DE19633337A1 - Positionsmeßsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Positionsmeßsystem zur Bestim­ mung der Lage zweier zumindest entlang einer Ebene relativ zueinander beweglicher Objekte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Durchführung einer Positi­ onsmessung mit diesem Meßsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 25.

Ein derartiges Positionsmeßsystem findet beispielsweise bei Längen- und Winkelmeßeinrichtungen Anwendung.

Aus der EP 0 660 085 A1 ist ein absolutes Positionsmeßsy­ stem zur Bestimmung der Lage zweier entlang einer definier­ ten Meßrichtung zueinander beweglicher Objekte bekannt. Dabei ist am ersten Objekt eine Strichstruktur in Form einer in Meßrichtung verlaufenden Spur angeordnet. Die Striche innerhalb der Spur weisen eine Winkelneigung bezüg­ lich der Meßrichtung auf. Am zweiten Objekt ist ein Sensor­ array mit einer linearen Matrix von Sensorelementen vorgese­ hen und mit einer Auswerteelektronik ausgestattet. Der Er­ fassungsbereich des Sensorarrays weist eine von dem Nei­ gungswinkel der Striche der Spur und von der Meßrichtung abweichende Winkelneigung auf.

Die Meßwerterfassung durch das Sensorarray erfolgt derart, daß der Auswerteelektronik Analogwerte in Form eines Feldes von Flankenpositionswerten als Positionsinformationen zur Verfügung gestellt werden. Dazu stellt jeweils ein Element des Sensorarrays den Mittelwert der von ihm ermittelten Helligkeitsverteilung über das Element zur Verfügung. Aus der Folge dieser Analogwerte (Flankenpositionswerte) wird die exakte Lage des Sensorarrays bezüglich der nichtperiodi­ schen Strichstruktur bestimmt, wobei die erzielbare Auflö­ sung unterhalb der Teilung des Sensorarrays liegt.

Dieses Positionsmeßsystem weist bei einfacher Konstruktion und Montage eine hohe Dynamik und Auflösung auf. Es hat jedoch den Nachteil, daß es lediglich zur Bestimmung der Lage zweier entlang einer definierten Richtung (eindimensio­ nal) zueinander beweglicher Objekte vorgesehen ist.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 94/03775 ist ein Verfahren zur Lagebestimmung eines Positionierkörpers relativ zu einem Bezugskörper bekannt. Dabei trägt der Positionierkörper eine Maßstabsanordnung bekannter Marken und der Bezugskörper einen Abtaster mit einer Projektions­ fläche, auf die die Marken des Maßstabes projiziert werden, sowie eine Abbildungsoptik. Bei diesem Verfahren werden die Koordinaten des Projektionszentrums der Abbildungsoptik aus den bekannten Koordinaten der Marken auf der Maßstabsanord­ nung über die projektive Verwandtschaft zwischen der Projek­ tionsfläche des Abtasters und der Ebene der Maßstabsanord­ nung berechnet. Dazu wird eine Maßstabsanordnung aus zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Flächenmaßstäben verwendet, deren Marken jeweils Überschneidungsbereiche bilden. Der Berechnung der Koordinaten des Projektionszen­ trums werden dabei wenigstens vier eine Fläche begrenzende Schwerpunkte von Überschneidungsbereichen der Marken beider Flächenmaßstäbe als bekannte Koordinaten von Marken zugrun­ degelegt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Abtastung der auf dem Positionierkörper angeordneten Flächenmaßstäbe sowie die Auswertung der dabei gewonnenen Daten sehr aufwen­ dig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positionsmeß­ system der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Dynamik und Auflösung aufweist und gleichzeitig eine möglichst einfache Konstruktion und Anwendbarkeit gestat­ tet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Positionsmeßsy­ stem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Verfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zuein­ ander beweglicher Objekte mit einem derartigen Positionsmeß­ system wird durch die Merkmale des Anspruchs 25 charakteri­ siert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Bestimmung der Lage zweier zueinander beweglicher Objekte verbessert werden kann, wenn der (an einem der Objekte angeordnete) Codeträger mehrere entlang seiner Oberfläche verlaufende und mindestens zwei unterschiedliche Spurtypen repräsentie­ rende Spuren aufweist, wobei die Spuren eines Spurtyps jeweils in codierter Form die absolute Positionsinformation für (genau) eine Koordinatenrichtung enthalten. Das (an dem anderen Objekt angeordnete) Sensorsystem umfaßt eine Matrix von Sensorelementen, deren Abtastbereich bei jeder Lage der beiden Objekte zueinander mit mindestens zwei Spuren unter­ schiedlicher Spurtypen in Eingriff steht.

Dieses absolute Positionsmeßsystem erfordert zur Bestimmung der Lage zweier zumindest entlang einer Ebene zueinander beweglicher Körper keine komplizierte Auswertung von sich überschneidenden und gegenseitig durchdringenden Flächenmaß­ stäben, wozu auch ein entsprechend komplexes, flächenhaftes Erfassungssystem notwendig ist. Vielmehr ist die absolute Positionsinformation in Spuren verschiedener Spurtypen enthalten, die jeweils die Positionsbestimmung entlang einer definierten Koordinatenrichtung ermöglichen. Die Spuren unterschiedlicher Spurtypen bilden dabei keine Über­ schneidungsbereiche, d. h., die Absolutpositionsinformation für die verschiedenen Koordinatenrichtungen ist in räumlich voneinander getrennten Spuren des Codeträgers enthalten.

Es gibt eine große Vielfalt an Möglichkeiten, diese Spuren relativ zueinander anzuordnen. Es ist sogar möglich, daß die Spuren, die die Absolutpositionsinformation für unter­ schiedliche Koordinatenrichtungen enthalten, parallel zueinander verlaufen.

Unter dem Begriff "Koordinatenrichtung" wird dabei eine definierte Richtung innerhalb eines Koordinatensystems verstanden, in dem die Bewegung der beiden Objekte beschrie­ ben werden kann. Diese Koordinatenrichtungen müssen keines­ falls mit den Achsen des Koordinatensystems zusammenfallen, obwohl dies prinzipiell möglich und bei einigen Ausführungs­ formen der Erfindung vorteilhaft ist. Andererseits sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen die Anzahl an Spurtypen, welche Strichstrukturen für jeweils eine Koordinatenrichtung enthalten, größer ist als die Anzahl der Koordinatenachsen. Dies tritt z. B. auf, wenn Spuren dreier unterschiedlicher Spurtypen in einer Ebene angeordnet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Spuren als Absolutpositionsinformation eine nichtperi­ odische Strichstruktur auf, die beispielsweise durch paral­ lel zueinander verlaufende Striche gebildet werden kann, die unterschiedliche Abstände und/oder unterschiedliche Breiten besitzen.

Dabei können sich die Spuren unterschiedlicher Spurtypen in der Spurrichtung und/oder der Ausrichtung der Striche unterscheiden.

In diesem Zusammenhang wird unter einem "Strich" jede Markierung verstanden, die aufgrund ihrer Längsausdehnung eine Richtung definiert; es handelt sich also nicht um Striche als Linien im engeren Sinne. Vielmehr werden auch Balken (Rechtecke, die einer ersten Richtung eine deutlich größere Ausdehnung aufweisen als in der zweiten) und dergl. erfaßt.

Eine aus parallel zueinander verlaufenden Strichen bestehen­ de Spur enthält regelmäßig die Absolutpositionsinformation für die Koordinatenrichtung senkrecht zur Erstreckungsrich­ tung der Striche. Die Koordinatenrichtung stimmt dabei im allgemeinen nicht mit der Spurrichtung überein, obwohl auch dies möglich ist.

Bei der Verwendung eines Strichstrukturcodes umfaßt das Sen­ sorsystem vorzugsweise eine lineare Matrix von Sensorelemen­ ten, deren Abtastbereich bei jeder Lage der beiden Objekte zueinander mit mindestens zwei Spuren unterschiedlicher Spurtypen in Eingriff steht, deren Strichrichtung jeweils in einem endlichen Winkel (d. h. größer als 0°) zu diesem Abtastbereich geneigt ist.

Der Eingriffsbereich muß dabei groß genug sein, um aus jeder der beiden Spuren jeweils die Absolutpositionsinforma­ tion für die zugehörige Koordinatenrichtung ermitteln zu können. Aus der Absolutpositionsinformation für zwei unter­ schiedliche Koordinatenrichtungen läßt sich die relative Lage der beiden Objekte in einer Ebene ermitteln.

Diese Ausführungsform der Erfindung ist ausdrücklich nicht darauf beschränkt, daß das Sensorsystem aus genau einer linearen Matrix von Sensorelementen besteht. Es ist denk­ bar, daß zwei lineare Sensorsysteme parallel oder kreuzwei­ se angeordnet werden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um bei der Auswertung der Positionsinformationen durch Redundanz die Meßsicherheit zu erhöhen.

Im Sinne einer Vereinfachung der Meßanordnung ist jedoch die Verwendung genau einer linearen Matrix von Sensorelemen­ ten als Sensorsystem besonders vorteilhaft.

Eine bevorzugte Variante der vorbeschriebenen Ausführungs­ form der Erfindung, die insbesondere als Zweikoordinaten-Po­ sitionsmeßsystem verwendet wird, ist dadurch charakteri­ siert, daß die Spuren sämtlicher Spurtypen parallel zueinan­ der angeordnet sind, wobei sowohl die Striche der Spuren als auch der Abtastbereich des Sensorsystems zu der Spur­ richtung in einem endlichen Winkel geneigt verlaufen. Der Neigungswinkel zwischen Strich- und Spurrichtung sollte sich von dem Neigungswinkel zwischen Abtastbereich und Spurrichtung unterscheiden und beträgt vorzugsweise weniger als 90°.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß auf dem Code­ träger Spuren zweier unterschiedlicher Spurtypen alternie­ rend nebeneinander angeordnet sind, daß der Abtastbereich des Sensorsystems senkrecht zu der Spurrichtung verläuft und daß der Betrag des Neigungswinkels zwischen Spurrich­ tung und Strichrichtung für beide Spurtypen identisch ist, wobei die Striche der beiden Spurtypen zur Bildung eines or­ thogonalen Koordinatensystems vorzugsweise senkrecht aufein­ ander stehen.

Ferner kann vorgesehen sein, daß sämtliche Spuren eines Spurtyps eine identische Strichstruktur aufweisen, wobei sich die Strichstrukturen (mit der Positionsinformation für eine bestimmte Koordinatenrichtung) senkrecht zu der jewei­ ligen Koordinatenrichtung entlang des Codeträgers peri­ odisch fortsetzen. Die gesamte Positionsinformation ist dann in zwei unterschiedlichen Spuren mit nichtperiodischer Strichstruktur enthalten, die entlang der Trägerebene peri­ odisch (z. B. alternierend) nebeneinander angeordnet sind.

Durch die zusätzliche Anordnung von Spuren mit Strichen parallel zur Spurrichtung wird eine Unterstützung bei der Justierung des Meßsystems und bei der Fehlerkorrektur während der Messung geschaffen. Diese zusätzlichen Bezugs­ spuren verlaufen vorzugsweise neben den Spuren mit nichtpe­ riodischer Strichstruktur, wobei der Abtastbereich des Sensorsystems bei jeder Lage der beiden Objekte zueinander mit mindestens zwei der (identisch aufgebauten) Bezugsspu­ ren in Eingriff steht.

Darüber hinaus können zur Bestimmung des Neigungswinkels zwischen Sensorsystem und Codeträger zusätzlich Spuren mit einer periodischen Strichstruktur vorgesehen sein, die durch parallel zueinander verlaufende, zu dem Abtastbereich des Sensorsystems und zu der Spurrichtung in einem endli­ chen Winkel geneigte Striche gebildet werden. Die Neigung dieser Striche zu dem Abtastbereich des Sensorsystems beträgt vorzugsweise weniger als 10°.

Wenn die Striche benachbarter Spuren dieses Typs bezüglich der Spurrichtung spiegelbildlich zueinander angeordnet sind und der Abtastbereich des Sensorsystems bei jeder Lage der beiden Objekte zueinander mit mindestens zwei dieser Spuren in Eingriff steht, dann können Abweichungen von der ge­ wünschten Neigung des Sensorsystems bezüglich der Spurrich­ tung mit hoher Genauigkeit erkannt werden; denn jede Win­ kelabweichung des Sensorsystems bewirkt eine unterschiedli­ che Abbildung der Linienabstände der beiden Spuren auf dem Sensorsystem.

Eine andere besonders bevorzugte Variante der Erfindung bezieht sich auf ein Positionsmeßsystem, mit dem neben der Lage auch die Richtung (Winkelneigung) zweier zueinander beweglicher Objekte bestimmt werden soll. (Im Gegensatz dazu wird die vorbeschriebene Variante der Erfindung vor­ zugsweise als reines x,y-Positionsmeßsystem verwendet, bei dem die Winkelbestimmung mittels zusätzlicher periodischer Spuren zur Justage des Systems und zur Fehlerkorrektur dient.)

Bei dieser zweiten Variante des Positionsmeßsystems sind auf dem Codeträger Spuren mindestens dreier unterschiedli­ cher Spurtypen mit nichtperiodischer Strichstruktur vorgese­ hen, die sich in der Spurrichtung unterscheiden und bei denen die Strichstruktur jeweils parallel zur Spurrichtung verläuft.

Aufgrund der unterschiedlichen Spurrichtungen könnten sich hierbei die Spuren unterschiedlicher Spurtypen durchdringen und dadurch überdecken. Daher ist bei dieser Erfindungsvari­ ante zur Vermeidung der Bildung von Überschneidungsberei­ chen vorgesehen, daß die Spuren geeignete Unterbrechungen aufweisen, d. h., die Spuren sind lediglich abschnittsweise auf den Codeträger aufgetragen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Erfindungsvari­ ante sind benachbarte Spuren vom gleichen Spurtyp in einem konstanten Abstand voneinander angeordnet, wobei die Spuren des Codeträgers insgesamt drei unterschiedliche Spurtypen repräsentieren, die jeweils in einem Winkel von 120° zuein­ ander verlaufen.

Das Positionsmeßsystem als solches ist vorzugsweise als optisches Meßsystem ausgebildet, wobei der Codeträger von einer Lichtquelle beleuchtet und von dem Sensorsystem optisch abgetastet wird.

Ein Verfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zuein­ ander beweglicher Objekte mit dem oben beschriebenen Positi­ onsmeßsystem ist durch die Merkmale des Anspruchs 25 charak­ terisiert.

Bei diesem Verfahren stellt jedes Element des Sensorsystems einen repräsentativen Wert der von ihm gemessenen Intensi­ tätsverteilung zur Bildung eines Sensorsignals zur Verfü­ gung. Die Auswertung dieses Signals erfolgt dadurch, daß die Auswerteinheit codespezifische Merkmale der Spuren in dem Abtastbereich des Sensorsystems ermittelt und decodiert und die von dem Abtastbereich des Sensorsystems erfaßten Teile der Spuren jeweils bestimmten Abschnitten des Sensor­ systems zuordnet.

Dieses Verfahren zeichnet sich vor allen dadurch aus, daß mit nur einem Sensorsystem (Sensorarray) die Position zweier zumindest entlang einer Ebene zueinander beweglicher Objekte bestimmt werden kann, indem Spuren abgetastet werden, die jeweils die Absolutpositionsinformation entlang einer Koordinatenrichtung enthalten. Eine aufwendige Abta­ stung sich überschneidender und gegenseitig durchdringender Flächenmaßstäbe mit entsprechend komplexen Flächensensoren ist nicht erforderlich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird der Codeträger von einer Lichtquelle beleuchtet und von dem Sensorsystem optisch abgetastet, wobei zur Bildung des Sensorsignals jedes Sensorelement einen mittleren Hel­ ligkeitswert zur Verfügung stellt. Es sind aber auch magne­ tische, kapazitive oder pneumatische Abtastverfahren mög­ lich.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Codeträger verwendet, der Spuren mit einer nichtperiodischen Strichstruktur aufweist, wobei zur Ermitt­ lung codespezifischer Merkmale der Spuren aus dem Sensorsi­ gnal die Positionen der Signalflanken bestimmt werden, die den Unstetigkeitsstellen der Strichstruktur entsprechen. Die Abtastung der Strichstruktur erfolgt vorzugsweise mittels eines linearen Sensorarrays als Sensorsystem.

Die Strichstrukturen werden bei einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens durch parallel zueinander ver­ laufende und zu der jeweiligen Spurrichtung in einem endli­ chen Winkel geneigte Striche gebildet. Bei dieser Gestal­ tung des Codeträgers wird das Verfahren vorzugsweise zur Zweikoordinaten-Positionsbestimmung eingesetzt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß auf dem Codeträger zusätz­ lich Bezugsspuren mit mindestens einem parallel zur Spur­ richtung verlaufenden Strich vorgesehen sind und daß durch die Abtastung der Bezugsspuren die Grenzen der einzelnen Spuren sowie bei Verwendung eines optischen Systems der Ab­ bildungsmaßstab bestimmt werden.

Indem durch die Abtastung der Bezugsspuren der Abstand zwischen dem Sensorsystem und dem Codeträger senkrecht zu dem Codeträger bestimmt wird (beispielsweise aufgrund der Abstandsabhängigkeit des Abbildungsmaßstabs), kann neben der Positionsbestimmung in einer Meßebene auch eine Bestim­ mung der relativen Lage senkrecht zu dieser Ebene vorgenom­ men werden. Das Positionsmeßsystem und das zugehörige Meßverfahren sind daher nicht auf zweidimensionale Positi­ onsmessungen beschränkt.

Weiterhin können auf dem Codeträger zusätzliche Spuren mit einer periodischen Strichstruktur angeordnet sein, die durch parallel zueinander verlaufende, zu der Spurrichtung und zu dem Abtastbereich des Sensorsystems jeweils in einem endlichen Winkel geneigte Striche gebildet werden und durch deren Abtastung die Winkellage der beiden Objekte zueinan­ der bestimmt wird, indem die Lage definierter Merkmale dieser Spuren bezüglich eines vorgebbaren Bezugspunktes ermittelt wird.

Bei einer zweiten besonders vorteilhaften Variante des er­ findungsgemäßen Verfahrens wird zur Positionsbestimmung ein Codeträger verwendet, auf dem Spuren mindestens dreier un­ terschiedlicher Spurtypen mit nichtperiodischer Strichstruk­ tur vorgesehen sind, die sich in der Spurrichtung unter­ scheiden und bei denen die Strichrichtung jeweils parallel zur Spurrichtung verläuft.

Bei diesem Verfahren werden zur Bestimmung der Lage und der Richtung des Sensorsystems bezüglich des Codeträgers minde­ stens zwei der Spuren unterschiedlicher Spurtypen entlang ihrer Breite vollständig von dem Abtastbereich des Sensorsy­ stems erfaßt, wobei die Erfassung einer vollständigen Spur anhand charakteristischer, allen Spuren gemeinsamer Merkma­ le erkannt wird. Ferner wird jeder im Abtastbereich des Sen­ sorsystems liegenden Spur durch Decodierung eine Geraden­ gleichung zugeordnet, die den Verlauf der jeweiligen Spur auf dem Codeträger beschreibt und deren Lage bezüglich des Abtastbereiches ermittelt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Positionsmeß­ systems;

Fig. 2 die Codierung des Positionsmeßsystems nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt des Codes aus Fig. 2;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Positionsmeß­ systems;

Fig. 5 die Codierung des Positionsmeßsystems nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Ausschnitt des Codes aus Fig. 5;

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel des Positionsmeß­ systems;

Fig. 8 die Codierung des Positionsmeßsystems nach Fig. 7;

Fig. 9 einen Ausschnitt des Codes aus Fig. 8.

In Fig. 1 ist ein Zweikoordinaten-Absolutpositionsmeßsystem für zwei (zumindest entlang einer Ebene) zueinander bewegli­ che Objekte 10, 20 dargestellt, bei dem am ersten Objekt 10 ein Codeträger 7 und am zweiten Objekt 20 eine lineare CCD-Zeile der Länge l′ als Sensorsystem 6 angeordnet ist. Dabei wird die in den Fig. 2 und 3 gezeigte, aus unter­ schiedlichen Spuren S_x, S_y, S_k bestehende Strichstruktur des Codeträgers 7 mittels einer Lichtquelle 1 beleuchtet und mittels des Sensorsystems 6 über ein optisches System 2 abgetastet, dessen optische Achse 3 senkrecht zum Codeträ­ ger 7 verläuft und das mit einer schematisch dargestellten Auswerteinheit 8 verbunden ist.

Der Codeträger 7 ist als lichtdurchlässige Codescheibe aus­ geführt, wobei der lichtundurchlässige Strichstrukturcode auf dessen Oberfläche aufgetragen ist. Dieser Code umfaßt Spuren S_x, S_y, S_k die drei unterschiedliche Spurtypen repräsentieren, die jeweils durch parallel zueinander ver­ laufende Striche gebildet werden und die alle in der glei­ chen Richtung R_s ausgerichtet sind.

Die Striche der Spuren S_x und S_y vom ersten und zweiten Spurtyp besitzen eine nichtperiodische Strichstruktur, die durch eine Variation der Breite der Striche und/oder des Abstandes zwischen den Strichen erzeugt wird. Diese Spu­ ren S_x und S_y enthalten in verschlüsselter Form die Absolut­ positionsinformation entlang der Koordinatenrichtungen x bzw. y.

Die Anstiegswinkel α₁, α₂ der Striche beider Spuren S_x, S_y sind bezüglich der Spurrichtung R_s derart geneigt, daß die Summe der Beträge beider Anstiegswinkel α₁, α₂ zur Bildung eines orthogonalen x,y-Koordinatensystems einen rechten Winkel ergibt. Zur Erlangung gleicher Auflösung in beiden Koordinatenrichtungen x, y betragen die Beträge der An­ stiegswinkel α₁, α₂ dabei jeweils 45°.

Die Spuren S_x, S_y vom ersten und zweiten Spurtyp sind alternierend nebeneinander angeordnet, wobei zwischen zwei dieser Spuren jeweils eine Spur S_k vom dritten Spurtyp verläuft, deren Striche parallel zur Spurrichtung R_s verlau­ fen. Ferner weisen sämtliche Spuren S_x bzw. S_y eines Spur­ typs eine identische Strichstruktur auf, so daß die Strich­ struktur der Spuren S_x vom ersten Spurtyp (mit der Absolut­ positionsinformation entlang der x-Richtung) eine Periodizi­ tät entlang der y-Richtung und die Strichstruktur der Spuren S_y vom zweiten Spurtyp (mit der Absolutpositionsin­ formation entlang der y-Richtung) eine Periodizität entlang der x-Richtung besitzt.

Die Spuren S_k vom dritten Spurtyp dienen der Begrenzung der Spuren S_x, S_y vom ersten und zweiten Typ sowie zur Justie­ rung des Positionsmeßsystems und zur Fehlerkorrektur und weisen sämtlich eine identische, periodische Strichstruktur auf.

Die Anordnung des linearen Sensorsystems 6 erfolgt vorzugs­ weise im rechten Winkel β zu der Spurrichtung R_s. Da das vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere als reines x,y-Positionsmeßsystem verwendet wird (keine Winkelmes­ sung), wird diese Winkellage während der Positionsmessung konstant gehalten.

Ferner muß das Sensorsystem 6 eine derartige Ausdehnung auf­ weisen, daß dessen Erfassungsbereich 4 der Länge l bei jeder Lage der beiden Objekte 10, 20 zueinander mit jeweils mindestens einer der Spuren S_x, S_y vom ersten und zweiten Typ derart in Eingriff steht, daß die Absolutpositionsinfor­ mation für beide Koordinatenrichtungen x, y entschlüsselt werden kann.

Die Auswertung der oben beschriebenen, von dem Sensorsystem 6 abgetasteten Strichstruktur erlaubt sowohl eine Abso­ lutpositionsmessung der Lage der beiden Objekte 10, 20 zueinander als auch eine Fehlerkorrektur bei der Positions­ messung und eine Unterstützung der Justage des Meßsystems, wie im folgenden detailliert erläutert werden wird.

Grundlage für die Positionsmessung ist die Verschlüsselung der Absolutposition entlang jeweils einer Koordinatenrich­ tung x, y in den Spuren S_x, S_y vom ersten und zweiten Spurtyp. Dazu werden die Striche innerhalb dieser Spuren S_x, S_y nach einem definierten System angeordnet und deren Abstand und/oder Breite geeignet variiert (Codie­ rung). Dabei ist sicherzustellen, daß das Strichmuster innerhalb einer Spur S_x oder S_y keine Wiederholungen auf­ weist und zu jedem von dem Sensorsystem 6 abgetasteten Muster eine genau definierte Absolutposition entlang der jeweiligen Koordinatenrichtung x bzw. y ermittelbar ist.

Zur Codierung erweist sich insbesondere eine Blockcodierung als günstig, bei der jeder Codeblock eine konstante Länge aufweist und die darin enthaltenen Striche eine verschlüssel­ te Codenummer enthalten. Dabei können jeweils bestimmte Strichtypen zur Definition des Beginns und/oder des Endes eines Codeblocks vorgesehen sein.

Es ist hierbei erforderlich, daß der von dem Sensorsystem 6 abgetastete Bereich 4 der Strichstruktur hinreichend groß ist, damit in jeder Koordinatenrichtung x, y zumindest eine Codenummer zuverlässig ermittelt werden kann. (Dazu ist es allerdings nicht notwendig, daß jeweils mindestens ein Codeblock vollständig erfaßt wird; die entsprechende Infor­ mation läßt sich auch bei der teilweisen Erfassung benach­ barter Codeblöcke einer Spur gewinnen.)

Aus den durch Decodierung der Spurinformation gewonnenen Blocknummern und der Lage des Blockbildes auf dem Sensorsy­ stem 6 kann die Absolutposition in beiden Koordinatenrich­ tungen x, y ermittelt werden.

Weitere Einzelheiten zur Abtastung einer Spur mit nichtperi­ odischer Strichstruktur zur Gewinnung der Absolutpositi­ onsinformation in einer Koordinatenrichtung werden in der europäischen Patentanmeldung 0 660 085 A1 erläutert, auf die in vollem Umfang Bezug genommen wird.

Zur Fehlerkorrektur werden vorliegend zwei Spuren S_k mit Strichen längs der Spurrichtung R_s herangezogen, d. h. von dem Sensorsystem 6 müssen mindestens zwei dieser Spuren S_k erfaßt werden. Dann können bei Benutzung eines optischen Systems 2 beispielsweise Abweichungen der optischen Vergröße­ rung l/l′ von dem bei der Justage des Systems eingestellten Wert kompensiert werden. Diese Korrektur erfolgt in der Weise, daß die Spuren S_k mit Strichen längs der Spurrich­ tung, die ja alle die gleiche, bekannte Strichkonfiguration aufweisen, unter der gewünschten Vergrößerung auf dem Sen­ sorsystem 6 abgebildet werden.

Bei der Justage des Meßsystems werden ebenfalls die Spu­ ren S_k mit Strichen parallel zur Spurrichtung R_s benutzt, um die optische Vergrößerung l/l′ durch Einstellung der Lage des Sensorsystems 6 und/oder des Codeträgers 7 entlang der z-Richtung festzulegen.

Zusätzlich erlaubt die Auswertung der Positionsdifferenzen definierter Codestrukturmerkmale der Striche benachbarter Spuren S_x und S_y mit nichtperiodischer Strichstruktur bezüglich der von diesen beiden Spuren eingeschlossenen Spur S_k mit Strichen parallel zur Spurrichtung R_s durch Ab­ gleich dieser Codestrukturmerkmale auf Abstandsgleichheit bezüglich Mitte der jeweils eingeschlossenen Spur S_k die winkelgenaue Einstellung des Sensorsystems 6.

Somit ist also neben der x,y-Positionsinformation grundsätz­ lich auch die Winkellage des Sensorarrays 6 bezüglich des Codeträgers 7 ermittelbar. Die Ermittlung der Winkellage erfolgt allerdings in erster Linie zur Justage des Positi­ onsmeßsystems, das vorzugsweise als reines x,y-Meßsystem eingesetzt wird, sowie zur Kompensation von Abweichungen dieser Winkellage während der Durchführung von Messungen.

Durch Nutzung der kompletten Spurinformationen aller Spu­ ren S_x, S_y, S_k kann außerdem bei der Justage ein Nullpositi­ onsabgleich von Sensorsystem 6 und Codeträger 7 in der x,y-Ebene durchgeführt werden.

Insgesamt kann das Meßsystem in der Größenordnung der Meßun­ sicherheit des Systems selbst ohne fremde Meßmittel ein­ gestellt werden, wobei Restjustagefehler und Führungsfehler durch Fehlerkorrekturen beim Betrieb des Meßsystems berei­ nigt werden können. Auch hierzu finden sich weitere Einzel­ heiten in der oben erwähnten EP 0 660 085 A1.

Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Prinzi­ pien zur Ermittlung der Absolutpositionsinformation und zur Fehlerkorrektur wird mit dem in den Fig. 1 bis 3 darge­ stellten Positionsmeßsystem bei justierter Meßeinrichtung die Lage der beiden Objekten 10, 20 mit folgendem Verfahren bestimmt:

Bei der optischen Abtastung des Codeträgers 7 durch das Sensorsystem 6 stellt jedes Sensorelement einen mittleren Helligkeitswert zur Verfügung. Aus der Folge dieser Werte, die repräsentativ für die lokale Strichstruktur im Erfas­ sungsbereich 4 des Sensorsystems 6 sind, wird ein Analogsi­ gnal gebildet.

Dieses Sensorsignal wird in der Auswerteeinheit 8 in Form von Vektoren, aus denen Flankenwerte (High-Low- und Low-High-Übergänge an den Strichgrenzen) gebildet werden, als Positionsinformationen bereitgestellt. Zur Erhöhung der Auflösung kann bei der Bestimmung der Flankenpositionswerte zusätzlich ein Interpolationsverfahren angewendet werden.

Anhand der Flankenpositionswerte ist erkennbar, in welchen Abständen die Striche in dem aktuellen Abtastbereich 4 des Sensorsystems 6 angeordnet sind und welche Breiten die einzelnen Striche aufweisen. Als Vorbereitung zur Auswer­ tung dieser Positionsinformationen werden zunächst die sehr regelmäßigen Strichstrukturen der Spuren S_k mit Strichen entlang der Spurrichtung R_s gesucht und ausgewertet.

Durch Auswertung dieser Spuren S_k werden (wie oben beschrie­ ben) Fehler der optischen Vergrößerung (l/l′) korrigiert. Außerdem erfolgt eine Korrektur der Abweichung der Rich­ tung 5 des Sensorsystems 6 bezüglich der Spurrichtung R₅ von dem vorgegebenen Winkel β = 90° durch Korrektur des Ab­ standsunterschiedes charakteristischer Codestrukturmerkmale der Spuren S_x und S_y bezüglich der Mitte der von diesen Spuren eingeschlossenen Spur S_k.

Aus der bekannten Struktur und regelmäßigen Anordnung der Spuren S_k vom dritten Spurtyp werden darüber hinaus (unter Berücksichtigung der bekannten Eigenschaften der Gesamtstruktur) die Grenzen der übrigen Spuren S_x und S_y ermittelt und so insbesondere festgestellt, welche Flanken­ positionswerte Träger von Absolutpositionsinformation sind, d. h. zu Strichen der Spuren S_x und S_y mit nichtperiodischer Strichstruktur gehören.

Die erfaßten Bereiche der Spuren S_x und S_y mit nichtperiodi­ scher Strichstruktur werden decodiert, indem die Codenum­ mern der in dem Erfassungsbereich 4 des Sensorsystems 6 befindlichen Codeblöcke bestimmt werden, und den zugehöri­ gen Koordinatenrichtungen x bzw. y zugeordnet.

Die Absolutposition in beiden Koordinatenrichtungen x, y ergibt sich aus der Position des decodierten lokalen Codemu­ sters der zur jeweiligen Koordinatenrichtung x, y gehören­ den Spur S_x bzw. S_y bezüglich eines als Referenzpunkt defi­ nierten Punktes auf dem Sensorsystem 6, meist des Mittel­ punktes des Abtastbereiches, unter Beachtung der Fehlerkor­ rektur. D.h., die erfaßten und decodierten Codemuster werden zur Ermittlung der Absolutposition bestimmten Ab­ schnitten des Sensorsystems 6 zugeordnet.

Bei der Auswertung des Strichstrukturcodes zur Bestimmung der Absolutpositionen beider Koordinatenrichtungen (x-Rich­ tung, y-Richtung) und bei der Unterstützung der Justage können Auswirkungen von Justageabweichungen des Meßsystems und Fertigungstoleranzen der Strichstruktur des Codeträ­ gers 7 durch Mittelung über die Anzahl der Flanken (Kanten der Striche) je Spur verringert werden. Die Anzahl der erfaßten Flanken je Spur erhöht bei deren Auswertung die statistische Sicherheit des Meßwertes.

Wesentliche Vorteile des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung gegenüber anderen Systemen zur Zweikoordina­ ten-Positionsmessung sind:

• - einfache Bestimmbarkeit der x- und y-Meßrichtung als Ab­ solutposition;
• - Bestimmung der x,y-Position mittels nur einer Sensorzei­ le;
• - geringerer Bauteileaufwand gegenüber Systemen mit jeweils einem Meßsystem je Koordinatenrichtung;
• - keine von Führungsfehlern der mechanischen Komponenten hervorgerufene Meßfehler;
• - hohe Dynamik und Auflösung;
• - Möglichkeit der Justage des Sensorsystems und des Trä­ gers der Strichstruktur durch Auswertung der Signale des Sensorsystems ohne zusätzliche Meßgeräte (selbsttä­ tige Justage);
• - Möglichkeit der Bestimmung der Winkellage zwischen Maßstab und Abtasteinheit;
• - Erkennbarkeit von durch Lageabweichungen, Verschmutzun­ gen und Störungen hervorgerufenen Fehlern.

In Fig. 4 ist eine Variante des oben beschriebenen Positi­ onsmeßsystems dargestellt, bei der die in den Fig. 5 und 6 gezeigte, mittels eines Lichtquelle 1 beleuchtete Strichstruktur eines Codeträgers 7 über ein optisches System 2 durch eine CCD-Zeile als Sensorsystem 6 abgetastet wird.

Diese Variante unterscheidet sich von dem obigen Ausfüh­ rungsbeispiel dadurch, daß zusätzlich Spuren S_p eines vierten Spurtyps vorgesehen sind, die durch eine periodi­ sche Strichstruktur gebildet werden und die zu den übrigen Spuren S_x, S_y, S_k parallel verlaufen. Die zusätzlichen Spuren S_p werden charakterisiert durch eine geringe Winkel­ neigung δ ihrer Striche bezüglich der Abtastrichtung 5 des Sensorsystems 6. Die Winkelneigung bezüglich der Abtast­ richtung 5 ist geringer als die entsprechenden Neigung der Striche der Spuren S_x, S_y mit nichtperiodischer Strichstruk­ tur und beträgt vorzugsweise 2° bis 10°.

Die Spuren S_x, S_y, S_k, S_p unterschiedlicher Spurtypen sind in der sich periodisch wiederholendenden Reihenfolge

S_k, S_p, S_k, S_x, S_k, S_p, S_k, S_y, . . .

angeordnet, wobei benachbarte Spuren S_p vom vierten Spurtyp eine bezüglich der Spurrichtung R_s spiegelbildliche Strich­ struktur aufweisen.

Das lineare Sensorsystem 6 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß dessen Abtastbereich 4 senkrecht zu der Spurrichtung R_s verläuft und bei jeder Lage der beiden Objekte 10, 20 zueinander mit mindestens je einer Spur S_x, S_y vom ersten und zweiten Spurtyp (mit nichtperiodischer Strichstruktur) sowie mit mindestens je zwei Spuren S_k, S_p vom dritten und vierten Spurtyp in Eingriff steht.

Eine Auswertung der Strichstruktur der Spuren S_p vom vierten Spurtyp ermöglicht zum einen eine Erhöhung der Auflösung des Positionsmeßsystems. Diesbezüglich wird auf die europäische Patentanmeldung EP 0 660 085 Bezug genom­ men, in der das dabei zugrundeliegende Prinzip erläutert wird.

Zum anderen erlaubt die Auswertung der Positionsdifferenzen der Striche zweier spiegelbildlich zueinander angeordneter Spuren S_p vom vierten Spurtyp durch Abgleich auf Abstands­ gleichheit zur Mitte des Erfassungsbereichs 4 des Sensorsystems 6 oder zur Mitte einer Spur S_k vom dritten Spurtyp (mit Strichen parallel zur Spurrichtung R_s) eine besonders hochauflösende Einstellung der Winkellage β des Sensorsy­ stems 6 bezüglich des Codeträgers 7, die vorzugsweise 90° beträgt. Auch in dieser Hinsicht wird für weitere Einzelhei­ ten des zugrundeliegenden Prinzips auf die EP 0 660 085 Bezug genommen.

Bei der Verwendung des in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Positionsmeßsystem läuft das Verfahren zu Bestimmung der Lage zweier zueinander beweglicher Objekte im wesentlichen so ab, wie es oben für das Positionsmeßsystem gemäß den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde.

Bei der Bestimmung der Grenzen der unterschiedlichen Spuren ausgehend von der Auswertung der Spuren S_k mit Strichen parallel zur Spurrichtung R_s ist allerdings zu beachten, daß zur Ermittlung der codespezifischen Merkmale in dem Abtastbereich 4 des Sensorsystems 6 die Spuren S_x, S_y mit nichtperiodischer Strichstruktur eindeutig von den Spu­ ren S_p mit periodischer Strichstruktur getrennt werden müssen.

Bei der Bestimmung der Absolutposition entlang der beiden Koordinatenrichtungen x, y und bei der Ermittlung der Winkellage β des Sensorsystems 6 bezüglich des Codeträ­ gers 7 sind jeweils die vorstehend beschriebenen Möglichkei­ ten der Auswertung der Information der Spuren S_p vom vier­ ten Spurtyp zu berücksichtigen.

In der Fig. 7 wird ein Positionsmeßsystem dargestellt, bei dem die in Fig. 8 und 9 gezeigte, mittels einer Licht­ quelle 1 beleuchtete Strichstruktur S1, S2, S3 des Codeträ­ gers 7 über ein optisches System 2 mittels einer CCD-Zeile als Sensorsystem 6 abgetastet wird. Die optische Achse 3 liegt senkrecht zum Codeträger 7.

Dieses Positionsmeßsystem dient zur gleichzeitigen Bestim­ mung der Lage der beiden Objekte 10, 20 zueinander (in x-Richtung und y-Richtung) und von deren gegenseitiger Win­ kelneigung in der x,y-Ebene (x-y-Φ-Positionsmeßsystem).

Der Codeträger 7 ist wie bei den vorhergehenden Ausführungs­ beispielen als lichtdurchlässige Codescheibe ausgeführt, auf deren Oberfläche der lichtundurchlässige Strichstruk­ turcode aufgetragen ist.

Der Codeträger 7 weist Spuren S1, S2, S3 dreier unterschied­ licher Spurtypen auf, die sich in den zugehörigen Spurrich­ tungen R1, R2, R3 unterscheiden und die zueinander in Winkeln α₁₂, α₁₃, α₂₃ von jeweils 120° angeordnet sind. Dies bedeutet, daß die einzelnen Spuren S1, S2, S3 jeweils einer Winkelsegmentlage von 0°, 120° und 240° bezüglich einer Referenzspurlage zuordenbar sind. Die Striche der Spu­ ren S1, S2, S3 bilden jeweils eine nichtperiodische Strich­ struktur, wobei die Striche mit unterschiedlichen Abständen und/oder Strichbreiten längs der jeweiligen Spurrichtung R1, R2, R3 verlaufen.

Zur Vermeidung von Überdeckungen der Spuren unterschiedli­ cher Spurrichtungen besitzen die Spuren S1, S2, S3 Unterbre­ chungen U, d. h. sie sind abschnittsweise auf dem Codeträ­ ger 7 aufgetragen. Benachbarte Spuren gleicher Spurrichtung weisen dabei jeweils konstante Abstände a zueinander auf.

Die Strichstruktur jeder Spur unterscheidet sich von der Strichstruktur aller anderen Spuren, unabhängig davon, ob die anderen Spuren zu dem gleichen Spurtyp oder einem anderen Spurtyp gehören. Es treten also keine Wiederholun­ gen in der Kodierung der Spuren S1, S2, S3 auf, selbst wenn diese aus unterschiedlichen Richtungen betrachtet werden.

Wird durch die Gestaltung der Strichstruktur gewährleistet, daß die Codeinformation mindestens zweier Spuren unter­ schiedlichen Typs, d. h. unterschiedlicher Spurrichtung R1, R2, R3 bei jeder Winkel- und x,y-Positionslage des Sensorsystems 6 bezüglich der Strichstruktur des Codeträgers 7 voll­ ständig, d. h. über ihre ganze Breite b von dem Abtastbe­ reich 4 des Sensorsystems 6 erfaßt wird, dann kann aus dem Sensorsignal die Lage und die Richtung des Sensorsystems 6 bezüglich des Codeträgers 7 eindeutig bestimmt werden.

Dazu stellt (wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispie­ len) jedes Element des linearen Sensorsystems 6 einen mittleren Helligkeitswert zur Verfügung. Diese Werte werden in der Auswerteinheit 8 in Form von Flankenpositionswerten als Positionsinformationen bereitgestellt. Zur Erhöhung der Auflösung kann hierbei zusätzlich ein Interpolationsverfah­ ren angewandt werden.

Zur Ermittlung der Grenzen der einzelnen Spuren S1, S2, S3 sind diese vorzugsweise so aufgebaut, daß sie alle aus der gleichen Anzahl (vorliegend fünf) von parallel verlaufen­ den, mit Unterbrechungen U versehenen Strichen bestehen und daß die Mitten dieser Striche jeweils einen konstanten Abstand quer zur Spurrichtung R1, R2, R3 aufweisen. Fünf parallel verlaufende Striche mit konstantem Mittenabstand werden dann von der Auswerteinheit als eine Spur erkannt, die decodiert, einer bestimmten Spurrichtung zugeordnet und aufgrund ihrer Lage in dem Abtastbereich 4 einem bestimmten Abschnitt des Sensorsystems 6 zugewiesen werden kann.

Eine unterschiedliche Winkellage des Sensorsystems 6 bezüg­ lich des Codeträgers 7 äußert sich in unterschiedlichen gemessenen Mittenabständen der Striche einer Spur S1, S2 oder S3. Die gemessenen Mittenabstände werden minimal, wenn die Abtastrichtung 5 des Sensorsystems 6 senkrecht zu der entsprechenden Spurrichtung R1, R2 oder R3 verläuft.

Die Berechnung der relativen Lage und Winkelneigung des Sensorsystems 6 und des Codeträgers 7 erfolgt schließlich dadurch, daß jeder decodierten Spur S1, S2 oder S3 eine Geradengleichung zugeordnet wird, die den Verlauf der entsprechenden Spur S1, S2 bzw. S3 auf dem Codeträger 7 beschreibt. (Diese kann z. B. den Verlauf der Spurmitte in der Richtung R1, R2 oder R3 entlang des Codeträgers ange­ ben). Aus den Schnittpunkten des linearen Sensorsystems 6 mit diesen durch die Spuren S1, S2 und S3 repräsentierten Geraden läßt sich die relative Lage (einschließlich der Winkelneigung) von Sensorsystem 6 und Codeträger 7 eindeu­ tig feststellen.

Die Geraden, die die unterschiedlichen, zueinander paralle­ len Spuren S1, S2 oder S3 eines Spurtyps repräsentieren, unterscheiden sich in ihren Geradengleichungen durch eine additive Konstante, die ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes a benachbarter Spuren beträgt. Diese Geraden, die aufgrund der in den zugehörigen Spuren enthaltenen Codie­ rung voneinander unterscheidbar sind, enthalten somit Posi­ tionsinformation senkrecht zu ihrer Richtung S1, S2 oder S3.

Zur Fehlererkennung sind Plausibilitätstests möglich, indem z. B. die aus den Geradengleichungen ermittelte Winkellage mit der aus den gemessenen Mittenabständen abgeschätzten Winkellage verglichen wird.

Bei der Justierung dieses Meßsystems ist vor allem die Einstellung der relativen Lage des Sensorsystems 6 und des Codeträgers 7 entlang der z-Richtung (Abbildungsmaßstab und Winkelneigung außerhalb der x,y-Ebene) von Bedeutung, da die übrigen Koordinaten (x, y, Φ) als Meßkoordinaten verän­ derlich sind. Zu dieser Justierung werden die Strichstruktu­ ren von mindestens zwei Spuren gleicher Spurrichtung heran­ gezogen, wobei bekannte Merkmale der Strichstruktur (z. B. konstante Mittenabstände benachbarter Striche innerhalb aller Spuren) ausgenutzt und mindestens eine zusätzliche Spur einer anderen Spurrichtung als Bezugsspur ausgewertet werden.

Diese Bestimmung der relativen Lage des Sensorsystems 6 und des Codeträgers 7 entlang der z-Richtung kann außer zur anfänglichen Justage des Meßsystems auch bei der Kompensati­ on von Justage- und Führungsfehlern während der Messungen genutzt werden.

Wesentliche Vorteile dieses Positionsmeßsystems gegenüber anderen Systemen sind:

• - einfache Bestimmbarkeit aller Meßgrößen als Absolutposi­ tionen;
• - Bestimmung der relativen Lage und der Winkelneigung mittels nur eines Sensors;
• - geringerer Bauteileaufwand und Raumbedarf gegenüber Systemen mit jeweils einem Meßsystem pro Meßrichtung;
• - hohe Dynamik und Auflösung;
• - Möglichkeit der Justierung des Sensorsystems und des Codeträgers durch Auswertung der Signale des Sensor­ systems ohne zusätzliche Meßgeräte, wobei für alle Richtungen außer den Meßrichtungen die relative Lage von Sensorsystem und Codeträger festgelegt wird;
• - Erkennbarkeit von durch Lageabweichungen, Verschmutzun­ gen und Störungen hervorgerufenen Fehlern.

Claims (36)

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

• a) einem am ersten Objekt vorgesehenen Codeträger,
• b) einem am zweiten Objekt vorgesehenen Sensorsystem zur Abtastung des Codeträgers und
• c) einer Auswerteinheit, die aus den Signalen des Sensor­ systems die Lage des ersten Objektes bezüglich des zweiten Objektes ermittelt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger (7) mindestens zwei unterschiedliche Spurtypen repräsentierende Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) aufweist, wobei die Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) eines Spurtyps jeweils in codierter Form Absolutpositionsinfor­ mationen für eine Koordinatenrichtung enthalten, und daß der Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) bei jeder Lage der beiden Objekte (10, 20) zueinander mit minde­ stens zwei Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) unterschiedlicher Spurtypen in Eingriff steht.

2. Positionsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) als Absolutposi­ tionsinformation eine nichtperiodische Strichstruktur aufweisen.

3. Positionsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die nichtperiodische Strichstruktur durch paral­ lel zueinander verlaufende Striche gebildet wird.

4. Positionsmeßsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche zur Bildung einer nicht­ periodischen Strichstruktur unterschiedliche Abstände und/oder unterschiedliche Breiten aufweisen.

5. Positionsmeßsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) unterschiedlicher Spurtypen in der Ausrichtung der Striche unterscheiden.

6. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem (6) eine lineare Matrix von Sensorelementen umfaßt.

7. Positionsmeßsystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abtastbereich (4) des linearen Sensor­ systems (6) bei jeder Lage der beiden Objekte (10, 20) zueinander mit mindestens zwei Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) unterschiedlicher Spurtypen in Eingriff steht, deren Strichrichtung in einem endlichen Winkel (β-α₁, β-α₂) zu dem Abtastbereich (4) geneigt verläuft.

8. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche der Spuren (S_x, S_y) zu der Richtung (R_s) der Spuren (S_x, S_y) in einem endlichen Winkel (α₁, α₂) geneigt verlaufen, der vorzugs­ weise ungleich 90° ist.

9. Positionsmeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spuren (S_x, S_y) sämtlicher Spurtypen paral­ lel zueinander verlaufen und daß der Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) in einem endlichen Winkel (β) zu der Spurrichtung (R_s) geneigt verläuft.

10. Positionsmeßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Codeträger (7) Spuren (S_x, S_y) zweier unterschiedlicher Spurtypen aufweist, die alternierend nebeneinander angeordnet sind.

11. Positionsmeßsystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) senkrecht zu der Spurrichtung (R_s) verläuft und daß der Betrag (|α₁|, |a₂|) des Neigungs­ winkels zwischen Spurrichtung (R_s) und Strichrichtung für beide Spurtypen (S_x, S_y) identisch ist.

12. Positionsmeßsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche beider Spurtypen (S_x, S_y) senkrecht zueinander verlaufen.

13. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Spuren (S_x, S_y) eines Spurtyps jeweils eine identische Strichstruktur aufweisen.

14. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (7) zusätzlich Bezugsspuren (S_k) mit mindestens einem parallel zur Spurrichtung (R_s) verlaufenden Strich vor­ gesehen sind.

15. Positionsmeßsystem nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Spuren (S_x, S_y) mit nichtperiodischer Strichstruktur jeweils eine Bezugsspur (S_k) verläuft.

16. Positionsmeßsystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastbereich (4) des Sensorsy­ stems (6) bei jeder Lage der beiden Objekte (10, 20) zueinander mit mindestens zwei Bezugsspuren (S_k) in Eingriff steht.

17. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (7) zusätzlich Spuren (S_p) mit einer periodischen Strich­ struktur vorgesehen sind, die durch parallel zueinander verlaufende, zu der Spurrichtung (R_s) und dem Abtastbe­ reich (4) des Sensorsystems (6) jeweils in einem endli­ chen Winkel (β-δ, δ) geneigte Striche gebildet werden.

18. Positionsmeßsystem nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Striche der periodischen Spuren (S_p) in einem Winkel (δ) kleiner 45°, vorzugsweise kleiner 10° zu dem Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) geneigt sind.

19. Positionsmeßsystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche benachbarter Spuren (S_p) mit periodischer Strichstruktur bezüglich der Spurrichtung (R_s) spiegelbildlich zueinander ange­ ordnet sind und daß der Abtastbereich (4) des Sensorsy­ stems (6) bei jeder Lage der beiden Objekte (10, 20) zu­ einander mit mindestens zwei Spuren (S_p) mit periodi­ scher Strichstruktur in Eingriff steht.

20. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (7) Spuren (S1, S2, S3) mindestens dreier unterschiedlicher Spurtypen mit nichtperiodischer Strichstruktur vorgese­ hen sind, die sich in der Spurrichtung (R1, R2, R3) un­ terscheiden, und daß in den einzelnen Spuren (S1, S2, S3) die Strichrichtung jeweils parallel zur Spurrich­ tung (R1, R2, R3) verläuft.

21. Positionsmeßsystem nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spuren (S1, S2, S3) zur Vermeidung von Überschneidungen Unterbrechungen (U) aufweisen.

22. Positionsmeßsystem nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Spuren (S1, S2, S3) vom gleichen Spurtyp in einem konstanten Abstand (a) vonein­ ander angeordnet sind.

23. Positionsmeßsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuren (S1, S2, S3) mit nichtperiodischer Strichstruktur insgesamt drei unter­ schiedliche Spurtypen repräsentieren, die jeweils in einem Winkel (α₁₂, α₁₃, α₂₃) von 120° zueinander ange­ ordnet sind.

24. Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger (7) als lichtdurchlässige Codescheibe ausgebildet ist, die von einer Lichtquelle (1) beleuchtet und über ein optisches System (2) abgetastet wird.

25. Verfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zuein­ ander beweglicher Objekte mit einem Positionsmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) jedes Element des Sensorsystems (6) einen repräsenta­ tiven Wert der von ihm gemessenen Intensitätsverteilung zur Bildung eines Sensorsignals zur Verfügung stellt,
• b) die Auswerteinheit (8) anhand des Sensorsignals codespezifische Merkmale der Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) in dem Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) ermittelt und decodiert und
• c) die von dem Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) erfaßten Teile der Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) jeweils bestimmten Abschnitten des Sensorsystems (6) zugeordnet werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger (7) von einer Lichtquelle (1) beleuchtet und von dem Sensorsystem (6) optisch abgetastet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastung des Codeträgers (7) jedes Sensorele­ ment einen Helligkeitswert zur Verfügung stellt und aus diesen Helligkeitswerten ein Sensorsignal gebildet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsmessung ein Codeträ­ ger (7) verwendet wird, der Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) mit einer nichtperiodischen Strichstruktur aufweist, und daß zur Ermittlung codespezifischer Merkmale der Spuren (S_x, S_y; S1, S2, S3) aus dem Sensorsignal die Positionen der Signalflanken bestimmt werden, die den Unstetigkeitsstellen der Strichstruktur entsprechen.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsmessung ein Codeträger (7) verwendet wird, dessen Spuren (S_x, S_y) durch parallel zueinander verlau­ fende und zu der jeweiligen Spurrichtung (R_s) in einem endlichen Winkel (α₁, α₂) geneigte Striche gebildet wer­ den.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (7) zusätzlich Bezugsspuren (S_k) mit mindestens einem parallel zur Spurrichtung (R_s) verlau­ fenden Strich vorgesehen sind und daß durch die Abta­ stung der Bezugsspuren (S_k) die Grenzen der einzelnen Spuren (S_x, S_y; S_k) sowie bei Verwendung eines opti­ schen Systems (2) der Abbildungsmaßstab (l/l′) bestimmt werden.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abtastung der Bezugsspuren (S_k) der Abstand zwischen dem Sensorsystem (6) und dem Codeträger (7) bestimmt wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (7) zusätzlich Spuren (S_p) mit einer periodischen Strichstruktur vorge­ sehen sind, die durch parallel zueinander verlaufende, zu der Spurrichtung (R_s) und zu dem Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) jeweils in einem endlichen Win­ kel (β-δ, δ) geneigte Striche gebildet werden, und daß durch Abtastung mindestens zweier dieser Spuren (S_p) die Winkellage (β) der beiden Objekte (10, 20) zueinan­ der bestimmt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsbestimmung ein Codeträger (7) verwendet wird, auf dem Spuren (S1, S2, S3) mindestens dreier unterschiedlicher Spurtypen mit nichtperiodischer Strichstruktur vorgesehen sind, die sich in der Spur­ richtung (R1, R2, R3) unterscheiden und bei denen die Strichrichtung jeweils parallel zur Spurrichtung (R1, R2, R3) verläuft.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Lage des Sensorsystems (6) bezüglich des Codeträgers (7) mindestens zwei der Spuren (S1, S2, S3) unterschiedlicher Spurtypen entlang ihrer Brei­ te (b) vollständig von dem Abtastbereich (4) des Sensor­ systems (6) erfaßt werden, wobei die Erfassung einer vollständigen Spur (S1, S2, S3) anhand charakteristi­ scher, allen Spuren (S1, S2, S3) gemeinsamer Merkmale erkannt wird.

35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Bestimmung der Lage des Sensorsystems (6) bezüglich des Codeträgers (7) jeder im Abtastbereich (4) des Sensorsystems (6) liegenden Spur (S1, S2, S3) durch Decodierung eine Geradenglei­ chung zugeordnet wird, die den Verlauf der jeweiligen Spur (S1, S2, S3) auf dem Codeträger (7) beschreibt und deren Lage bezüglich eines definierten Punktes des Abtastbereichs (4) ermittelt wird.