DE9321026U1

DE9321026U1 - Positionsmeßeinrichtung

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Publication number: DE9321026U1
Application number: DE9321026U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2003-05-15

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 21. April 1993

Positionsmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Positionsmeßeinrichtung wird insbesondere bei einer Bearbeitungsmaschine zur Messung der Relativlage eines Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstückes eingesetzt.

In der EP 0 151 002 Bl ist eine magnetische Posi-&ogr; tionsmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte beschrieben, bei der eine periodische Meßteilung von einer Abtasteinheit gemäß Figur 19 mittels zweier Gruppen aus je vier magnetoresistiven Elementen zur Erzeugung von nullsymmetrischen Ausgangssignalen abgetastet wird. Die vier magnetoresistiven Elemente der beiden Gruppen mit den Ausgangssignalen der Phasenlagen 0° und 180° werden in Form einer Reihenschaltung zu einer ersten Halbbrückenschaltung

und die magnetoresistiven Elemente der beiden Gruppen mit den Ausgangssignalen der Phasenlagen 90° und 270° in Form einer Reihenschaltung zu einer
zweiten Halbbrückenschaltung verschaltet; an den Mittelabgriffen der beiden Halbbrückenschaltungen stehen zwei nullsymmetrische Ausgangssignale mit einem gegenseitigen Phasenversatz von 90° zur Gewinnung von Positionsmeßwerten in einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung an. Diese Positionsmeßeinrichtung weist aber den Nachteil auf, daß sich die Verbindungsleiterbahnen der magnetoresistiven Elemente mehrfach überkreuzen, so daß zwischen den in Schichttechnik aufgebrachten, sich überkreuzenden Verbindungsleiterbahnen eine Isolierschicht vorgesehen werden muß, deren notwendige Temperung eine Erhöhung der Hysterese der beiden nullsymmetrischen Ausgangssignale bewirkt. Dieses zusätzliche Vorsehen der Isolierschicht und der Überkreuzungsschicht verteuert die Abtasteinheit und kann zu einem erhöhten Ausschuß bei der Fertigung führen.

Der DE-PS 37 19 328 entnimmt man eine gleichartige magnetische Positionsmeßeinrichtung, bei der eine periodische Meßteilung von einer Abtasteinheit gemäß Figur 2A mittels vierer Gruppen aus je vier magnetoresistiven Elementen zur Erzeugung von nullsymmetrischen Ausgangssignalen abgetastet wird. Zur Vermeidung einer Überkreuzung der Verbindungsleiterbahnen sind die vier magnetoresistiven Elemente jeder Gruppe nicht mehr gemeinsam innerhalb einer Teilungsperiode der Meßteilung angeordnet; insbesondere besteht zwischen dem magnetoresistiven Element mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 0° und

dem magnetoresistiven Element mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 180° (Gegentaktelemente) sowie zwischen dem magnetoresistiven Element mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 90° und dem magnetoresistiven Element mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 270° (Gegentaktelemente) derselben Gruppe in Meßrichtung ein Abstand von über fünf Teilungsperioden der Meßteilung. Es können daher nur Störeinflüsse herausgefiltert werden, die sich über mehr als fünf Teilungsperioden erstrecken, da in diesem Fall die Störeinflüsse die zusammengehörigen Gegentaktelemente gleichermaßen beeinflussen. Dagegen haben kurzwellige Störeinflüsse unter fünf Teilungsperioden einen nachteiligen Einfluß auf die Meßgenauigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Positionsmeßeinrichtung der genannten Gattung eine Anordnung von magnetoresistiven Elementen anzugeben, bei der Überkreuzungen der Verbindungsleiterbahnen weitgehend vermieden werden und bei der auch kurzwellige Störeinflüsse keine Auswirkungen auf die Meßgenauigkeit haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die vorgeschlagene Anordnung der magnetoresistiven Elemente Überkreuzungen ihrer Verbindungsleiterbahnen vermieden werden, so daß sich eine Vereinfachung und Verbilligung im Aufbau der Abtasteinheit sowie hysteresefreie Ausgangssignale ergeben. Des weiteren werden kurzwellige Störeinflüsse auf die Signa!parameter der gewonnenen Ausgangssignale wirksam kompensiert, so daß sich die Meßgenauigkeit und die Meßauflösung weiter erhöhen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1 eine Längsansicht einer Posit ionsmeßeinrichtung, 10

Figur 2a-h eine erste Anordnung und Verschaltung von magnetoresistiven Elementen zu Halbbrücken und 15

Figur 3a-f eine zweite Anordnung und Verschaltung von magnetoresistiven Elementen zu Vollbrücken. 20

In Figur 1 ist schematisch in einer Längsansicht eine erste Positionsmeßeinrichtung gezeigt, bei der eine Maßverkörperung 1 aus einem magnetisierbaren Material in beliebiger Weise an einem ersten Objekt 2 befestigt ist. Die Maßverkörperung 1 weist auf einer Oberfläche eine periodische Meßteilung 3 mit in Meßrichtung X alternierend gegenpolig magnetisierten Bereichen NS auf, an deren Bereichsgrenzen zwei Nordpole NN bzw. zwei Südpole SS aneinandergrenzen. Die Meßteilung 3 besitzt eine Teilungsperiode t, die durch den Polabstand jedes Bereiches NS definiert ist. Mit einem zweiten Objekt 4 ist eine Abtasteinheit 5 verbunden, die die Meßteilung 3 der Maßverkörperung 1 zur Erzeugung von positionsabhängigen Ausgangssignalen abtastet, aus

• ·

denen in einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung Positionsmeßwerte für die Relativlage der beiden Objekte 2, 4 gebildet werden. Diese beiden Objekte 2, 4 können durch zwei Maschinenteile einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine gebildet sein. Die Abtasteinheit 5 ist mit einer Abtastplatte 6 versehen, auf deren freier Oberfläche zwei Gruppen A, B aus je vier magnetoresistiven Elementen An, Bn (n=l,2,3,4) angeordnet sind, die eine Grundanordnung bilden.

Nach Figur 2a erstrecken sich diese streifenförmigen magnetoresistiven Elemente An, Bn der beiden Gruppen A, B senkrecht zur Meßrichtung X und sind in Meßrichtung X parallel zueinander angeordnet. Die vier magnetoresistiven Elemente Al bis A4 der ersten Gruppe A erstrecken sich über die erste Teilungsperiode ti der Meßteilung 3 mit einem gegenseitigen Phasenversatz von einem Viertel der ersten Teilungsperiode ti, mit tl⁼t2=t3=tn=t. Es sind somit das erste magnetoresistive Element Al mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 0° an der ersten Position "0°", das zweite magnetoresistive Element A2 mit dem Aus gangs signal der Phasenlage 90° an der zweiten Position "90°", das dritte magnetoresistive Element A3 mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 180° an der dritten Position "180°" und das vierte magnetoresistive Element A4 mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 270° an der vierten Position "270°" der ersten Teilungsperiode ti angeordnet.

Die vier magnetoresistiven Elemente Bl bis B4 der zweiten Gruppe B sind in den benachbarten Teilungsperioden t2, t3/ t4 der Meßteilung 3 angeordnet. Der gegenseitige Abstand der magnetoresistiven

Elemente Bl bis B4 beträgt 3t/4. Ausgehend von der Mitte Ml beider Gruppen A, B ist jeweils das N-te magneto-resistive Element An der einen Gruppe A mit dem N-ten magnetoresistiven Element Bn der anderen Gruppe B direkt elektrisch verbunden, also in Reihe geschaltet. Die jeweils miteinander verbundenen Elemente An, Bn der einen Gruppe An und der anderen Gruppe Bn weisen in Bezug zur Teilung die gleiche Phasenlage auf. Das Element A4 mit der Phasenlage 270° ist mit dem Element B4 mit der Phasenlage 270° in Reihe geschaltet, das Element A3 mit der Phasenlage 180° mit. dem Element B3 mit der Phasenlage 180°, das Element A2 mit der Phasenlage 90° mit dem Element B2 mit der Phasenlage 90° und das Element Al mit der Phasenlage 0° mit dem Element Bl mit der Phasenlage 0°. Die zwei Gruppen A, B der Grundanordnung sind um den Mittenabstand Ml einer Teilungsperiode t beabstandet.

Gemäß der Figur 2b werden die beiden magnetoresistiven Elemente Al, Bl mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 0° im oberen Brückenzweig und die beiden magnetoresistiven Elemente A3, B3 mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 180° im unteren Brückenzweig einer ersten Halbbrückenschaltung Hl sowie die beiden magnetoresistiven Elemente A2, B2 mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 90° im oberen Brückenzweig und die beiden magnetoresistiven Elemente A4, B4 mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 270° im unteren Brückenzweig einer zweiten Halbbrückenschaltung H2 jeweils in Reihe zusammengeschaltet; die beiden Halbbrückenschaltungen Hl, H2 liegen jeweils mit einem Pol an einer Spannung U und mit dem anderen Pol an Masse E an, sind also parallel zusammengeschaltet. Bei der Meßbewegung

der Abtasteinheit 5 bezüglich der Meßteilung 3 stehen am Mittelabgriff der ersten Halbbrückenschaltung Hl ein erstes nullsymmetrisches Ausgangssignal Sl mit der Phasenlage 0° und am Mittelabgriff der zweiten Halbbrückenschaltung H2 ein zweites nullsymmetrisches Ausgangssignal S2 mit der Phasenlage 90° an, deren Signalperioden der Teilungsperiode t der Meßteilung 3 entsprechen. Die Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden nullsymmetrischen Ausgangssignalen Sl, S2 ermöglicht die Diskriminierung der Meßrichtung X. Die beiden nullsymmetrischen Ausgangssignale Sl₇ S2 werden einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung mit einer Interpolationseinheit zur Gewinnung von Positionsmeßwerten für die ReIativlage der beiden Objekte 2, 4 zugeführt.

Nach Figur 2c ist die Grundanordnung gemäß Figur 2a durch eine weitere Grundanordnung gemäß Figur 2a ergänzt, die eine dritte Gruppe C aus je vier magnetoresistiven Elementen Cl bis C4 und eine vierte Gruppe D aus je vier magnetoresistiven Elementen Dl bis D4 aufweist. Die beiden Grundanordnungen sind hintereinander in Reihe geschaltet und weisen einen gegenseitigen Mittenabstand M2 von einer Teilungsperiode t auf. Jedes Element Bn der einen Gruppe B ist mit dem phasengleichen Element Cn der anderen Gruppe C in Reihe geschaltet. Auch diese Verbindungen können durch die gewählte Anordnung kreuzungsfrei erfolgen.

Gemäß der Figur 2d werden die vier magnetoresistiven Elemente Al, Bl, Cl, Dl mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 0° im oberen Brückenzweig und die vier magnetoresistiven Elemente A3, B3, C3, D3 mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 180° im

unteren Brückenzweig einer ersten Halbbrückenschaltung Hl sowie die vier magnetoresistiven Elemente A2, B2, C2, D2 mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 90° im oberen Brückenzweig und die vier magnetoresistiven Elemente A4, B4, C4, D4 mit den Ausgangssignalen der Phasenlage 270° im unteren Brükkenzweig einer zweiten Halbbrückenschaltung H2 jeweils in Reihe zusammengeschaltet; die beiden Halbbrückenschaltungen Hl, H2 liegen jeweils mit einem Pol an einer Spannung U und mit dem anderen Pol an Masse E an. Bei der Meßbewegung der Abtasteinheit 5 bezüglich der Meßteilung 3 stehen am Mittelabgriff der ersten Halbbrückenschaltung Hl ein erstes nullsymmetrisches Ausgangssignal Sl mit der Phasenlage 0° und am Mittelabgriff der zweiten Halbbrückenschaltung H2 ein zweites nullsymmetrisches Ausgangssignal S2 mit der Phasenlage 90° an, deren Signalperioden der Teilungsperiode t der Meßteilung 3 entsprechen. Die Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden nullsymmetrischen Ausgangssignalen Sl, S2 ermöglicht die Diskriminierung der Meßrichtung X. Die beiden nullsymmetrischen Ausgangssignale Sl, S2 werden einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung mit einer Interpolationseinheit zur Gewinnung von Positionsmeßwerten für die Relativlage der beiden Objekte 2,4 zugeführt.

Anstelle von zwei Grundanordnungen können auch mehrere Grundanordnungen gemäß Figur 2a in Reihe geschaltet werden.

Um eine Signalverstärkung zu erreichen, können auch mehrere Grundanordnungen nach Figur 2a vorteilhaft parallel verschaltet werden. Eine derartige Parallelschaltung von zwei Grundanordnungen mit einem

gegenseitigen Abstand von M2=t ist in Figur 2e dargestellt. Die entsprechende Verschaltung der Elemente An₇ Bn₇ Cn₇ Dn zu Halbbrücken Hl bis H4 ist in Figur 2f gezeigt. Es ist ersichtlich, daß durch die zwei Gruppen C und D magnetoresistiver Elemente Cn₇ Dn weitere Halbbrücken H3 und H4 gebildet werden. Die Halbbrücke H3 liefert ebenfalls das Signal Sl mit der Phasenlage 0° und die Halbbrücke H4 das Signal S2 mit der Phasenlage 90°. Die magnetoresistiven Elemente Cn, Dn der zweiten Grundanordnung sind innerhalb der Halbbrücken H3₇ H4 ebenso angeordnet wie die bereits ausführlich beschriebene Anordnung der Elemente An, Bn der ersten Grundanordnung mit den Halbbrücken Hl₇ H2. Eine weitere Erläuterung erübrigt sich daher. In nicht gezeigter Weise können auch mehr als zwei Grundanordnungen parallel geschaltet werden.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin₇ der gezeigten Reihenschaltung nach den Figuren 2c und 2d eine oder mehrere dieser Reihenschaltungen parallel zu schalten. Die Elemente dieser weiteren Reihenschaltung sind mit AIn₇ Bin bezeichnet. Diese Anordnung ist in Figur 2g dargestellt. Die Schaltung hierzu ist in Figur 2h im Detail gezeigt. Es ist erkennbar, daß zur Erzeugung des Signales Sl der ersten Halbbrücke Hl eine weitere Halbbrücke H3 parallel geschaltet ist. Ebenso ist zur Erzeugung des Signales S2 der zweiten Halbbrücke H2 eine weitere Halbbrücke H4 parallel geschaltet. Der Abstand zwischen den beiden Reihenschaltungen entspricht einer Teilungsperiode t.

In analoger Weise können mehrere Parallelschaltungen nach den Figuren 2e und 2f in Reihe geschaltet werden. Diese Anordnung wurde nicht dargestellt.

Die magnetoresistiven Elemente An, Bn der Grundanordnungen können auch zu Vollbrücken zusammengeschaltet werden, wie in den nachfolgend beschriebenen Figuren 3 dargestellt ist.

Nach Figur 3a erstrecken sich die streifenförmigen magnetoresistiven Elemente An, Bn der beiden Gruppen A, B senkrecht zur Meßrichtung X und sind in Meßrichtung X parallel zueinander angeordnet. Die vier magnetoresistiven Elemente Al bis A4 der ersten Gruppe A erstrecken sich über die erste Teilungsperiode ti der Meßteilung 3 mit einem gegenseitigen Phasenversatz von einem Viertel der ersten Teilungsperiode ti, mit tl⁼t2=t3=tn=t. Es sind somit das erste magnetoresistive Element Al mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 0° an der ersten Position "O⁰", das zweite magnetoresistive Element A2 mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 90° an der zweiten Position "90°", das dritte magnetoresistive Element A3 mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 180° an der dritten Position "180°" und das vierte magnetoresistive Element A4 mit dem Ausgangssignal der Phasenlage 270° an der vierten Position "270°" der ersten Teilungsperiode ti angeordnet.

Die vier magnetoresistiven Elemente Bl bis B4 der zweiten Gruppe B sind in den benachbarten Teilungsperioden t2, t3, t4 der Meßteilung 3 angeordnet. Der gegenseitige Abstand der magnetoresistiven Elemente Bl bis B4 beträgt 3t/4. Der Abstand Ml des letzten Elementes A4 der ersten Gruppe A zum ersten

Element B2 der zweiten Gruppe B beträgt t/2. Ausgehend von der Mitte Ml beider Gruppen A, B₇ d.h. vom Abstand Ml beider Gruppen A, B ist jeweils das N-te magnetoresxstive Element An der einen Gruppe A mit dem N-ten Element Bn der anderen Gruppe B elektrisch verbunden, mit N=I bis 4. Das Element A4 mit der Phasenlage 270° ist somit mit dem Element B2 mit der Phasenlage 90° elektrisch verbunden, das Element A3 mit der Phasenlage 180° mit dem Element Bl mit der Phasenlage 0°, das Element A2 mit der Phasenlage 90° mit dem Element B4 mit der Phasenlage 270° und das Element Al mit der Phasenlage 0° mit dem Element B3 mit der Phasenlage 180°. Jedes Element An der einen Gruppe A ist mit dem gegenphasigen Element Bn der anderen Gruppe B verbunden. Durch die gewählte Anordnung verlaufen die Verbindungsleitungen zwischen den Elementen An der einen Gruppe A und den Elementen Bn der anderen Gruppe B kreuzungsfrei.

In Figur 3b ist im Detail dargestellt, wie die einzelnen magnetoresistiven Elemente An, Bn zusammengeschaltet sind. Das Element Al der ersten Gruppe A mit der Phasenlage 0° bildet einen Zweig einer ersten Halbbrücke, im zweiten Zweig ist das Element B3 der zweiten Gruppe B mit der Phasenlage 180° angeordnet, am Mittenabgriff steht das Signal SIb mit der Phasenlage 0° an. Parallel zu dieser ersten Halbbrücke ist eine zweite Halbbrücke mit den EIementen A3, Bl angeordnet. Parallel zu dem Element Al ist das gegenphasige Element A3 der gleichen Gruppe A angeordnet und parallel zu dem Element B3 das gegenphasige Element Bl der gleichen Gruppe B. Am Mittenabgriff werden die um 180° gegeneinander phasenverschobenen Signale SIa und S2b abgegriffen.

Beide Halbbrücken bilden eine Vollbrücke Vl, wobei an den Elementen Al, A3 eine Versorgungsspannung U und an den Elementen B3, Bl die Masse E angeschlossen ist. Parallel zu dieser ersten Vollbrücke Bl ist eine zweite Vollbrücke V2 angeordnet. Sie ist ebenso aufgebaut wie die Vollbrücke Vl. Die eine Halbbrücke wird von den Elementen A2 und B4, die andere Halbbrücke von den Elementen A4 und B2 gebildet. An den Mittenabgriffen werden die um 180° gegeneinander phasenverschobenen Signale S2a und S2b abgegriffen. Die Phasenlage der Elemente A2, A4, B4, B2 der zweiten Vollbrücke V2 unterscheidet sich von der Phasenlage der Elemente Al, A3, B3, Bl der ersten Vollbrücke Vl um 90°, so daß sich auch die Phasenlage der Signale SIa, SIb von der Phasenlage der Signale S2a, S2b um 90° unterscheidet.

Analog zu den bereits beschriebenen Anordnungen nach den Figuren 2 können mehrere Grundanordnungen nach Figur 3a, 3b zu Reihenschaltungen, zu Parallelschaltungen oder zu kombinierten Reihen-Parallelschaltungen zusammengeschaltet werden. Eine derartige Reihenschaltung von zwei Grundanordnungen ist in den Figuren 3c und 3d dargestellt. In Meßrichtung X gesehen, ist neben dem letzten Element B3 der ersten Grundanordnung die erste Gruppe C mit den Elementen Cn der zweiten Grundanordnung in einem Abstand M2 von einer Teilungsperiode t angeordnet. Jedes Element Bn der einen Grundanordnung ist jeweils mit dem gleichphasigen Element Cn der weiteren Grundanordnung in Reihe geschaltet und die Elemente Bn, Cn sind kreuzungsfrei miteinander verbunden. Ebenso ist die zweite Gruppe D der zweiten Grundanordnung neben den Elementen An der ersten Gruppe A der ersten Grundanordnung im Abstand M2

von einer Teilungsperiode t angeordnet. Die gleichphasigen Elemente Dn, An der beiden Gruppen D, A sind jeweils in Reihe geschaltet und kreuzungsfrei miteinander verbunden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mehrere Grundanordnungen gemäß den Figuren 3a, 3b parallel zu verschalten. Diese Anordnung ist in den Figuren 3e und 3f gezeigt. Die zwei Grundanordnungen sind mit einem gegenseitigen Abstand M2 von t/2 nebeneinander angeordnet. Die gleichen Signalabgriffe sind jeweils miteinander verbunden.

In nicht gezeigter Weise sind analog zu den beschriebenen Halbbrückenschaltungen auch hier Kombinationen zwischen den Reihen- und Parallelschaltungen möglich.

Um aus den vier Signalen SIa, SIb, S2a, S2b zwei gegeneinander um 90° phasenverschobene Signale zu erhalten, werden die jeweils gegenphasigen Signale SIa, SIb sowie S2a, S2b einem Differenzverstärker zugeführt, an dessen Ausgängen dann die um 90° gegeneinander phasenverschobenen Signale Sl, S2 anstehen.

In nicht gezeigter Weise können in jeder Gruppe der Grundanordnungen auch mehr als vier magnetoresistive Elemente angeordnet werden, dies gilt für alle Ausführungsbeispiele.

Wie bereits erläutert, ist gemäß der Erfindung die kreuzungsfreie Verbindung der magnetoresistiven Elemente An, Bn der einen Gruppe A mit der anderen Gruppe B wesentlich. Dies wird durch die beschriebenen Anordnungen, also durch die gewählte Reihen-

folge der Elemente An, Bn erreicht. Die Verbindungsleitungen dieser Elemente An, Bn sind so gelegt, daß ausgehend von der Mitte Ml der Gruppen A, B die Verbindungsleitungen der N-ten Elemente An, Bn näher an den Elementen An, Bn verlaufen, als die Verbindungsleitungen der (N+l)-ten Elemente An, Bn, wobei alle Verbindungsleitungen parallel zueinander verlaufen.

Zu beachten ist, daß der Index &eegr; der Elemente die Phasenlage der Elemente in Bezug zur Meßteilung 3 definiert. Beispielsweise bei n=l bis 4 ist mit n=l die Phasenlage 0° mit n=2 die Phasenlage 90°, mit n=3 die Phasenlage 180° und mit n=4 die Phasenlage 270° definiert. Der Index N dagegen entspricht einer Durchnummerierung der aufeinander folgenden Elemente, ausgehend von einem Bezugspunkt.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Längenmeßeinrichtung beschränkt, sie ist auch bei Winkelmeßeinrichtungen einsetzbar. Die Meßteilung und ggf. auch die magnetoresistiven Elemente zur Abtastung der Meßteilung sind dann nicht linear, sondern auf einem Kreisbogen oder einem sich schließenden Kreis angeordnet. Beim Einsatz in Winkelmeßeinrichtungen kann gemäß der Erfindung auch vorteilhaft eine Rundumabtastung realisiert werden, wenn die Grundanordnungen mit den magnetoresistiven Elementen über den gesamten Umfang angeordnet sind. 30

Claims

• ·**&idigr; * j it* * ***· J DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 21. April 1993 Ansprüche

1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte (2, 4), bei der eine periodische Meßteilung (3) von einer Abtasteinheit (5) mittels magnetoresistiver Elemente (An, Bn) zur Erzeugung von positionsabhängigen Ausgangssignalen (Sl, S2) abgetastet wird, aus denen in einer Auswerteeinrichtung Positionsmeßwerte für die Relativlage der beiden Objekte (2, 4) gebildet werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Abtasteinheit (5) weist wenigstens eine Grundanordnung aus zwei Gruppen (A-B) aus jeweils mindestens vier magnetoresistiven Elementen (An-Bn) auf,

b) die magnetoresistiven Elemente (An) der ersten Gruppe (A) jeder Grundanordnung sind innerhalb einer Teilungsperiode (t) der Meßteilung (3) angeordnet,

c) die magnetoresistiven Elemente (Bn) der zweiten Gruppe (B) jeder Grundanordnung sind in den benachbarten Teilungsperioden (t) der Meßteilung (3) angeordnet,

d) ausgehend von der Mitte (Ml) beider Gruppen

(A₇ B) ist jeweils das N-te magnetoresistive Element (An) der einen Gruppe A mit dem N-ten magnetoresistiven Element (Bn) der anderen Gruppe (B) elektrisch verbunden, so daß sich diese elektrischen Verbindungen nicht kreuzen.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (A, B) jeweils vier magnetoresistive Elemente (An₇ Bn) aufweist, daß die vier magnetoresistiven Elemente (An) der ersten Gruppe (A) innerhalb einer Teilungsperiode (t) der Meßteilung (3) mit einem jeweiligen gegenseitigen Abstand (Ml) von t/4 angeordnet sind, und daß die vier magnetoresistiven Elemente (Bn) der zweiten Gruppe (B) mit einem jeweiligen gegenseitigen Abstand von 3t/4 angeordnet sind.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 -oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils elektrisch miteinander in Reihe geschalteten Elemente (An, Bn) der zwei Gruppen (A, B) gleiche Phasenlagen in Bezug zur Meßteilung (3) aufweisen und einen Brückenzweig einer Halbbrücke (H) bilden, wobei die Phasenlage der magnetoresistiven Elemente (An, Bn) des einen Brückenzweiges der Halbbrückenschaltungen (H) gegenüber der Phasenlage der magnetoresistiven Elemente (An₇ Bn) des anderen Brückenzweiges um t/2 phasenverschoben sind, und daß die positionsabhängigen Ausgangssignale (Sl, S2) an den Verbindungspunkten der Brückenzweige anstehen.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundanordnungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Grundanordnungen in Meßrichtung X einen gegenseitigen Abstand (M2) von einer Teilungsperiode t aufweisen und alle magnetoresistiven Elemente (An, Bn, Cn, Dn) mit gleicher Phasenlage in Reihe geschaltet sind und jeweils einen Brückenzweig der zwei Halbbrücken (Hl, H2) bilden.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundanordnungen parallel zueinander geschaltet sind, wobei die Grundanordnungen in Meßrichtung X einen gegenseitigen Abstand (M2) von einer Teilungsperiode t aufweisen.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihenschaltungen von Grundanordnungen parallel zueinander geschaltet sind.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der jeweils kreuzungsfrei miteinander verbundenen Elemente (An, Bn) der zwei Gruppen (A, B) sich um 180° unterscheidet und die zwei Gruppen (A, B) in Meßrichtung X in einem gegenseitigen Abstand (Ml) von t/2 angeordnet sind, und daß jeweils zwei kreuzungsfrei miteinander verbundene Elemente (An, Bn) eine Halbbrücke bilden, und daß an den Mittenabgriffen der Halbbrücken vier um jeweils 90° phasenverschobene positionsabhängige Ausgangssignale (SIa, SIb, S2a, S2b) anstehen.

8. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundanordnungen in Reihe hintereinander geschaltet sind, wobei die Grundanordnungen in einem gegenseitigen Abstand (M2) von t angeordnet sind.

9. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundanordnungen parallel zueinander geschaltet sind/ wobei die Grundanordnungen in einem gegenseitigen Abstand (M2) von t/2 angeordnet sind.

10. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihenschaltungen von Grundanordnungen parallel zueinander geschaltet sind.