DE10028136A1

DE10028136A1 - Positionsmeßsystem

Info

Publication number: DE10028136A1
Application number: DE10028136A
Authority: DE
Inventors: Reiner Burgschat; Joerg Willhelm
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: US6747262B2; US20030062470A1; DE10028136B4; US6545262B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Positionsmeßsystem zur Bestimmung der relativen Lage zweier zueinander beweglicher Objekte mit einer dem ersten Objekt zugeordneten Inkrementalspur mit einer periodischen Strichstruktur, mit einer dem zweiten Objekt zugeordneten Abtasteinheit zur Abtastung der Strichstruktur und zur Erzeugung eines entsprechenden Inkrementalsignals sowie mit Mitteln zur Erzeugung einer Absolutpositionsinformation bezüglich der Lage der zueinander beweglichen Objekte. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ausdehnung (b) der Striche (s) entlang der Erstreckungsrichtung (E) der Inkrementalspur (1) zumindest auf einem Teil der Breite (l) der Inkrementalspur (1) derart variiert, daß der periodischen Strichstruktur eine Struktur mit einer Absolutpositionsinformation überlagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßsystem zur Bestim mung der relativen Lage zweier zueinander beweglicher Objekte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen inkrementalen Positionsmeßsystem ist dem ersten der zueinander beweglichen Objekte ein Codeträ ger in Form eines Maßstabes (im Fall eines Linearmeßsy stems) oder in Form einer Teilscheibe (im Fall eines rotato rischen Meßsystems) zugeordnet, der eine längserstreckte In krementalspur mit einer periodischen Strichstruktur auf weist. Die Strichstruktur der Inkrementalspur wird mit einer dem zweiten Objekt zugeordneten Abtasteinheit in Form eines geeigneten Sensorsystems abgetastet. Aus den Ausgangs signalen der Sensoren kann mit einer Auswerteeinheit der Betrag der Verschiebung der beiden Objekte zueinander relativ zu der Lage bestimmt werden, in der sich die beiden Objekte beim Einschalten des Positionsmeßsystems befanden. Dies gestattet (bei Kenntnis der relativen Lage der Objekte beim Einschalten des Positionsmeßsystems) eine kontiniuier liche Bestimmung der Lage der beiden Objekte zueinander.

In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, zusätzlich zu der hochgenauen inkrementalen Positionsmessung eine Absolutpositionsinformation zur Verfügung zu stellen, um die Lage der beiden Objekte zueinander direkt bestimmen zu können. Hierzu ist es üblich, auf dem Codeträger neben der Inkrementalspur eine zusätzliche Referenz- oder Synchron spur anzuordnen, aus der sich unmittelbar die Lage der Objekte zueinander bestimmen läßt. Die zusätzliche Spur führt jedoch zu einem erhöhten Platzbedarf auf dem Codeträ ger.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung einer Absolutpositi onsinformation bei einem inkrementalen Positionsmeßsystem ist aus der JP-A 59-22 6822 für ein Winkelmeßsystem be kannt, das als Codeträger eine Teilscheibe aufweist, auf der sich entlang ihres Umfanges eine Inkrementalspur er streckt. Dabei variiert die Breite der Inkrementalspur quer zu ihrer Erstreckungsrichtung auf der Teilscheibe. Diese Va riation führt zu einer Modulation der Amplitude des Inkre mentalsignals, die somit die Absolutpositionsinformation enthält. Hierbei besteht jedoch das Problem, daß die elek tronische Trennung des Inkrementalsignalanteils von dem Ab solutpositionsanteil sehr aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein inkrementales Positionsmeßsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln eine Absolutpositi onsinformation über die Lage der beiden zueinander bewegba ren Objekte gewonnen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Positionsmeßsystems mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 gelöst.

Danach variiert die Ausdehnung der einzelnen Striche der In krementalspur entlang der Erstreckungsrichtung der Inkremen talspur derart, daß der periodischen Strichstruktur eine Struktur mit einer Absolutpositionsinformation überlagert ist. Die Periodizität der zugrundeliegenden Strichstruktur kann dabei dadurch gewahrt werden, daß die Abstände der Längsachsen der einzelnen Striche entlang der Erstreckungs richtung der Inkrementalspur konstant gehalten werden.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die gewünschte Absolutpositionsinformation unmittelbar aus der Strichstruktur der Inkrementalspur selbst gewonnen werden kann, wenn die Ausdehnung der Striche unter Beibehal tung von deren periodischer Anordnung variiert wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind die Striche wie bei einer konventionellen Inkrementalspur in einem konstanten Ab stand bezüglich ihrer Längsachsen angeordnet; es variiert lediglich die Ausdehnung der Striche quer zu den Längsach sen (im folgenden Variation der Strichbreite genannt). Die Integration der Absolutpositionsinformation in die Strich struktur der Inkrementalspur ermöglicht einen besonders kom pakten Aufbau des Positionsmeßsystems, da lediglich eine einzige Spur abgetastet werden muß.

Die erfindungsgemäße Lösung scheint auf den ersten Blick wegen der Variation der Ausdehnung der Striche in Erstrec kungsrichtung der Inkrementalspur die Erzeugung eines periodischen Inkrementalsignals nicht zuzulassen. Es wurde jedoch gefunden, daß es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, die Strichbreite derart zu variieren, daß mit einem geeigneten Abtastsystem sowohl die Erzeugung des periodi schen Inkrementalsignals als auch die Erzeugung eines die Absolutpositionsinformation enthaltenen Signals ohne weite res möglich sind.

Die Variation der Strichbreite muß dabei nicht zwingend über die gesamte Breite der Inkrementalspur (Ausdehnung der Inkrementalspur quer zu ihrer Erstreckungsrichtung) erfol gen. Vielmehr kann die Variation der Strichbreite auch nur auf einem Teil der Breite der Inkrementalspur vorgesehen sein. (Die Ausdehnung der Inkrementalspur quer zu ihrer Erstreckungsrichtung wird in den Ansprüchen aus Gründen der Knappheit und besseren Übersichtlichkeit der Ansprüche kurz als Breite der Inkrementalspur bezeichnet.)

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die einzelnen Striche der Inkrementalspur jeweils mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher Strichbreite auf, wobei die Breiten der einzelnen Abschnitte eines Striches jeweils derart gewählt sind, daß alle Striche der Inkrementalspur im wesentlichen die gleiche Fläche auf dem Codeträger über decken. Dementsprechend überdecken (bei konstantem Abstand der Längsachsen der Striche) die Zwischenräume (Lücken) zwischen den benachbarten Strichen jeweils im wesentlichen die gleiche Fläche. Somit besteht entlang der Inkremental spur ein konstantes Strichbreite-Lücke-Verhältnis, das die Erzeugung eines Inkrementalsignals mit einer konstanten Amplitude gestattet.

Die Variation der Strichbreite erfolgt vorzugsweise nach einer oszillierenden Funktion, insbesondere einer peri odisch oszillierenden Funktion. Im Fall eines rotatorischen Meßsystems ermöglicht dies ohne weiteres die Erzeugung einer Absolutpositionsinformation, wenn die Periode der os zillierenden Funktion mindestens so groß ist wie die Länge der Inkrementalspur. Im Fall von Linearmeßsystemen kann es demgegenüber zweckmäßig sein, der Inkrementalspur minde stens zwei, vorzugsweise drei periodisch oszillierende Funktionen zu überlagern, deren Perioden sich jeweils geringfügig voneinander unterscheiden, so daß die Erzeugung der Absolutpositionsinformation nach dem Noniusprinzip erfolgt.

Zur Schaffung der oben erwähnten Abschnitte unterschiedli cher Breite der einzelnen Striche der Inkrementalspur kann diese quer zu ihrer Längserstreckung in zwei oder mehr Teilspuren unterteilt werden, die jeweils eine charakteri stische Variation der Strichbreite aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt dabei die Variation der Strichbreite in den einzelnen Teilspuren jeweils nach derselben mathematischen Funktion, wobei jedoch zwischen den einzelnen Teilspuren eine Phasen differenz besteht. Als mathematische Funktionen eignen sich insbesondere periodisch oszillierende Funktionen, vor allem die trigonometrischen Funktionen.

Wenn jeder Teilspur mit einer bestimmten trigonometrischen Funktion eine andere Teilspur mit der entsprechenden, um eine halbe Periode phasenverschobenen trigonometrischen Funktion zugeordnet ist, dann kann durch die gemeinsame Aus wertung der von diesen beiden Teilspuren stammenden Signale ein Offset-freies Sensorsignal zur Ermittlung der Absolutpo sition erzeugt werden.

Wenn zu jeder Teilspur mit einer bestimmten oszillierenden Funktion eine weitere Teilspur mit der um weniger als eine halbe Periode, insbesondere eine viertel Periode, phasenver schobenen Funktion vorgesehen ist, dann kann neben der Lage der beiden zueinander beweglichen Bauteile auch deren Bewe gungsrichtung ermittelt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind mindestens vier, vorzugsweise fünf nebeneinander angeordne te Teilspuren vorgesehen, wobei die trigonometrischen Funktionen benachbarter Teilspuren jeweils um eine viertel Periode gegeneinander phasenverschoben sind. Hierdurch wird das Übersprechen zwischen den einzelnen Kanälen des Sensor systems kompensiert, die nebeneinanderliegenden Teilspuren zugeordnet sind.

Zur Erzeugung der Absolutposition wird jeder Teilspur mindestens ein eigener Sensor an dem anderen der beiden zueinander beweglichen Objekte zugeordnet, wobei vorzugswei se zwei in Erstreckungsrichtung der Inkrementalspur vonein ander beabstandete Sensoren vorgesehen sind, die beidseits der Abtasteinheit zur Erzeugung der Inkrementalsignale angeordnet sind.

Mit Vorteil werden sowohl die Abtasteinheit zur Erzeugung der Inkrementalsignale als auch die zusätzlichen Sensoren zur Erzeugung von Signalen mit einer Absolutpositionsinfor mation jeweils durch Fotoelemente gebildet, denen eine ge meinsame Lichtquelle zugeordnet ist. Denn weil gemäß der vorliegenden Erfindung die Inkrementalspur zugleich auch die Absolutpositionsinformation hinsichtlich der Lage der beiden zueinander beweglichen Objekte enthält, können die Abtasteinheit zur Erzeugung der Inkrementalsignale sowie die zusätzlichen Sensoren zur Erzeugung der Absolutpositi onsinformation räumlich eng beieinander angeordnet werden und durch Licht aus einer gemeinsamen Lichtquelle versorgt werden. Diese Lichtquelle beleuchtet die Inkrementalspur, von der aus das Licht (im Auflicht- oder im Durchlichtver fahren) zu den Fotoempfängern gelangt.

Als Abtasteinheit zur Erzeugung der Inkrementalsignale kann insbesondere eine Sensor-Matrix verwendet werden, wie sie aus der WO 97/05457 bekannt ist. Auf die Offenbarung dieser Druckschrift wird hinsichtlich des Aufbaus der Abstastein heit zur Erzeugung der Inkrementalsignale ausdrücklich Bezug genommen.

Die aus der WO-97/054457 bekannte Abtasteinheit hat jedoch den Nachteil, dass nicht sicher gestellt werden kann, dass die erzeugten Abtastsignale keine sogenannte Doppelperiode aufweisen. Eine derartige Doppelperiode zeichnet sich insbe sondere durch verschiedene Signalamplituden innerhalb einer Signalperiode auf. Im Hinblick auf den störenden Einfluss der Doppelperiode im Abtastsignal sei auf die Dissertation von J. Willhelm mit dem Titel "Dreigitterschrittgeber", 1978, Seite 60 verwiesen. Wie dort ausgeführt wird, resul tiert die Doppelperiode aus dem Einfluss nicht eliminierter Beugungsordnungen, insbesondere nullter Beugungsordnungen, die an einem der beteiligten Gitter im Abtaststrahlengang auftreten. Als Folge des Auftretens der Doppelperiode ergeben sich bei der Interpolation eines derart gestörten Abtastsignales Fehler in der Positionsbestimmung.

Zur Behebung dieses Problems wird eine Abtasteinheit zur Erzeugung phasenversetzter Abtastsignale bei Abtastung eines Streifenmusters mit den Merkmaien des Patentan spruchs 25 vorgeschlagen.

Die erfindungsgemäße Abtasteinheit umfasst ein rautenförmi ges Array (eine Matrix) aus rautenförmigen Sensorelementen, die zur Bildung des Arrays mit ihren Kanten aneinander grenzen, wobei eine Diagonale des Arrays quer zur Erstre ckungsrichtung der parallel zueinander verlaufenden Strei fen des Streifenmusters ausgerichtet ist. Die Kanten des rautenförmigen Arrays werden jeweils durch Kanten einer geraden Anzahl nebeneinander angeordneter, rautenförmiger Sensorelemente gebildet und das Array ist in Abhängigkeit von seiner Kantenlänge entweder vollständig mit Sensorele menten belegt oder ein zentraler, rautenförmiger Bereich des Arrays bleibt frei von Sensorelementen.

Die rautenförmige Gestaltung der Sensorelemente, bei denen es sich z. B. um Fotoempfänger handeln kann, bezieht sich dabei insbesondere auf die empfindlichen Flächen der Senso relemente.

Die erfindungsgemäße Abtasteinheit eignet sich nicht nur zur Abtastung der speziellen Inkrementalspur, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert ist, sondern allgemein zur Abtastung von Codespuren, insbesondere Inkre mentalspuren. So lassen sich hiermit auch Inkrementalspuren abtasten, die eine Strichstruktur aufweisen, bei der keine Variation der Strichbreite vorgesehen ist.

Weitere Worteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 - eine schematische Darstellung einer Strich struktur, die eine Inkrementalspur bildet und bei der die Strichbreite zur Erzeugung einer Absolutpositionsinformation variiert;

Fig. 2 - ein Sensorsystem zur Abtastung der Inkremental spur aus Fig. 1;

Fig. 2a - eine Abwandlung des Sensorsystems aus Fig. 2;

Fig. 3 - eine Schaltungsanordnung für die Sensorelemen te, die zur Erzeugung eines Signales mit Absolutpositionsinformation dienen;

Fig. 4 - eine Darstellung der Signale, die bei Abta stung der in Fig. 1 gezeigten Strichstruktur erzeugt werden.

In Fig. 1 ist schematisch eine Strichstruktur dargestellt, die als Messteilung eines Positionsmeßsystems in Form einer Inkrementalspur 1 zur Bestimmung der relativen Lage zweier zueinander beweglicher Objekte dienen kann. Hierzu ist die Strichstruktur dem ersten dieser beiden Objekte zugeordnet und wird durch eine am zweiten Objekt vorgesehene Abtastein heit abgetastet.

Die Strichstruktur besteht aus einer Vielzahl einzelner Striche s, die quer zur Erstreckungsrichtung E der Inkremen talspur 1 ausgerichtet und in Erstreckungsrichtung E der Inkrementalspur 1 (also entlang der durch die Inkremental spur 1 definierten Messrichtung) nebeneinanderliegend ange ordnet sind und deren Länge 1 der Breite der Inkremental spur 1 entspricht. Die Striche s sind jeweils symmetrisch bezüglich einer quer zur Erstreckungsrichtung E der Inkre mentalspur 1 verlaufenden Längsachse (Mittelachse M) ausge bildet und mit einem konstanten Abstand d ihrer Mittelach sen M nebeneinander angeordnet.

Die in Fig. 1 gezeigte Inkrementalspur 1 ist in fünf Teil spuren 11, 12, 13, 14, 15 unterteilt, die quer zur Erstrec kungsrichtung E der Inkrementalspur 1 nebeneinander liegen und die jeweils die gleiche Breite (Ausdehnung quer zur Er streckungsrichtung E der Inkrementalspur 1) aufweisen. Innerhalb jeder der Teilspuren 11-15 variiert die Strich breite b (d. h. die Ausdehnung der Striche s in Erstreckungs richtung E der Inkrementalspur 1) gemäß einer definierten trigonometrischen Funktion.

Durch die Aufteilung der Inkrementalspur 1 in insgesamt fünf nebeneinander angeordnete Teilspuren 11-15 sind auch die Striche s in fünf Abschnitte s1, s2, s3, s4 und s5 unterteilt. In jeder der Teilspuren 11, 12, 13, 14 und 15 erfolgt demnach eine charakteristische, periodische Ände rung der Breite b des zugehörigen Abschnittes s1, s2, s3, s4 bzw. s5 der einzelnen Striche s.

Im folgenden sei jedem Punkt auf der Inkrementalspur 1 in Erstreckungsrichtung E ein Winkel x zwischen 0° und 360° zugeordnet. Dann variiert in den beiden äußeren Teilspu ren 11 und 15 der Inkrementalspur 1 die Strichbreite b entsprechend der Funktion sin x. In der neben der ersten Teilspur 11 gelegenen zweiten Teilspur 12 variiert die Strichbreite b entsprechend der um 90° verschobenen trigono metrischen Funktion cos x, in der dritten Teilspur 13 erfolgt eine Variation der Strichbreite b entsprechend -sin x und in der vierten Teilspur 14 entsprechend -cos x.

Demnach erfolgt die Variation der Strichbreite b in allen fünf nebeneinanderliegenden Teilspuren 11-15 der Inkremen talspur 1 jeweils auf der Grundlage der trigonometrischen Funktion sin x, wobei zwischen nebeneinanderliegenden Teilspuren jeweils eine Phasenverschiebung von 90° besteht.

Bei der oben beschriebenen Wahl der den einzelnen Teilspu ren zugeordneten trigonometrischen Funktionen ist die Fläche, die von den ersten vier Abschnitten s1-s4 der einzelnen Striche s überdeckt wird, für sämtliche Striche s identisch, da sin x + cos x -sin x -cos x = 0. Das Gleiche gilt für die Fläche der Zwischenräume zwischen benachbarten Abschnitten s1-s4 zweier Striche s. Bei einer Addition über die ersten 4 Teilspuren 11-14 ergibt sich somit ein konstantes Strich-Lücke-Verhältnis, das vorzugsweise gleich Eins gewählt wird.

Bei einer Addition über alle fünf Teilspuren 11-15 ist dagegen die Breite der einzelnen Striche s sowie der zugehö rigen Lücken nicht konstant, da die Funktion sin x zweimal, nämlich in der ersten Teilspur 11 und der fünften Teil spur 15 vertreten ist.

Dieses Problem läßt sich aber bei der Erzeugung der Sensor signale ohne weiteres dadurch beheben, daß die aus den Teilspuren 11 und 15 stammenden Signale nur halb so stark gewichtet werden wie die aus den anderen Teilspuren 12-14 stammenden Signale. Wichtig ist allein, daß sich eine konstante Strichbreite ergibt, wenn man die Abschnitte s1- s4 der Striche s in den Teilspuren 11-14 addiert, in denen die Strichbreite nach unterschiedlichen trigonometri schen Funktionen variiert.

Die anhand der Fig. 1 beschriebene Ausführungsform einer Inkrementalspur mit einer periodischen Strichstruktur, der eine zusätzliche Struktur überlagert ist, läßt sich beson ders vorteilhaft im Fall eines rotatorischen Meßsystems anwenden. In diesem Fall erstreckt sich die Inkremental spur 1 entlang des Umfangs einer Teilscheibe des Meßsystems und die einzelnen Striche der Inkrementalspur sind jeweils unterschiedlichen Winkeln x auf der Teilscheibe zugeordnet.

Aufgrund des konstanten Abstandes d zwischen den Mittelach sen M der nebeneinander angeordneten Striche s weist diese Strichstruktur eine erste, kleine Periode d auf, die zur Erzeugung des Inkrementalsignales dient.

Aufgrund der Modulation der Breite b der einzelnen Abschnit te s1 bis s5 der Striche s mit einer Periode P, die dem Umfang des Teilkreises der Teilscheibe entspricht, auf dem sich die Inkrementalspur 1 erstreckt, enthält die Strich struktur der Inkrementalspur 1 neben der vorstehend erwähn ten inkrementalen Information noch eine Absolutpositionsin formation hinsichtlich der Lage der beiden zueinander beweglichen Objekte.

Bei einer Anordnung der Inkrementalspur 1 aus Fig. 1 auf einer Kreisteilscheibe gilt für die mittleren Strichbrei ten b1, b2, b3, b4 und b5 der einzelnen Abschnitte s1-s5 der Striche s:

b1 = π . t1 . (1 + m . sin x)/(2 . z)

b2 = π . t2 . (1 + m . cos x)/(2 . z)

b3 = π . t3 . (1 - m . sin x)/(2 . z)

b4 = π . t4 . (1 - m . cos x)/(2 . z)

b5 = π . t5 . (1 + m . sin x)/(2 . z)

Hierbei bezeichnen die Variablen t1-t5 den Durchmesser des Teilkreises, auf dem die entsprechende Teilspur 11, 12, 13, 14 bzw. 15 angeordnet ist. Die Variable z steht für die Anzahl der nebeneinander angeordneten Striche (im Beispiel gemäß Fig. 1 ist z = 28), und die Variable m bezeichnet den Modulationsgrad der Strichbreite in den einzelnen Teilspu ren. Vorliegend wurde für alle Teilspuren derselbe Modulati onsgrad m gewählt. Zur Einstellung eines konstanten Strich- Lücke-Verhältnisses über sämtliche 5 Teilspuren kann jedoch auch in den einzelnen Teilspuren ein unterschiedlicher Modu lationsgrad gewählt werden.

Alternativ kann auch eine derartige Variation der Strich breite b vorgesehen sein, daß in den Teilspuren 11-15 jeweils das Strich-Lücke-Verhältnis (d. h. das Verhältnis zwischen der Strichbreite b eines Striches s und der Ausdeh nung c des neben diesem Strich s gelegenen Zwischenraumes u zum nächsten Strich) entsprechend einer trigonometrischen Funktion variiert. Dann variiert in den beiden äußeren Teil spuren 11 und 15 der Inkrementalspur 1 das Strich-Lücke-Ver hältnis entsprechend der Funktion sin x. In der neben der ersten Teilspur 11 gelegenen zweiten Teilspur 12 variiert das Strich-Lücke-Verhältnis entsprechend der um 90° verscho benen trigonometrischen Funktion cos x, in der dritten Teil spur 13 erfolgt eine Variation des Strich-Lücke-Verhältnis ses entsprechend -sin x und in der vierten Teilspur 14 entsprechend -cos x.

Es erfolgt also in allen fünf nebeneinanderliegenden Teil spuren 11-15 eine Variation des Strich-Lücke-Verhältnis ses auf der Grundlage der trigonometrischen Funktion sin x, wobei zwischen nebeneinanderliegenden Teilspuren jeweils eine Phasenverschiebung von 90° besteht.

Zusammenfassend wird die Erzeugung der inkrementalen und der absoluten Positionsinformation aus einer einzelnen Inkrementalspur dadurch erreicht, daß die Grundstruktur der Inkrementalspur erhalten bleibt, die durch die Anordnung der einzelnen Striche in einem definierten Abstand (bezüg lich ihrer Längsachsen) gegeben ist. Dieser Grundstruktur der Inkrementalspur ist die zusätzliche Absolutpositionsin formation durch eine geeignete Variation der Ausdehnung der Striche entlang der Erstreckungsrichtung der Inkremental spur (Variation der Strichbreite) überlagert. Dadurch läßt sich die Absolutpositionsinformation unabhängig von der Grundstruktur der Inkrementalspur auswerten. Mit anderen Worten ausgedrückt bleibt die Teilungsperiode der Strich struktur der Inkrementalspur erhalten; lediglich die Breite der einzelnen Striche ändert sich.

In Fig. 2 ist ein Sensorsystem dargestellt, mit dem die Inkrementalspur aus Fig. 1 (deren Teilspuren in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet sind) sowohl zur Erzeugung der inkrementalen Informationen über die Lage der beiden zueinander beweglichen Objekte als auch zur Erzeu gung der absoluten Positionsinformation abtastbar ist, wobei die einzelnen Teilspuren 11 bis 15 der von der Abta steinheit 2 abgetasteten Inkrementalspur 1 in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Zur Erzeugung der in krementalen Information ist dabei eine aus einer Mehrzahl von Sensoren bestehende Abtasteinheit 2 vorgesehen, und zur Erzeugung der absoluten Positionsinformationen sind zwei weitere Sensorgruppen 3, 3' vorgesehen.

Bei den Sensoren sowohl der Abtasteinheit 2 als auch der zu sätzlichen Sensorgruppen 3, 3' handelt es sich um Fotoemp fänger, denen eine gemeinsame Lichtquelle 4 im Zentrum des Sensorsystems zugeordnet ist. Das Sensorsystem ist derart oberhalb der Inkrementalspur aus Fig. 1 angeordnet, daß das von der Lichtquelle 4 ausgesandte Licht von der Inkremental spur reflektiert wird und dann auf die Fotoempfänger des Sensorsystems trifft. Anstelle des vorstehend beschriebenen Auflichtverfahrens kann das erfindungsgemäße Meßsystem allerdings auch im Durchlichtverfahren betrieben werden.

Bei der Abtasteinheit 2 handelt es sich um eine Fotoempfän germatrix, wie sie prinzipiell aus der WO 97/05457 bekannt ist, auf die insoweit voll inhaltlich Bezug genommen wird. Im folgenden sollen daher zunächst nur zusammenfassend die wesentlichen Merkmale einer derartigen Abtasteinheit erläu tert werden.

Die Fotoempfängermatrix besteht aus insgesamt 32 Fotoempfän gern, wobei für die Anzahl der Fotoempfänger grundsätzlich jedes geradzahlige Vielfache der Zahl "4" geeignet ist. Die einzelnen Fotoempfänger der Matrix sind schachbrettartig in einem Quadrat angeordnet, wobei sich in der mittleren Position kein Fotoempfänger, sondern vielmehr eine Licht quelle 4 befindet. Auch die Fotoempfänger selbst sind quadratisch ausgebildet und derart angeordnet, daß ihre Diagonalen e parallel zu einer Diagonalen f der Fotoempfän germatrix und quer zur Erstreckungsrichtung E der Inkremen talspur 1 (d. h. parallel zur Erstreckungsrichtung der ein zelnen Striche s der Inkrementalspur 1) verlaufen.

Es werden vier verschiedene Typen von Fotoempfängern der Ab tasteinheit 1 unterschieden, und zwar nach ihrer Phasenlage bezüglich der Inkrementalspur 1. Es gibt Fotoempfänger 21 mit der Phasenlage 0°, Fotoempfänger 22 mit der Phasenla ge 90°, Fotoempfänger 23 mit der Phasenlage 180° sowie Fotoempfänger 24 mit der Phasenlage 360°; diese Phasenlagen sind in Fig. 2 bei einem Teil der Fotoempfänger 21-24 ausdrücklich angegeben.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß jeweils alle Fo toempfänger, die eine Teilspur mit einer bestimmten trigono metrischen Funktion (unabhängig von deren Vorzeichen) über decken, dieselbe Phasenlage aufweisen. So überdecken die Fotoempfänger 21 mit der Phasenlage 0° die Teilspuren 11, 13 und 15 mit den trigonometrischen Funktionen sin x bzw. -sin x; die Fotoempfänger 23 mit der Phasenlage 180° über decken die Teilspuren 12 und 14 mit den trigonometrischen Funktionen cos x bzw. -cos x; die Fotoempfänger 22 mit der Phasenlage 90° überdecken jeweils zur Hälfte Teilspuren mit den trigonometrischen Funktionen sin x bzw. cos x, wobei die beiden trigonometrischen Funktionen unterschiedliche Vorzeichen aufweisen; die Fotoempfänger 24 mit der Phasenla ge 270° schließlich überdecken jeweils zur Hälfte Teilspu ren mit den trigonometrischen Funktionen sin x und cos x, wobei die beiden trigonometrischen Funktionen dasselbe Vorzeichen aufweisen.

Alle Fotoempfänger mit derselben Phasenlage werden jeweils zur Auswertung der von ihnen erzeugten Signale zusammenge schaltet. Dies bedeutet, daß jeweils die Fotoempfänger zusammengeschaltet werden, die die Teilspuren 11, 13, 15 mit einer Variation der Strichbreite entsprechend der Funktion sin x bzw. -sin x abtasten, sowie andererseits die Fotoempfänger, die die Teilspuren 12, 14 mit einer Variati on der Strichbreite entsprechend den Funktionen cos x und -cos x abtasten. Dabei sind die Fotoempfänger 21, 23 mit einer Phasenlage von 0° bzw. 180° jeweils genau einer der Teilspuren 11-15 mit einer Variation der Strichbreite entsprechend der Funktionen sin x oder -sin x bzw. entspre chend der Funktion cos x oder -cos x zugeordnet. Die übri gen Fotoempfänger 22, 24 überdecken demgegenüber jeweils zwei benachbarte Teilspuren, also eine vom Typ sin x oder -sin x und eine vom Typ cos x oder -cos x.

Durch die beschriebene Ausbildung der Abtasteinheit 2 wird erreicht, daß jeder Fotoempfänger der Abtasteinheit 2 mit einem anderen Fotoempfänger derselben Phasenlage zusammenge schaltet wird, der eine Teilspur überdeckt, in der die Strichbreite nach der derselben trigonometrischen Funktion aber mit dem entgegengesetzten Vorzeichen variiert wie die von dem erstgenannten Fotoempfänger überdeckte Teilspur.

Zusammenfassend überdeckt die Abtasteinheit 2 die Inkremen talspur 1 entlang ihrer gesamten Breite 1 (quer zur Er streckungsrichtung E), wobei die Strichstruktur der Inkre mentalspur 1 und die Anordnung der Fotoempfänger in der Ab tasteinheit 2 derart gewählt sind, daß durch eine Mittelung über die Variation der Strichbreite ein Inkrementalsignal erzeugt wird, welches auf der Teilungsperiode d der Strich struktur beruht.

Gemäß Fig. 2 sind beidseitig der Abtasteinheit 2 ferner zusätzliche Sensorgruppen 3, 3' angeordnet, die zur Erzeu gung der Absolutpositionsinformation durch Abtastung der Inkrementalspur 1 vorgesehen sind. Bei diesen Sensoren handelt es sich ebenfalls um quadratische Fotoempfänger 31 bis 35 bzw. 31' bis 35', die allerdings im Vergleich zu den Fotoempfängern der Abtasteinheit 2 um 45° gedreht angeord net sind. Somit verlaufen die Seiten der Fotoempfänger 31 bis 35, 31' bis 35' jeweils parallel bzw. senkrecht zu der Erstreckungsrichtung E der Inkrementalspur 1.

Die Fotoempfänger 31 bis 35, 31' bis 35' sind jeweils paarweise einer bestimmten Inkrementalspur zugeordnet, und zwar beidseitig der Abtasteinheit 2. Die beiden einander in Erstreckungsrichtung E der Inkrementalspur 1 gegenüberlie genden Fotoempfänger 31, 31'; 32, 32'; 33, 33'; 34, 34' sowie 35, 35' sind jeweils zusammengeschaltet und bilden somit ein Signal bezogen auf die Mitte des gesamten Sensor systems. Die Fotoempfänger sind dabei derart dimensioniert, daß die gewonnenen Signale jeweils eine Mittelung über mehrere Striche der Strichstruktur der Inkrementalspur 1 entsprechen.

Die in Fig. 2 dargestellte Abtasteinheit 2 ist jedoch nicht nur zur Abtastung der speziellen Inkrementalspur aus Fig. 1 geeignet. Vielmehr lassen sich hiermit z. B. auch herkömmli che Inkrementalspuren abtasten, bei denen keine oder eine andersartige Variation der Strichbreite vorgesehen ist.

Von Bedeutung ist, daß sich bei Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Abtasteinheit 2 zur Abtastung einer Inkremen talspur das Auftreten einer Doppelperiode verhindern läßt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß aufgrund der gewählten Geometrie und Verschaltung der verschiedenen Fotoempfän ger 21 bis 24 in der Abtasteinheit 2 bei der Abtastung eine Mittelung über verschiedene Signalanteile resultiert. Es ergibt sich somit eine gleichmäßige Modulation des Abtastsi gnales innerhalb einer Signalperiode. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber der aus der WO 97/05457 bekannten Abtasteinheit dar, bei der immer genau ein Platz im Zentrum der Fotoempfänger-Matrix freigehalten, also nicht von einem Fotoempfänger belegt ist. Nähere Einzelhei ten hierzu werden weiter unten anhand der Fig. 2a erläutert werden.

Darüber hinaus ist bei Verwendung der in Fig. 2 dargestell ten Abtasteinheit 2 sichergestellt, daß eventuelle Änderun gen in den Abständen des abgetasteten Musters sich ebensowe nig störend auf das Abtastsignal auswirken wie eine Verkip pung des Musters bezüglich der Abtasteinheit.

In Fig. 2a ist eine gegenüber der Abtasteinheit aus Fig. 2 modifizierte Abtasteinheit 200 zusammen mit einem Teil des abzutastenden Streifenmusters S dargestellt. Das Streifen muster S resultiert aus der Wechselwirkung eines von einer Strahlungsquelle emittierten Strahlenbündels mit mindestens einer (entlang der Messrichtung verlaufenden) Messteilung und weist eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender, längserstreckter Streifen auf. Mit Hilfe der Abtasteinheit 200 ist die Erzeugung von vier inkrementalen Abtastsignalen möglich, die jeweils einen Phasenversatz von 90° zueinander aufweisen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2a besteht die Abtastein heit 200 aus 32 separaten Fotoempfängern gleicher Größe mit jeweils quadratischer Grundfläche (als einem Spezialfall einer Raute) und der Kantenlänge KL_F. Die 32 Fotoempfänger sind in Form eines quadratischen Arrays (als Spezialfall einer Raute) angeordnet, das einen Winkel von 45° zu den parallel zueinander verlaufenden Streifen des abgetasteten Streifenmusters S aufweist. Hierbei sind Fotoempfänger mit verschiedenen Phasenlagen bezüglich der Abtastsignale vorgesehen: Einige Fotoempfänger 210 weisen die Phasenla ge 0° auf; andere Fotoempfänger 220 weisen die Phasenla ge 90° auf; wieder andere Fotoempfänger 230 weisen die Pha senlage 180° auf; und schließlich weisen Fotoempfänger 240 die Phasenlage 270° auf. Die entsprechenden Phasenlagen sind in Fig. 2a bei den jeweiligen Fotoempfängern explizit angegeben.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verlaufen auch hier die Diagonalen e, e' der Fotoempfänger parallel zu jeweils einer Diagonalen f bzw. f' der Abtasteinheit 200. Dabei ist eine Diagonale f der rautenförmigen Abtasteinheit 200 senkrecht zu den Streifen des Streifenmusters S orien tiert und die andere Diagonale f' der Abtasteinheit 200 parallel zu den Streifen des Streifenmusters S. Die senk recht zu den Streifen des Streifenmusters S verlaufende Diagonale f ist entlang der Messrichtung ausgerichtet. Die Messrichtung verläuft somit im vorliegenden Ausführungsbei spiel vertikal, während sie bei den Fig. 1 und 2 jeweils horizontal (senkrecht zur Diagonalen f) orientiert ist.

Nicht dargestellt ist in Fig. 2a wiederum, daß die phasen gleichen Fotoempfänger jeweils miteinander verschaltet werden, um in bekannter Art und Weise die inkrementalen Abtastsignale zur Weiterverarbeitung bereit zu stellen.

Das durch die Fotoempfänger 210, 220, 230 und 240 gebildete Array (Fotoempfängermatrix) weist im Ausführungsbeispiel der Fig. 2a eine Kantenlänge KL_A = 6 . KL_F auf, d. h. eine Kante K_A des Arrays wird durch die Kanten K_F von sechs nebeneinander angeordneten Fotoempfängern gebildet. In den vier zentralen Feldern ZF1 bis ZF4 in der Mitte des Arrays sind in diesem Beispiel keine Fotoempfänger angeordnet; es sind also vier zur Aufnahme eines Fotoempfängers geeignete Plätze im Array nicht belegt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist dort eine Lichtquelle 4 vorgesehen. Je nach dem verwendeten (optischen) Abtastprinzip kann dieser Bereich aber auch freigelassen bzw. in anderer Weise belegt werden.

Das in Fig. 2a dargestellte Ausführungsbeispiel einer Abtasteinheit 200 läßt sich hinsichtlich der Zahl der verwendeten Fotoempfänger modifizieren, um das System an bestimmte, vorgegebene Anforderungen anpassen zu können. Bei allen nachfolgend erläuterten Modifikationen bleiben jedoch die oben angegebenen Vorteile erhalten.

So kann in einer weiteren Ausführungsform der Abtasteinheit die Kantenlänge KL_A des rautenförmigen Arrays bei gleicher Größe der einzelnen Fotoempfänger als KL_A = 8 . KL_F gewählt werden. In diesem Fall wären im Gegensatz zu dem Beispiel aus Fig. 2a auch im zentralen Bereich in der Mitte des Arrays Fotoempfänger vorgesehen. Es gibt dann im Array keine Plätze, die nicht von einem Fotoempfänger belegt sind. Die Zahl der erforderlichen Fotoempfänger beträgt in diesem Beispiel demnach 64.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Abtasteinheit wird die Kantenlänge KL_A des rautenförmigen Arrays bei gleicher Größe der einzelnen Fotoempfänger als KL_A = 10 . KL_F gewählt. Entsprechend dem Beispiel gemäß der Fig. 2a wären dabei die vier zentralen Plätze des Arrays nicht mit Fo toempfängern belegt, d. h. es wären 96 Fotoempfänger zur Bildung des Arrays erforderlich.

Die nächstgrößere Variante einer derartigen Abtasteinheit sieht eine Kantenlänge KL_A des rautenförmigen Arrays gem. KL_A = 12 . KL_F vor. Im zentralen Bereich des Arrays wären bei diesem Ausführungsbeispiel 16 Plätze nicht mit einem Fo toempfänger belegt, so daß das Array insgesamt 128 Fotoemp fänger, umfaßt.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen, die jeweils Abwandlungen der Abtasteinheit 200 aus Fig. 2a darstellen, sind die nicht belegten Plätze im zentralen Bereich des Arrays jeweils derart angeordnet, daß die vier bzw. sech zehn nicht belegten Plätze einen (von Fotoempfängern freige haltenen) Bereich mit einer rautenförmigen, d. h. vorliegend mit einer quadratischen Kontur bilden.

In entsprechender Weise lassen sich auch noch größere Abtasteinheiten mit einer größeren Anzahl an Fotoempfängern auf der Grundlage des vorstehenden erläuterten Prinzips bilden. Dabei gelten folgende Konstruktionsprinzipien, um die oben erläuterten Vorteile der Abtasteinheit zu gewähr leisten:

1. Die rautenförmigen (insbesondere quadratischen) Fotoemp fänger mit der Kantenlänge KL_F sind jeweils mit aneinan der anliegenden Kanten in Form eines rautenförmigen (insbesondere quadratischen) Arrays angeordnet, dessen eine Diagonale senkrecht zu dem abgetasteten Streifenmu ster orientiert ist.
2. Die Länge KL_A der Kanten des Arrays, die durch die Kanten nebeneinander angeordneter Fotoempfänger gebildet werden, ist jeweils eine geradzahliges Vielfaches der Kantenlänge KL_F der Fotoempfänger.
3. Je nach Kantenlänge des Arrays sind entweder sämtliche Plätze des Arrays mit Fotoempfängern belegt oder es sind in einem zentralen, rautenförmigen Bereich des Arrays keine Fotoempfänger vorgesehen. Dabei erfolgt die Bele gung des Arrays in Abhängigkeit von seiner Kantenlänge nach folgenden Grundsätzen:
- a) Kantenlänge des Arrays KL_A = 8 . n . KL_F, n = 1, 2, 3. . .: Das Array ist vollständig mit Fotoempfängern belegt.
- b) Kantenlänge des Arrays KL_A = 2 . (2 . n + 1) . KL_F, n = 1, 2, 3. . .: Im Array sind vier zentrale Plätze nicht mit einem Fotoempfänger belegt.
- c) Kantenlänge des Arrays KL_A = 4 . (2 . n + 1) . KL_F, n = 1, 2, 3. . .: Im Array sind 16 zentrale Plätze nicht mit einem Fotoempfänger belegt.

Anhand der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung für die Fotoempfänger 31-35, 31'-35' aus Fig. 2 zur Erzeugung der Signale für die absolute Positionsinformation wird deut lich, daß (ausgehend von der Fotoempfängermatrix aus Fig. 2) jeweils die Fotoempfänger über einen Subtrahierer 6 bzw. 7 in Differenz zusammengeschaltet sind, die Teilspuren abtasten, in denen die die Variation der Strichbreite be stimmenden trigonometrischen Funktionen um eine halbe Periode gegeneinander versetzt sind (also ein entgegenge setztes Vorzeichen aufweisen). Durch diese Art der Zusammen schaltung der einzelnen Fotoempfänger 31 bis 35, 31' bis 35' entstehen an den Ausgängen 8, 9 der beiden Subtrahie rer 6, 7 Signale, bei denen der Offset sowie die Gleichpege lunterschiede der einzelnen Spuren eliminiert sind. Ferner werden auch die Effekte des Übersprechens zwischen benach barten Teilspuren kompensiert, da die beiden Nachbarspuren einer gegebenen Teilspur jeweils durch trigonometrische Funktionen mit entgegengesetztem Vorzeichen charakterisiert sind.

Entsprechende Effekte können auch bei der Erzeugung der Inkrementalsignale erzielt werden, indem jeweils die Fo toempfänger 21 und 23 einerseits sowie 23 und 25 anderer seits, deren Phasenlage sich um eine halbe Periode unter scheidet, in Differenz zusammengeschaltet werden.

Zur Kompensation der Gleichpegelunterschiede sind entweder die Fotoempfänger 31, 35; 31', 35', die den beiden Inkremen talspuren 11, 15 mit der trigonoemtrischen Funktion sin x zugeordnet sind, nur halb so groß wie die übrigen Fotoemp fänger 32 bis 34; 32' bis 34', oder die Signale dieser Fotoempfänger werden in den Verstärkern nur mit einem geringeren Gewicht bewertet. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß zwei Teilspuren 11, 15 vorhanden sind, in denen die Strichbreite nach der trigonometrischen Funktion sin x variiert, während alle übrigen trigonometri schen Funktionen nur in jeweils einer Teilspur 12 bis 14 auftreten.

In Fig. 4 sind in Abhängigkeit von dem Winkel x die Signa le 80, 90 dargestellt, die an den Ausgängen 8, 9 der Schal tungsanordnung aus Fig. 3 im Betrieb des Positionsmeßsy stems anliegen, wobei hier aus Gründen einer übersichtli chen Darstellung eine Inkrementalspur eines Drehgebers mit zwanzig Strichen zugrundegelegt wurde. Die Signale in Fig. 4 repräsentieren somit 1,5 Umdrehungen der entsprechen den Teilscheibe bzw. einen Drehung um einen Winkel von 540°. Bei den Signalen 80, 90 handelt es sich (bis auf Faktoren und additive Konstanten) um die trigonometrischen Funktionen sin x (am ersten Ausgang 8 der Schaltungsanord nung) sowie cos x (am zweiten Ausgang 9 der Schaltungsanord nung). Aus diesen beiden Signalen 80, 90, deren Periode P = 360° dem Umfang der Inkrementalspur 1 auf der Teilschei be des Positionsmeßsystems entspricht, läßt sich die Lage zweier Objekte zueinander unmittelbar bestimmen (absolute Positionsinformation). Ferner erlaubt die Auswertung der um 90° zueinander versetzten Signale auch die Bestimmung der Drehrichtung.

In Fig. 4 sind ferner die beiden um 90° zueinander versetz ten Inkrementalsignale 71, 72 erkennbar, die von der in Fig. 2 gezeigten Abtasteinheit 2 erzeugt werden. Anhand dieser Signale mit einer kurzen Periode q lassen sich bei jeder Bewegung der mit dem Positionsmeßsystem ausgestatte ten Objekte zueinander die Strecke bzw. der Drehwinkel dieser Bewegung hochgenau bestimmen, sowie die Drehrichtung ermitteln.

Die Erfindung wurde bei dem vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel durchgängig anhand eines Positionsmeßsystems erläutert, bei dem die Inkrementalspur mittels einer Licht quelle beleuchtet und durch Fotoempfänger abgetastet wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Strichstruktur der Inkrementalspur läßt sich aber auch bei Positionsmeßsyste men mit anderen Sensortypen verwenden.

Ferner kann die Erfindung nicht nur, wie vorstehend be schrieben, bei rotatorischen Meßsystemen, sondern ebenso bei Linearmeßsystemen angewandt werden. Im letztgenannten Fall ist die Inkrementalspur beispielsweise in sechs Teil spuren unterteilt, denen drei periodisch oszillierende Funk tionen mit geringfügig unterschiedlicher Periode zugeordnet sind, so daß die Erzeugung der Absolutpositioninformation nach dem Noniusprinzip erfolgen kann. Dabei werden für die insgesamt drei unterschiedlichen trigonometrischen Funktio nen sechs Teilspuren benötigt, da zu jeder Teilspur mit einer definierten trigonometrischen Funktion eine weitere Teilspur mit der um eine halbe Periode phasenverschobenen Funktion vorgesehen sein soll.

Claims

1. Positionsmeßsystem zur Bestimmung der relativen Lage zweier zueinander beweglicher Objekte mit

- einer dem ersten Objekt zugeordneten Inkrementalspur mit einer periodischen Strichstruktur,
- einer dem zweiten Objekt zugeordneten Abtasteinheit zur Abtastung der Strichstruktur und zur Erzeugung eines entsprechenden Inkrementalsignales sowie
- Mitteln zur Erzeugung einer Absolutpositionsinformati on bezüglich der Lage der zueinander beweglichen Objekte,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung (b) der Striche (s) entlang der Er streckungsrichtung (E) der Inkrementalspur (1) zumindest auf einem Teil der Breite (1) der Inkrementalspur (1) derart variiert, daß der periodischen Strichstruktur eine Struktur mit einer Absolutpositionsinformation über lagert ist.

2. Positionsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die einzelnen Striche (s) der Inkremental spur (1) Abschnitte (s1-s5) unterschiedlicher Ausdeh nung (b) in Erstreckungsrichtung (E) der Inkremental spur (s) aufweisen.

3. Positionsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die einzelnen Striche (s) der Inkremental spur (1) zumindest über einen Teil der Breite (1) der In krementalspur (1) jeweils im wesentlichen die gleiche Fläche überdecken.

4. Positionsmeßsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verhältnis der von den einzelnen Strichen (s) der Inkrementalspur (1) jeweils überdeckten Fläche zu der von einer jeweils benachbarten Lücke (u) der Inkrementalspur (1) überdeckten Fläche zumindest über einen Teil der Briete (1) der Inkrementalspur (1) im wesentlichen konstant und dabei vorzugsweise gleich Eins ist.

5. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Ausdehnung (b) der Striche (s) nach einer oszillierenden Funktion, insbesondere einer periodisch oszillierenden Funktion erfolgt.

6. Positionsmeßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Periode (P) der oszillierenden Funktion min destens so groß ist wie die Länge der Inkremental spur (1).

7. Positionsmeßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Inkrementalspur mindestens zwei periodisch oszillierende Funktionen überlagert sind, deren Perioden sich derart unterscheiden, daß die Erzeugung der Absolut positioninformation nach dem Noniusprinzip erfolgt.

8. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkrementalspur (1) quer zu ihrer Erstreckungsrichtung (E) in mindestens zwei Teilspuren (11-15) unterteilt ist, die jeweils eine charakteristische Variation der Ausdehnung (b) der Striche (1) aufweisen.

9. Positionsmeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Variation der Ausdehnung (b) der Stri che (s) in den einzelnen Teilspuren (11-15) jeweils nach derselben mathematischen Funktion erfolgt und daß zwischen unterschiedlichen Teilspuren (11-15) eine Pha sendifferenz besteht.

10. Positionsmeßsystem nach Anspruch 6 und 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Variation der Ausdehnung (b) der Striche (s) in den einzelnen Teilspuren (11-15) nach einer einheitlichen oszillierenden Funktion, insbesonde re einer periodisch oszillierenden Funktion erfolgt.

11. Positionsmeßsystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß in den einzelnen Teilspuren (11-15) die Variation der Ausdehnung (b) der Striche (s) nach einer trigonometrischen Funktion erfolgt.

12. Positionsmeßsystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß in den einzelnen Teilspuren (11-15) die Ausdehnung (b) der Striche (s) derart variiert, daß die Variation des Verhältnisses der Ausdehnung (b) der Striche (s) zu der Ausdehnung (c) einer jeweils benach barten Lücke (u) derselben Teilspur (11-15) nach einer trigonometrischen Funktion erfolgt.

13. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilspur (11, 12) mit einer bestimmten periodisch oszillierenden Funktion eine andere Teilspur (13, 14) mit der um eine halbe Periode phasenverschobenen Funktion zugeordnet ist.

14. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilspur (11, 13) mit einer bestimmten periodisch oszillierenden Funktion eine Teilspur (12, 14) mit der um eine weniger als eine halbe Periode, insbesondere eine viertel Periode phasen verschobenen trigonometrischen Funktion vorgesehen ist.

15. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Teilspu ren (11-15) vorgesehen sind, wobei die periodisch oszillierenden Funktionen benachbarter Teilspuren (11, 12; 12, 13; 13, 14; 14, 15) jeweils um einen konstanten Wert gegeneinander phasenverschoben sind.

16. Positionsmeßsystem nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß fünf Teilspuren (11-15) vorgesehen sind, wobei die periodisch oszillierenden Funktionen be nachbarter Teilspuren (11, 12; 12, 13; 13, 14; 14, 15) jeweils um eine viertel Periode gegeneinander phasenver schoben sind.

17. Positionsmeßsystem nach einem der. Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Absolutpo sitionsinformation jeder Teilspur (11-15) der Inkre mentalspur (11) ein eigener Sensor (31-35, 31'-35') an dem zweiten Objekt zugeordnet ist.

18. Positionsmeßsystem nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder Teilspur (11-15) zwei in Erstrec kungsrichtung (E) der Inkrementalspur (1) voneinander beabstandete Sensoren (31-35, 31'-35') zugeordnet sind.

19. Positionsmeßsystem nach Anspruch 14 und Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssigna le der Sensoren (31, 33, 35, 31', 33', 35'; 32, 34, 32', 34'), die den um eine halbe Periode gegeneinander phasenverschobenen Teilspuren (11, 13, 15; 12, 14) zugeordnet sind, addiert werden.

20. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Abso lutpositionsinformation vorgesehenen Sensoren (31-35, 31'-35') unabhängig von der Abtasteinheit (2) zur Er zeugung der Inkrementalsignale sind.

21. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (2) und ein zur Erzeugung der Absolutpositionsinformation vorgesehenes Sensorsystem (3, 3') jeweils durch Fotoemp fänger (21-24, 31-35, 13'-35') gebildet werden, denen eine gemeinsame Lichtquelle (4) zur Bestrahlung der Inkrementalspur zugeordnet ist.

22. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (2) zur Erzeugung der Inkrementalsignale solche Teile der Inkrementalspur (1) abtastet, die die Absolutpositi onsinformation enthalten.

23. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (2) zur Erzeugung der Inkrementalsignale durch eine Sensor-Ma trix gebildet wird und daß jeweils die Sensoren (21, 23; 22, 24) zusammengeschaltet werden, die Teilspu ren (11, 13, 15; 12, 14) mit einer um eine halbe Peri ode phasenverschobenen trigonometrischen Funktion abtasten.

24. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (2) zur Erzeugung der Inkrementalsignale durch eine Sensor- Matrix aus 4 . n Sensoren (21-24) gebildet wird, wobei n größer oder gleich 2 ist, daß sowohl die Kontur der Abtasteinheit (2) als auch die empfindlichen Flächen der Sensoren (21-24) jeweils durch Rauten gebildet werden und daß jeweils eine Diagonale (e) der empfindli chen Fläche jedes. Sensors (21-24) parallel zu einer Diagonalen (f) der Abtasteinheit (2) verläuft.

25. Abtasteinheit zur Erzeugung phasenversetzter Abtastsi gnale bei Abtastung eines Streifenmusters, das aus der Wechselwirkung eines von einer Strahlungsquelle emit tierten Strahlenbündels mit mindestens einer Messtei lung resultiert und das eine Mehrzahl parallel zueinan der verlaufender, längserstreckter Streifen aufweist, wobei die Abtasteinheit ein rautenförmiges Array aus rautenförmigen Sensorelementen umfaßt, die zur Bildung des Arrays mit ihren Kanten aneinander grenzen, und wobei eine Diagonale das Arrays senkrecht zur Erstrec kungsrichtung der Streifen verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (K_A) des Arrays jeweils durch die Kan ten (K_F) einer geraden Anzahl nebeneinander angeordne ter, rautenförmiger Sensorelemente (210, 220, 230, 240) gebildet werden, daß die Kanten (K_A) des Arrays jeweils durch die Kanten (K_F) mindestens sechs nebeneinander an geordneter, rautenförmiger Sensorelemente (210, 220, 230, 240) gebildet werden und daß das Array in Abhängig keit von seiner Kantenlänge (KL_A) entweder vollständig mit Sensorelementen (210, 220, 230, 240) belegt ist oder ein zentraler, rautenförmiger Bereich des Arrays nicht mit Sensorelementen (210, 220, 230, 240) belegt ist, wobei mit n als natürlicher Zahl gilt:

a) falls die Kanten (K_A) des Arrays jeweils durch die Kanten (K_F) von 8 . n Sensorelementen gebildet werden, so ist das Array vollständig mit Sensorelementen be legt,
b) falls die Kanten (K_A) des Arrays jeweils durch die Kanten (K_F) von 2 . (2n + 1) Sensorelementen gebildet werden, so ist ein zentraler rautenförmiger Bereich des Arrays nicht mit Sensorelementen belegt, der zur Belegung mit vier Sensorelementen geeignet wäre.
c) falls die Kanten (K_A) des Arrays jeweils durch die Kanten (K_F) von 4 . (2n + 1) Sensorelementen gebildet werden, so ist ein zentraler rautenförmiger Bereich des Arrays nicht mit Sensorelementen belegt, der zur Belegung mit sechzehn Sensorelementen geeignet wäre.

26. Abtasteinheit nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (210, 220, 230, 240) derart angeordnet sind, daß Abtastsignale mit unterschiedli chen Phasenlagen erzeugt werden.

27. Abtasteinheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Sensorelemente (210, 220, 230, 240) Abtastsignale mit den Phasenlagen 90°, 180°, 270° und 360° erzeugen.

28. Abtasteinheit nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekenn zeichnet, daß diejenigen Sensorelemente (210, 220, 230, 240), die Abtastsignale identischer Phasenlage erzeu gen, jeweils miteinander verschaltet sind.

29. Abtasteinheit nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastsignale Inkremen talsignale bilden.

30. Abtasteinheit nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (210, 220, 230, 240) durch Fotoempfänger gebildet werden.