sido seleccionada de acuerdo con la ecuacion 11 anterior.
En el ejemplo de realizacion de la figura 2 con la exploracion exterior prevista alff de la division de medicion de la reflexion 21 y la division de emision sobre el lado alejado de la division de medicion de la reflexion 21, por ejemplo, los parametros espedficos del sustrato o bien los espesores del sustrato ts = tD y ns se predeterminan de la siguiente manera:
ts = tD = 0,5 mm
ns = 1,51 (BK7)
Con la ayuda de las ecuaciones 15.1, 15.2, 13, 11, 8 y 7 resulta entonces para las distancias normales ffsicas u' y v':
u' = 0,882 mm v' = 0,985 mm
Un tercer ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se representa en la figura 3; esta prevista de nuevo una exploracion exterior con R > 0. Esta variante se diferencia del ejemplo de realizacion anterior solamente porque la rejilla de emision 113 esta dispuesta en la unidad de exploracion 110 ahora sobre el lado del sustrato 114 en forma de plaquitas, que esta dirigido hacia la division de medicion de la reflexion 121. Los parametros espedficos del sustrato o bien los espesores del sustrato mencionados anteriormente son entonces ts = 0 y tD > 0, de manera que solo es necesaria todavfa la transformacion de la distancia normal v opticamente efectiva en la distancia normal ffsica v' segun la ecuacion 15.2. Con los parametros tD y ns espedficos del sustrato siguientes segun
tD = 0,15 mm ns = 1,51 (BK7)
resulta con la ayuda de las ecuaciones 15.2, 13, 11, 8 y 7 entonces para las distancias normales u y v'
u = 0,714 mm v' = 0,867 mm.
Por lo demas, esta variante corresponde al ejemplo de realizacion explicado anteriormente.
Un cuarto ejemplo de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se representa en la figura 4. El objeto 220 de forma cilmdrica no esta configurado ahora como tambor macizo como en los ejemplos de realizacion anteriores, sino que esta constituido solo de un anillo cilmdrico. Este esta dispuesto de manera giratoria alrededor del eje longitudinal A del objeto. En el lado interior del anillo cilmdrico esta dispuesta la
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division de medicion de la reflexion 221 y en el interior del anillo cilmdrico esta dispuesta la unidad de exploracion 210 con fuente de luz 211, rejilla de emision 213 y detector 212. Por lo tanto, en este ejemplo de realizacion existe una exploracion de la division de medicion de la reflexion 221 designada a continuacion como exploracion interior. Esto significa que la distancia radial de la unidad de exploracion 210 desde el eje longitudinal A del objeto se selecciona menor que el radio R del objeto 220 de forma cilmdrica. Las ecuaciones 5, 6 asf como 10-13 anteriores se pueden utilizar tambien en este caso, cuando para el radio R se emplea un valor negativo correspondiente, es decir, que para la exploracion interior se aplica R < 0. A partir de la ecuacion 11 resulta para la distancia e entre la rejilla de emision 213 y el detector 212 entonces de la misma manera un valor negativo. Esto significa que la rejilla de emision 213 esta mas alejada de la division de medicion de la reflexion 221 que el plano de deteccion, como se deduce a partir de la figura 4. Esta forma de realizacion es especialmente ventajosa cuando el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion debe montarse, por ejemplo, sobre el lado interior de un alojamiento.
Tanto en la exploracion exterior como tambien en la exploracion interior, en el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion esta previsto, por lo tanto, que la posicion opticamente efectiva de la rejilla de emision este dispuesta mas cerca del eje longitudinal A del objeto o bien del eje de rotacion del objeto que la posicion opticamente efectiva del detector o bien del plano de deteccion. La posicion opticamente efectiva de la rejilla de emision se determina en este caso a traves de la distancia normal u opticamente efectiva entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion; la posicion opticamente efectiva del detector se determina a traves de la distancia normal v opticamente efectiva entre el detector y la division de medicion de la reflexion.
Como se deduce, por lo demas, a partir de la figura 4, el sustrato en forma de plaquitas, sobre el que esta dispuesta la rejilla de emision 213, no se encuentra en la trayectoria de los rayos entre la rejilla de emision 213, la division de medicion de la reflexion 221 y el detector 212. Por lo tanto, en esta forma de realizacion no es necesaria una transformacion de las distancias normales u, v opticamente efectivas en distancias normales ffsicas u', v', es decir, que aqrn se aplica u = u' y v = v'.
En la figura 5 se representa de forma esquematica una quinta forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion. Aqrn esta prevista de nuevo una exploracion exterior de la division de medicion de la reflexion 321 dispuesta sobre el objeto 320 sobre la unidad de exploracion 310, es decir, que se aplica de nuevo R > 0. La unidad de exploracion 310 comprende en este caso, ademas del detector 312, solamente todavfa una fuente de luz 311. En lugar de las fuentes de luz dilatadas en el espacio previstas en cada caso anteriormente con rejilla de emision antepuesta, esta variante presenta como fuente de luz 311 una fuente de luz puntual adecuada, que suprime en este caso la rejilla de emision. La fuente de luz puntual seleccionada presenta una superficie de emision especialmente pequena, siendo adecuados, por ejemplo, diodos laser o, en cambio, LEDs con superficie de emision pequena correspondiente. Con preferencia, la dilatacion de la superficie de emision a lo largo de la direccion de medicion es menor o igual a la mitad de la periodicidad ds de la rejilla de emision segun la ecuacion 14. Hay que observar con respecto a la dilatacion de la superficie de emision de la fuente de luz puntual a lo largo de la direccion de medicion, ademas, que esta puede no corresponder posiblemente a la periodicidad ds de la rejilla de emision o a un multiplo de numero entero de la misma. Esta fuente de luz puntual actua, por lo tanto, como una rejilla de emision con un unico intersticio de emision.
Como se deduce a partir de la figura 5, en el caso de la exploracion exterior representada con R > 0, la distancia normal v opticamente efectiva entre el detector 312 y la division de medicion de la reflexion 321 se selecciona mayor que la distancia normal u opticamente efectiva entre la zona de emision de la fuente de luz puntual 311 y la division de medicion de la reflexion 321, a saber, en la distancia e, que ha sido determinada de acuerdo con las relaciones explicadas anteriormente.
En esta forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion segun la invencion se ha revelado que es ventajoso que no es necesaria una rejilla de emision.
Evidentemente, con una fuente de luz de forma puntual se puede realizar tambien una exploracion interior con R < 0, en la que la distancia normal opticamente efectiva entre el detector y la division de medicion de la reflexion es menor que la distancia normal opticamente efectiva entre la zona de emision de la fuente de luz puntual y la division de medicion de la reflexion.
Una sexta forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se muestra de forma esquematica en la figura 6. A diferencia de los ejemplos de realizacion anteriores, aqrn ahora la division de medicion de la reflexion 421 explorada esta configurada, en efecto, en forma de una llamada rejilla cruzada. Esta comprende adicionalmente a la primera rejilla de los ejemplos de realizacion descritos anteriormente otra rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que poseen diferentes propiedades opticas, de manera que la direccion de la extension longitudinal de las zonas parciales esta orientada perpendicularmente al eje longitudinal A del objeto. Ademas, esta prevista una segunda unidad de exploracion 410b para la exploracion optica de la otra rejilla, de manera que sobre las dos unidades de exploracion 410a, 410b se puede detectar segun la tecnica de
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medicion el movimiento de rotacion del objeto 420 alrededor del eje longitudinal A del objeto como tambien el movimiento de traslacion del objeto 420 a lo largo del eje longitudinal A del objeto.
Una septima forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se representa de forma esquematica en la figura 7. Una placa transparente 515 esta dispuesta aqu adicionalmente entre la rejilla de emision 513 y la division de medicion de la reflexion 521. Pero la placa transparente 515, en virtud de la dilatacion lateral limitada, no es recorrida por los haces de rayos, que se propagan desde la division de medicion de la reflexion 521 de retorno hacia el plano de deteccion. De esta manera resultan diferentes espesores del sustrato ts y to. Como particularidad de esta forma de realizacion resulta ahora que la rejilla de emision 513 y el plano de deteccion estan dispuestos, a traves de una seleccion adecuada de los espesores del sustrato ts y to, a la misma distancia normal ffsica u', v' con respecto a la division de medicion de la reflexion 521, aunque las distancias normales u, v opticamente efectivas correspondientes se diferencian en la distancia g. Por lo tanto, aqu se aplica
u‘ = v‘ (Gl. 16)
La ecuacion 17 proporciona junto con las ecuaciones 15.1 y 15.2 una condicion para los espesores del sustrato ts y to segun
ts~tD= ^ (v - u)
ns
Con las ecuaciones 7 y 11 resulta de ello
imagen13
(Gl. 17) (Gl. 18)
En el caso de utilizacion de una rejilla de amplitudes como division de medicion de la reflexion 521 debe establecerse la distancia normal u opticamente efectiva con la condicion adicional segun la ecuacion 13.
La septima forma de realizacion del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion puede ser especialmente ventajosa para una variante interferencial cuando - como se describe a continuacion - en el plano de deteccion son necesarias rejillas, que deben fabricarse sobre el mismo sustrato que la rejilla de emision. Se puede utilizar tambien de manera similar para una division de medicion de la reflexion, que se aplica sobre el lado interior de un anillo cilmdrico. En este caso, la placa transparente debe cubrir la dilatacion del detector - no reconocible en la figura -, pero no la de la rejilla de emision.
Como ya se ha indicado anteriormente, es posible configurar, en lugar de una division de medicion de la reflexion prevista como rejilla de amplitudes, una division de medicion de la reflexion como rejilla de fases. Si se selecciona la subida de las fases de la rejilla de fases igual a X/4, entonces la rejilla suministra, de manera similar a la rejilla de amplitudes, ordenes de difraccion nulas y primeras en reflexion, que contribuyen a la generacion de la senal. En las ecuaciones anteriores 3, 12 y 13 habna que seleccionar en este caso n como numero fraccionario, es decir, n = 0,5, 1,5, 2,5, ...
El dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se puede configurar, por lo tanto, tambien como sistema interferencial de alta resolucion con una periodicidad muy pequena de la division de medicion de la reflexion. En tal sistema interferencial, se selecciona la division de medicion de la reflexion como division de medicion de rejillas de fases con orden de difraccion nula suprimida. Los principios de tal exploracion se describen la publicacion citada anteriormente de R.M. Pettigrew como “imagen de difraccion”. La particularidad en esta exploracion es que se suprime la condicion de Talbot segun las ecuaciones 3, 12, y 13. De esta manera, a pesar de periodicidades pequenas de la division de medicion de la reflexion, son posibles tolerancias de distancias muy grandes. La periodicidad de la division de medicion de la reflexion se divide por la mitad en este caso, de manera que en lugar de la ecuacion 8 mencionada arriba, se aplica la ecuacion 8' siguiente:
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Las ecuaciones 9-11, 14 asf como 15.1 y 15.2 se aplican en adelante inalteradas.
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Con respecto a tal variante interferencial del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se indican a continuacion los datos concretos del dimensionado de un ejemplo de realizacion posible. Con R = 10 mm, u = 1 mm y 9000 periodos de division o bien 18000 periodos de la senal por cada revolucion de la division de medicion de la reflexion resultan las variables d, dM y dD de la siguiente manera
v = 1,2 mm
dM = 6,981 |im
dD = 8,517 |im
En este caso se ha revelado que es problematica la fabricacion de foto detectores estructurados con tal periodicidad dD pequena. Este problema se puede solucionar cuando en lugar del detector en el plano de deteccion se dispone una rejilla, cuya periodicidad dv se desvfa en una medida insignificante de la periodicidad dD del detector. En este caso, en el plano de deteccion de un detector dispuesto a continuacion de la rejilla resulta entonces un patron de franjas con una periodicidad claramente incrementada. Este patron de franjas puede ser detectado entonces facilmente por medio de un detector con periodicidad del detector dstr claramente incrementada. En este caso, se aplica:
— = — + — (Gl. 19)
dv d[dS£f
dv := Periodicidad de la rejilla adicional en el plano de deteccion
dD := Periodicidad del detector
dstr := Periodicidad del detector estructurado
En el presente ejemplo de dimensionado, se puede empelar de esta manera como detector un foto detector estructurado con una periodicidad dstr = 40 mm, cuando se utiliza una rejilla correspondiente con una periodicidad dv = 7,022 mm.
En otra forma de realizacion alterativa del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion, a diferencia de la figura 6, la division de medicion de la posicion puede estar realizada como rejilla en cruz, cuyas direcciones de la rejilla no se extienden axiales y azimutales, sino diagonales, con preferencia bajo 645° con respecto al eje longitudinal A del objeto. En este caso, a lo largo de las direcciones de la rejilla existe un radio de curvatura, que es mayor que R. En las formulas anteriores, por lo tanto, en lugar del radio R se puede emplear, respectivamente, el radio de curvatura R' a lo largo de las direcciones de la rejilla.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1.- Dispositivo de medicion de la posicion con
    - un objeto de forma cilmdrica (2; 20; 120; 220; 420; 520) con una division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) circunferencial en forma de anillo, que esta dispuesta de forma giratoria alrededor del eje longitudinal del objeto (A), y
    - una unidad de exploracion (1; 10; 110; 410a, 410b, 510) estacionaria frente al objeto (2; 20; 120; 220; 420; 520) dispuesto de forma giratoria para la exploracion optica de la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) con una fuente de luz (11; 111; 211; 511), una rejilla de emision (13; 113; 213; 513) y un detector (112; 212; 512), en la que los haces de rayos emitidos por la fuente de luz (11; 111; 211; 511) atraviesan la rejilla de emision (13; 113; 213; 513), luego impulsan la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) y se realiza por esta una retro-reflexion en la direccion del detector (112; 212; 512), sobre el que se pueden generar senales de posicion dependientes de la rotacion y
    - porque la distancia normal (v) opticamente efectiva entre el detector (112; 212; 512) y la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) en funcion del radio (R) del objeto (2; 20; 120; 220; 420; 520) de forma cilmdrica es mayor o menor que la distancia normal (u) opticamente efectiva entre la rejilla de emision (13; 113; 213; 513) y la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) y
    - porque la distancia normal (g) entre la rejilla de emision (13; 113; 213; 513) y el detector (112; 212; 312; 512) mas una tolerancia de +/- 20 % es
    imagen1
    con
    £ := Distancia normal entre rejilla de emision y detector
    u := Distancia normal opticamente efectiva desde la rejilla de emision hasta la division de medicion de la reflexion
    R := Radio del objeto de forma cilmdrica, en el que R > 0 para una exploracion exterior y R < 0 para una exploracion interior.
  2. 2. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que con la excepcion de la rejilla de medicion (13; 113; 213; 513), no estan dispuestos otros elementos opticos entre la fuente de luz (11; 111; 211; 511) y la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521).
  3. 3. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) esta configurada como rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que poseen diferentes propiedades opticas, en el que la direccion de la extension longitudinal de las zonas de division esta orientada paralela o bajo 45° con respecto al eje longitudinal del objeto (A).
  4. 4. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que
    - la division de medicion de la reflexion (421) comprende otra rejilla con zonas de division dispuestas periodicamente, que poseen diferentes propiedades opticas, en el que la direccion de la extension longitudinal de las zonas de division esta orientada perpendicularmente al eje longitudinal del objeto (A) o bajo 45° con respecto al eje longitudinal del objeto (A) y
    - esta prevista una segunda unidad de exploracion (410b) para la exploracion optica de la otra rejilla,
    - de manera que a traves de las unidades de exploracion (410a, 41b) se puede detectar segun la tecnica de medicion el movimiento de rotacion del objeto (420) alrededor del eje longitudinal (A) del objeto como tambien el movimiento de traslacion del objeto (420) a lo largo del eje longitudinal del objeto (A).
  5. 5. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 3 o 4, en el que la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) esta configurada como rejilla de amplitudes.
  6. 6. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 3 o 4, en el que la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) esta configurada como rejilla de fases.
  7. 7. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que la distancia radial de la unidad de exploracion (1; 10; 110; 410a, 410b, 510) desde el eje longitudinal (A) del objeto se selecciona mayor que el radio (R) del objeto (2; 20; 120; 420; 520) de forma cilmdrica.
  8. 8. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la distancia radial de la unidad de exploracion (210) desde el eje longitudinal (A) del objeto se selecciona menor que el radio (R) del objeto (220) de forma cilmdrica.
    5
    10
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    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
  9. 9. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de luz (11; 111; 211; 511) esta configurada como fuente de luz extendida en el espacio.
  10. 10. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la rejilla de emision (13) esta dispuesta sobre un sustrato (14) transparente en forma de plaquitas, que se encuentra de la misma manera en la trayectoria de los rayos de exploracion entre la rejilla de emision (13) y la division de medicion de la reflexion (21) asf como entre la division de medicion de la reflexion (21) y el detector (12), en el que las distancias normales ffsicas (u', v') resultan de la siguiente manera a partir de las distancias normales (u, v) opticamente efectivas
    imagen2
    imagen3
    con
    u := Distancia normal opticamente efectiva desde la rejilla de emision hasta la division de medicion de la reflexion
    u' := Distancia normal ffsica desde la rejilla de emision hasta la division de medicion de la reflexion v := Distancia normal opticamente efectiva desde la division de medicion de la reflexion hasta el plano de deteccion D
    v' := Distancia normal ffsica desde la division de medicion de la reflexion hasta el plano de deteccion D ns := fndice de refraccion del sustrato
    ts := Espesor del sustrato entre la rejilla de emision y la division de medicion de la reflexion to := Espesor del sustrato entre la division de medicion de la reflexion y el plano de deteccion.
  11. 11.- Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la rejilla de medicion (113) esta dispuesta sobre el lado de un sustrato (114) transparente en forma de plaquitas, que esta dirigido hacia la posicion de medicion de la reflexion (121), en el que la distancia normal ffsica (v') resulta a partir de la distancia normal (v) opticamente efectiva de la siguiente manera
    imagen4
    con
    v := Distancia normal opticamente efectiva desde la posicion de medicion por reflexion hasta el plano de deteccion D
    v' := Distancia normal ffsica desde la desde la posicion de medicion por reflexion hasta el plano de deteccion D
    ns := fndice de refraccion del sustrato
    tD := Espesor del sustrato entre la division de medicion de la reflexion y el plano de deteccion.
  12. 12. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la posicion opticamente efectiva de la rejilla de emision (13; 113; 213; 513) esta mas cerca del eje longitudinal del objeto (A) que la posicion opticamente efectiva del detector (112; 212; 512), en el que la posicion opticamente efectiva de la rejilla de emision (13; 113; 213; 513) esta determinada por la distancia normal (u) opticamente efectiva entre la rejilla de emision (13; 113; 213; 513) y la division de medicion de la reflexion (2.1; 21; 121; 212; 421; 521) y la posicion opticamente efectiva del detector (112; 212; 512) a traves de la distancia normal (v) opticamente efectiva entre el detector (112; 212; 512) y la division de medicion de la reflexion (2.1; 21: 121; 212; 421; 521).
  13. 13. - Dispositivo de medicion de la posicion con
    - un objeto de forma cilmdrica (320) con una division de medicion de la reflexion (321) circunferencial en forma de anillo, que esta dispuesta de forma giratoria alrededor del eje longitudinal del objeto (A), y
    - una unidad de exploracion (310) estacionaria frente al objeto (320) dispuesto de forma giratoria para la exploracion optica de la division de medicion de la reflexion (321) con una fuente de luz puntual (311), y un detector (312), en la que los haces de rayos emitidos por la fuente de luz puntual (311) impulsan la division de medicion de la reflexion (321) y se realiza por esta una retro-reflexion en la direccion del detector (312),
    sobre el que se pueden generar senales de posicion dependientes de la rotacion y - la distancia normal (v) opticamente efectiva entre el detector (312) y la division de medicion de la reflexion (321),
    5 - en el caso de una exploracion exterior es mayor que la distancia normal (u) opticamente efectiva
    entre la zona de emision de la fuente de luz puntual (311) y la division de medicion de la reflexion (321) o
    - en el caso de una exploracion interior es menor que la distancia normal (u) opticamente efectiva entre la zona de emision de la fuente de luz puntual (311) y la division de medicion de la reflexion (321) 10 y
    - porque la distancia normal (e) entre la zona de emision de la fuente de luz puntual (311) y el detector (112; 212; 312; 512) mas una tolerancia de +/- 20 % es
    £ = (2 * u2) / R
    con
    £ := Distancia normal entre rejilla de emision y la zona de emision de la fuente de luz puntual u := Distancia normal opticamente efectiva desde la zona de emision de la fuente de luz puntual hasta la division de medicion de la reflexion
    R := Radio del objeto de forma cilmdrica, en el que R > 0 para una exploracion exterior y R < 0 para una exploracion interior.
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