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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung sowie eine optische Positionsmesseinrichtung, die eine erfindungsgemäß aufgebaute Abtasteinheit umfasst.
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Bekannte inkrementale Positionsmesseinrichtungen bieten neben der Erzeugung positionsabhängiger Inkementalsignale zumeist auch die Möglichkeit, an ein oder mehreren definierten Stellen entlang der Messstrecke sogenannte Referenzimpulssignale zu erzeugen. Mit Hilfe der Referenzimpulssignale kann dann in bekannter Art und Weise ein Absolutbezug bei der Positionsmessung hergestellt werden.
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Auch die in der Veröffentlichung von R. Burgschat mit dem Titel „Die neue Dimension der Weg- und Winkelmesstechnik” in F & M 104 (1996) 10, S. 752– 56 beschriebene Abtasteinheit einer inkrementalen Positionsmesseinrichtung bietet die Möglichkeit, Referenzimpulssignale an ein oder mehreren Stellen der Messstrecke zu detektieren. Die Abtasteinheit umfasst hierbei ein erstes Fotodiodenarray, das zur Erzeugung der Inkrementalsignale dient; eine Beschreibung dieses Fotodiodenarrays findet sich desweiteren auch in der
DE 195 27 287 A1 . In Messrichtung beabstandet hiervon und senkrecht zur Messrichtung versetzt ist ein zweites Fotodiodenarray angeordnet. Das zweite Fotodiodenarray dient zur Erzeugung des Referenzimpulssignales, d. h. damit kann eine Referenzmarkierung auf Seiten eines Maßstabes photoelektrisch erfaßt werden, die seitlich benachbart zur Inkrementalteilungsspur in einer Referenzmarkierungsspur angeordnet ist. Bei einer derartigen Erzeugung des Referenzimpulssignales können nunmehr unter bestimmten Umständen Fehlmessungen resultieren. So ist es möglich, dass beispielsweise eine lokale Verschmutzung des Maßstabes im Bereich der Referenzmarkierungsspur zur Erzeugung eines Referenzimpulssignales führt. Desweiteren ist im Fall der Dejustage von Abtasteinheit und Maßstab um eine Achse senkrecht zur Maßstabebene keine ortsinvariante Lage des Referenzimpulssignales in Bezug auf die Inkrementalsignale mehr gewährleistet.
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Eine gattungsgemäße Abtasteinheit, die diese Probleme vermeidet, wurde in der
DE 199 21 309 A1 vorgeschlagen. Als noch nicht optimal erweist sich bei dieser Abtasteinheit jedoch, dass im Fall einer unerwünschten Änderung des Abtastabstandes, d. h. des Abstandes zwischen der Abtasteinheit und des Maßstabes, eine ungleichmäßige Änderung des Lichteinfalles insbesondere auf den Kompensations-Detektorelementen resultiert. Die Kompensations-Detektorelemente dienen zur Erzeugung eines Kompensationssignales bzw. eines sog. Gleichlichtpegels, der zur Weiterverarbeitung der verschiedenen Abtastsignale benötigt wird. Eine ungleichmäßiger Lichteinfall auf die Kompensations-Detektorelemente hat somit Fehler in der Signal-Weiterverarbeitung zur Folge.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung anzugeben, bei der sichergestellt ist, dass auch im Fall einer eventuellen Änderung des Abtastabstandes eine gleichmäßige Änderung des Lichteinfalles auf die verschiedenen Kompensations-Detektorelemente resultiert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abtasteinheit mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt sind.
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Gegenstand des Anspruches 6 ist ferner eine optische Positionsmesseinrichtung, die eine erfindungsgemäß aufgebaute Abtasteinheit umfaßt.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen gewährleisten nunmehr, dass auch im Fall einer eventuellen Änderung des Abtastabstandes – beispielsweise bedingt durch Führungstoleranzen – eine gleichmäßige Änderung des Lichteinfalles auf allen Kompensations-Detektorelementen und damit des Gleichlichtpegels resultiert.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, dass die Kompensations-Detektorelemente derart angeordnet werden, dass deren Flächenschwerpunkte allesamt auf einer Kreislinie liegen, deren Mittelpunkt mit der optischen Achse des Systems zusammenfällt. Die Lage der optischen Achse ist hierbei durch die zentral angeordnete Lichtquelle der Abtasteinheit definiert.
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Erfindungsgemäß werden auch die Referenzimpuls-Detektorelemente derart angeordnet, dass deren Flächenschwerpunkte auf der erwähnten Kreislinie liegen.
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Zudem erweist sich als vorteilhaft, wenn die Gesamt-Fläche aller Referenzimpuls-Detektorelemente identisch zur Gesamt-Fläche aller Kompensations-Detektorelemente gewählt ist.
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Desweiteren ist selbstverständlich auch die bereits in der
DE 199 21 309 A1 erwähnte Unempfindlichkeit der Erzeugung des Referenzimpulssignales bei eventuellen Verkippungen der Abtasteinheit weiterhin sichergestellt. Das gleiche gilt für die Unempfindlichkeit der Referenzimpulssignal-Erzeugung gegenüber eventuellen Verschmutzungen des Maßstabes.
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Selbstverständlich ist es ferner möglich, die erfindungsgemäße Abtasteinheit sowohl in linearen wie auch in rotatorischen Positionsmesseinrichtungen zu verwenden.
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Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Abtasteinheit anhand der beiliegenden Zeichnungen.
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Dabei zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Abtasteinheit in Verbindung mit einem abgetasteten Maßstab;
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2 eine Draufsicht auf den abgetasteten Maßstab aus 1;
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3 eine Draufsicht auf die Detektorebene der erfindungsgemäßen Abtasteinheit aus 1;
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4a ein Blockschaltbild einer ersten Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Ausgangs-Referenzimpulssignales aus den erfassten Signalen;
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4b ein Blockschaltbild einer zweiten Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Ausgangs-Referenzimpulssignales aus den erfassten Signalen;
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5a–5d verschiedene Darstellungen von Signalen innerhalb der Blockschaltbilder aus den 4a und 4b, anhand der die erfindungsgemäße Erzeugung von Ausgangs-Referenzimpulssignalen erläutert wird.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer optischen Positionsmesseinrichtung gezeigt, die neben der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 den damit abgetasteten Maßstab 10 umfaßt. Der verwendete Maßstab 10 ist in einer Draufsicht in 2 gezeigt. 3 zeigt eine detaillierte Ansicht der Detektorebene der Abtasteinheit 20.
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Die Abtasteinheit 20 und der Maßstab 10 sind in der angegebenen Messrichtung x relativ zueinander verschiebbar angeordnet; die Messrichtung x ist damit in 1 senkrecht zur Zeichenebene orientiert.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel der optischen Positionsmesseinrichtung dient zur Erfassung linearer Relativbewegungen von Abtasteinheit 20 und Maßstab 10. Eine entsprechend ausgebildete Positionsmesseinrichtung und kann etwa in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine eingesetzt werden. Die von der Positionsmesseinrichtung erzeugten, diversen positionsabhängigen Abtastsignale werden hierbei zur Weiterverarbeitung an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit übertragen, beispielsweise an eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung.
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Alternativ zur dargestellten Linear-Variante kann die erfindungsgemäße Abtasteinheit 20 selbstverständlich auch in Messanordnungen zur Erfassung rotatorischer Relativbewegungen eingesetzt werden.
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Der abgetastete Maßstab 10 besteht im Ausführungsbeispiel der 1–3 aus einem Trägerkörper 11, auf dem mittig eine Inkrementalteilungsspur 12 in Messrichtung x angeordnet ist. In der Inkrementalteilungsspur 12 erstrecken sich in Messrichtung x periodisch angeordnete reflektierende Teilbereiche 12.1 und nicht-reflektierende Teilbereiche 12.2, deren Längsachsen jeweils in der angegebenen y-Richtung orientiert sind, d. h. senkrecht zur Messrichtung x. Die Teilungsperiode TP der inkrementalteilungsspur 12 wird in einer möglichen Ausführungsform z. B. TP = 20 μm gewählt. Als Trägerkörper 11 kann etwa ein Metallband dienen, auf dem im Bereich der Inkrementalteilungsspur 12 die Teilbereiche 12.1, 12.2 mit den entsprechenden optischen Eigenschaften ausgebildet werden.
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Die materialmäßige Ausbildung des Maßstabes 10 ist hierbei nicht erfindungswesentlich, d. h. der Maßstab 10 kann grundsätzlich auch alternativ zur angegebenen Ausführungsform realisiert werden.
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Seitlich benachbart zur Inkrementalteilungsspur 12 sind im gezeigten Beispiel desweiteren zwei Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 an einer Referenzposition xREF in zwei Referenzmarkierungsspuren 14.1, 14.2 angeordnet. Mit Hilfe der Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 wird somit eine eindeutige Absolutposition entlang der Messstrecke definiert, über die der Absolutbezug der hochauflösenden Inkrementalmessung in bekannter Art und Weise hergestellt werden kann.
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Selbstverständlich können auch noch an weiteren Stellen der Referenzmarkierungsspuren 14.1, 14.2 derartige Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 paarweise an entsprechenden Referenzpositionen xREF des Maßstabes 10 angebracht werden. Ebenso ist es möglich, etwa auch sogenannte abstandscodierte Referenzmarkierungen vorzusehen und erfindungsgemäß abzutasten etc..
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Im Ausführungsbeispiel der 1–3 weisen die beiden seitlich benachbart zur Inkrementalteilungsspur 12 angeordneten Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 in Messrichtung x eine Länge lx = 200 μm auf; die Länge ly der Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 in Strichrichtung der Inkrementalteilungsspur 12 wird beispielsweise ly = 500 μm gewählt.
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Die Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 sind in diesem Beispiel als nicht-reflektierende Bereiche auf dem ansonsten reflektierenden Trägerkörper 12 ausgebildet.
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Im Zusammenhang mit den verschiedenen optischen Eigenschaften der Teilbereiche 12.1, 12.2 in der Inkrementalteilungsspur 12 bzw. der Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 in den Referenzmarkierungsspuren 14.1, 14.2 sei an dieser Stelle betont, dass eine wie oben spezifizierte Auslegung selbstverständlich nicht zwingend erfolgen muß. Es kann beispielsweise in der Inkrementalteilungsspur 12 ausreichen, Teilbereiche 12.1, 12.2 alternierend mit unterschiedlich hoher Reflektivität auszubilden. Ebenso könnten die Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 in den Referenzmarkierungsspuren 14.1, 14.2 hoch reflektierend ausgelegt werden, während die angrenzenden Bereiche der Trägerkörper-Oberfläche lediglich gering reflektierend wirken etc..
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Wie bereits oben angedeutet bietet eine derartige Anordnung von zwei Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 seitlich benachbart zur Inkrementalteilungsspur 12 deutliche Vorteile gegenüber der lediglich einseitigen Anordnung einer Referenzmarkierung. So ist damit praktisch ausgeschlossen, dass etwa eine lokale Verschmutzung, die ebenfalls optisch reflexmindernd wirkt und sich benachbart zur Inkrementalteilungsspur 12 befindet, als Referenzmarkierung interpretiert werden kann. Dies wird durch die nachfolgend noch detailliert zu erläuternde Verarbeitung der resultierenden Abtastsignale aus beiden Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 sichergestellt. Ferner ist auch im Fall einer Verdrehung der Abtasteinheit 20 gegenüber dem Maßstab 10 um die z-Achse sichergestellt, dass die Phasenlage des letztlich erzeugten Ausgangs-Referenzimpulssignales sich gegenüber den Inkrementalsignalen nicht unerwünscht verändert.
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Auf Seiten der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 sind in der schematischen Darstellung der 1 eine Reihe wichtiger Komponenten erkennbar, die allesamt in einer einzigen Baueinheit angeordnet sind. Im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 sei an dieser Stelle auch auf die 3 verwiesen, die eine Ansicht der Detektorebene in der Abtasteinheit 20 zeigt.
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Die erfindungsgemäße Abtasteinheit 20 umfasst eine zentral angeordnete Lichtquelle 21, beispielsweise eine geeignete LED. Die Lichtquelle 21 dient hierbei sowohl zur Beleuchtung der Inkrementalteilungsspur 12 auf dem Maßstab 10 wie auch zur Beleuchtung der Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 auf demselben. Durch den geometrischen Mittelpunkt der Lichtquelle 21 ist eine optische Achse OA der Abtasteinheit 20 definiert, die senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist.
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Symmetrisch um die Lichtquelle
21 bzw. um die optische Achse OA ist eine Anordnung aus mehreren Inkrementalsignal-Detektorelementen
22.1–
22.8 vorgesehen, die nachfolgend kurz als Inkrementalsignal-Abtastanordnung bezeichnet sei. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Inkrementalsignal-Abtastanordnung der Abtasteinheit
20 insgesamt acht separate, jeweils quadratisch ausgebildete Inkrementalsignal-Detektorelemente
22.1–
22.8. Die Inkrementalsignal-Detektorelemente
22.1–
22.8 sind hierbei derart zueinander angeordnet, dass bei der entsprechenden Auflicht-Abtastung der Inkrementalteilungsspur
12 auf dem Maßstab
10 phasenversetzte Teil-Inkrementalsignale aus den verschiedenen Inkrementalsignal-Detektorelementen
22.1–
22.8 resultieren. Die relativen Phasenlagen der Teil-Inkrementalsignale aus den verschiedenen Inkrementalsignal-Detektorelementen
22.1–
22.8 sind in
3 jeweils angegeben. Durch die in
3 angedeutete Gegentaktverschaltung der entsprechenden Detektorelemente läßt sich in bekannter Art und Weise ein Paar um 90° phasenversetzter, sinus- bzw. cosinusförmiger Inkrementalsignale erzeugen. Weiter sei an dieser Stelle auf die bekannte Art und Weise der Inkrementalsignal-Erzeugung nicht eingegegangen; es wird in diesem Zusammenhang auf die oben erwähnte Publikation von R. Burgschat sowie die
DE 195 27 287 A1 verwiesen.
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Zur photoelektrischen Abtastung der benachbart zur Inkrementalteilungsspur 12 angeordneten Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 auf dem Maßstab 10 umfaßt die erfindungsgemäße Abtasteinheit des gezeigten Ausführungsbeispiels nunmehr ingesamt vier Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4. Je ein Paar der Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 dient hierbei zur Abtastung einer der beiden Referenzmarkierungen 13.1, 13.2 bzw. Referenzmarkierungsspuren 14.1, 14.2 auf dem Maßstab 10. Die beiden in 3 links angeordneten Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1, 24.2 dienen zur Abtastung der in 1 links angeordneten Referenzmarkierungsspur 14.1, die beiden in 3 rechts angeordneten Referenzimpuls-Detektorelemente 24.3, 24.4 werden zur Abtastung der in 1 rechts angeordneten Referenzmarkierungsspur 14.2 verwendet.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, die vier Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 so anzuordnen, dass deren Flächenschwerpunkte SP5–SP8 auf einer Kreislinie K liegen, deren Mittelpunkt mit der optischen Achse OA zusammenfällt.
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Die vier Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel allesamt identisch quadratisch ausgebildet, um die verfügbare Fläche möglichst optimal auszunutzen. Grundsätzlich könnte aber auch eine alternative Geometrie der Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 gewählt werden, beispielsweise kreisförmig etc..
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Die zur Abtastung einer Referenzmarkierung 13.1, 13.2 jeweils vorgesehenen zwei Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1 und 24.2 bzw. 24.3 und 24.4 sind in Messrichtung x versetzt zueinander angeordnet, so dass bei der Abtastung der jeweiligen Referenzmarkierung 13.1, 13.2 zwei phasenversetzte Teil-Referenzimpulssignale resultieren. Der Abstand der beiden derart erzeugten Teil-Referenzimpulssignale beträgt in der gezeigten Ausführungsform in Messrichtung x dabei etwa 0.5 mm, was bei einer Teilungsperiode der Inkrementalteilungsspur von TP = 20 μm dann entsprechend 25 Signalperioden des Inkrementalsignales ausmacht.
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Die verschiedenen optoelektronischen Bauelemente wie Lichtquelle und Detektorelemente sind in der Abtasteinheit 20 allesamt auf einer Seite eines Trägerkörpers 25 angeordnet. Über eine oberhalb der Bauelemente angeordnete Glasplatte 26 werden die Bauelemente gegen mechanische Beschädigung im Messbetrieb geschützt.
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Im Zusammenhang mit der Verarbeitung der Signale und der Erzeugung des letztlich an die Auswerteeinheit zu übertragenden Ausgangs-Referenzimpulssignales sei an dieser Stelle auf die nachfolgende Beschreibung der Schaltungsanordnungen in den 4a und 4b verwiesen.
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Für die Weiterverarbeitung der Teil-Referenzimpulssignale als auch für die Verarbeitung der erzeugten Teil-Inkrementalsignale sind auf Seiten der Abtasteinheit 20 ferner ingesamt vier Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 allesamt so um die Inkrementalsignal-Abtastanordnung verteilt anzuordnen, dass deren Flächenschwerpunkte SP1–SP4 auf der Kreislinie K liegen, deren Mittelpunkt mit der optischen Achse OA zusammenfällt.
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Auf diese Art und Weise lässt sich sicherstellen, dass im Fall einer eventuellen Änderung des Abtastabstandes die Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 eine gleichmäßige Änderung des einfallenden Lichtes registrieren.
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Zudem sind in der vorliegenden Variante der Erfindung die Gesamt-Fläche aller Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 identisch zur Gesamt-Fläche aller Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 gewählt. Dadurch ändern sich bei einer Variation des Abtastabstandes die Gleichpegel sowohl in allen Referenzimpuls-Detektorelementen 24.1–24.4 als auch in allen Kompensations-Detektorelementen 24.1–24.4 in gleicher Art und Weise und können in der nachfolgenden Signalverarbeitung entsprechend kompensiert werden.
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Grundsätzlich wäre dabei auch eine alternative Anzahl von Referenzimpuls-Detektorelementen ebenso denkbar wie eine alternative Anzahl von Kompensations-Detektorelementen, sofern die Bedingung hinsichtlich der Gleichheit der jeweiligen Gesamtflächen eingehalten wird.
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Die Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 weisen in der dargestellten Ausführungsform jeweils eine Form auf, die aus der Zusammensetzung eines Rechteckes und eines gleichschenkligen Dreieckes resultiert, wie dies beim Kompensations-Detektorelement 23.2 angedeutet ist. Hierbei ist die Rechtecks-Längsachse senkrecht zur Messrichtung x orientiert. Die Längen der beiden Schenkel des Dreieckes sind identisch zur Breite des Rechteckes gewählt, wobei ein Schenkel des Rechteckes an diejenige Seite des Rechteckes angrenzt, die in Richtung der Inkrementalsignal-Detektoranordnung orientiert ist.
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Die gewählte Form der Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 resultiert wiederum aus der Optimierung des verfügbaren Platzes; grundsätzlich wäre selbstverständlich auch eine alternative Geometrie der Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 denkbar.
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Sämtliche Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 sind wie in 3 erkennbar seriell miteinander verschaltet.
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Es ergibt sich aufgrund der gewählten Anordnung der verschiedenen Detektorelemente somit eine äußerst kompakte Ausgestaltung der Abtasteinheit 20. Gleichzeitig stehen aber detektorseitig hinreichend große Flächen zur Detektion der verschiedenen Abtastsignale zur Verfügung.
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Die Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 werden im Messbetrieb von reflektiertem Licht aus dem Bereich der Inkrementalteilungsspur 12 beaufschlagt. Aufgrund der relativ großen räumlichen Ausdehnung der Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 in Messrichtung x und der gewählten seriellen Verschaltung derselben resultiert bei der Abtastung der Inkrementalteilungsspur 12 daraus ein Kompensationssignal mit weitestgehend gleichbleibendem Signalpegel. Zur Nutzung des Kompensationssignales bei der Erzeugung des Ausgangs-Referenzimpulssignales sei wiederum auf die nachfolgende Beschreibung möglicher Schaltungsanordnungen in den 4a und 4b verwiesen.
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4a zeigt hierbei eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung, mit der eine Erzeugung eines Ausgangs-Referenzimpulssignales H über die oben beschriebene Abtasteinheit möglich ist. Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung dieser Schaltungsanordnung sei auch auf die 5a–5d verwiesen, die verschiedene Signale A–H im Bereich der zu detektierenden Referenzposition xREF = 0 veranschaulichen, die bei der Erzeugung des gewünschten Ausgangs-Referenzimpulssignales eine Rolle spielen.
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In der Auswertungs-Variante gemäß 4a gelangen die über die beiden Referenzimpuls-Detektorelemente 24.3, 24.2 erfaßten Teil-Referenzimpulssignale auf einen ersten Strom-Spannungs-Wandler 30.1; die über die zwei Referenzimpuls-Detektorelemente 24.4, 24.1 erfaßten Teil-Referenzimpulssignale auf einen zweiten Strom-Spannungs-Wandler 30.2. An den Ausgängen der beiden Strom-Spannungs-Wandler 30.1, 30.2 liegen die beiden Signale A und B an, die in 5a im Bereich der Referenzposition xREF = 0 veranschaulicht werden. Es werden demzufolge jeweils diejenigen Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 seriell auf den Eingang eines Strom-Spannungs-Wandlers 30.1, 30.2 geschaltet, die sich in der Abtasteinheit senkrecht zur Messrichtung x direkt gegenüberliegen.
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Die über die vier seriell verschalteten Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 detektierten Teil-Kompensationssignale wiederum gelangen auf einen dritten Strom-Spannungs-Wandler 30.3. An dessen Ausgang resultiert dann das Kompensationssignal C mit nahezu gleichbleibendem Signalpegel, welches ebenfalls in 5a dargestellt ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist nunmehr sichergestellt, dass sich im Fall einer eventuellen Änderung des Abtastabstandes die Pegel der verschiedenen Teil-Kompensationssignale gleichmäßig ändern.
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Aus den Signalen A, B und C wird nachfolgend durch geeignet beschaltete Operationsverstärker 31.1, 31.2 die Differenz und die Summe aus den beiden analogen Signalen A und B gebildet. Am Ausgang des ersten Operationsverstärkers 31.1 liegt dann mit dem Signal D das entsprechende Differenzsignal aus den beiden Signalen A und B an; am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 31.2 resultiert das Summensignal E aus den beiden Signalen A und B. Die derart generierten Signale D und E sind in 5b gezeigt.
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Aus den beiden Signalen D und E werden anschließend über die beiden Fensterkomparatoren 32.1, 32.2 entsprechende rechteckförmige Signale F und G erzeugt, die in 5c veranschaulicht seien.
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Daraufhin werden die Signale F und G einer Verknüpfungsstufe 33 zugeführt, die eine logische UND-Verknüpfung zwischen diesen Signalen durchführt. Nach der entsprechenden UND-Verknüpfung liegt dann am Ausgang der Verknüpfungsstufe 33 schließlich an der Referenzposition xREF = 0 das gewünschte Ausgangs-Referenzimpulssignal H an, welches wiederum in 5d dargestellt ist.
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Diese Ausführungsform einer möglichen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangs-Referenzimpulssignales ist nunmehr insbesondere einfach aufgebaut und umfaßt nur wenige Elektronik-Komponenten. Desweiteren ist die oben erwähnte Forderung nach Invarianz der Phasenbeziehung zwischen dem Ausgangs-Referenzimpulssignal und den Inkrementalsignalen im Fall der Verdrehung um die z-Achse gewährleistet.
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Eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangs-Referenzimpulssignales aus den verschiedenen Signalen, die über die erfindungsgemäße Abtasteinheit detektiert werden, sei abschließend anhand von 4b erläutert.
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Im Unterschied zum vorherigen Beispiel erfolgt nunmehr eine getrennte Verarbeitung der Teil-Referenzimpulsignale derjenigen Referenzimpuls-Detektorelemente, die jeweils auf einer Seite der Abtasteinheit angeordnet und zur Abtastung einer Referenzmarkierung auf dem Maßstab vorgesehen sind. Im dargestellten Beispiel ist demzufolge ein erster Verarbeitungskanal in der gezeigten Schaltungsanordnung vorgesehen, in dem die Teil-Referenzimpulssignale der beiden Referenzimpuls-Detektorelemente 24.3, 24.4 verarbeitet werden, welche aus der Abtastung der ersten Referenzmarkierung 13.1 resultieren; in einem zweiten Verarbeitungskanal werden die Teil-Referenzimpulssignale der beiden Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1, 24.2 verarbeitet, die sich aus der Abtastung der zweiten Referenzmarkierung 13.2 ergeben. Pro Verarbeitungskanal werden demzufolge lediglich diejenigen Teil-Referenzimpulssignale von Detektorelementen verarbeitet, die aus der Abtastung der gleichen Referenzmarkierung auf dem Maßstab resultieren. Im jeweils anderen Verarbeitungskanal erfolgt die Signalverarbeitung derjenigen Teil-Referenzimpulssignale, die aus der Abtastung der gegenüberliegenden Referenzmarkierung resultieren. Gemeinsam werden hingegen in beiden Verarbeitungskanälen die über die Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 erzeugten Signale genutzt. Auf die besonderen Vorteile dieser Auswerteanordnung zur Signalverarbeitung sei im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung noch näher eingegangen.
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Die über die vier Referenzimpuls-Detektorelemente 24.1–24.4 erzeugten Teil-Referenzimpulssignale werden nunmehr jeweils einem der ebenfalls vier vorgesehenen Strom-Spannungs-Wandler 300.1–300.4 zugeführt. Im ersten Verarbeitungskanal resultieren am Ausgang der Strom-Spannungswandler 300.1, 300.2 die beiden Signale A, B, die in 5a gezeigt sind. Identisch hierzu werden die Teil-Referenzimpulssignale aus den Referenzimpuls-Detektorelementen 24.1, 24.2 den beiden Strom-Spannungs-Wandlern 300.4, 300.5 im zweiten Verarbeitungskanal zugeführt. An deren Ausgängen liegen im Bereich der Referenzposition xREF = 0 dann ebenfalls die Signale A, B an, die in 5a gezeigt sind.
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Auf einen weiteren Strom-Spannungs-Wandler 300.3 werden die Signale der Kompensations-Detektorelemente 23.1–23.4 geschaltet; das entsprechende Kompensationssignal C am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 300.3 mit nahezu gleichbleibendem Signalpegel ist ebenfalls wieder in 5a gezeigt. Das derart erzeugte Kompensationssignal C wird nachfolgend in beiden Verarbeitungskanälen genutzt.
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In beiden Verarbeitungskanälen wird anschließend mit Hilfe des Kompensationssignales C jeweils die Summe und die Differenz aus den Signalen A und B gebildet. An den Ausgängen der entsprechend beschalteten Operationsverstärker 310.1, 310.3 des ersten Verarbeitungskanales liegt dann mit den Signalen D und E das entsprechende Differenz- und Summensignal an. Die Signale D und E sind wiederum in 5b gezeigt. Entsprechend erfolgt auch die Verarbeitung der Signale A und B im zweiten Verarbeitungskanal, in dem dann an den Ausgängen der beiden ensprechend beschalteten Operationsverstärker 310.3, 310.4 das Differenzsignal D sowie das Summensignal E anliegt.
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Mit Hilfe nachgeordneter Fensterkomparatoren 320.1–320.4 werden die Summen- und Differenzsignale E, D anschließend in entsprechende rechteckförmige Signale G und F umgewandelt, wie sie wiederum in 5c dargestellt sind.
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In jedem der beiden Verarbeitungskanäle erfolgt anschließend über ein Verknüpfungselement 330.1, 330.2 die logische UND-Verknüpfung der beiden Signale F und G. Am Ausgang der Verknüpfungselemente liegt dann in beiden Verarbeitungskanälen im Bereich der Referenzposition xREF = 0 ein Signal H vor, das in 5d gezeigt ist.
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Über die nochmalige logische UND-Verknüpfung der beiden Signale H aus den zwei Verarbeitungskanälen mit Hilfe eines dritten Verknüpfungselementes 330.3 wird schließlich das gewünschte Ausgangs-Referenzimpulssignal H' erzeugt. Das Ausgangs-Referenzimpulssignal H' ist hierbei im Fall einer korrekten Detektion von Teil-Referenzimpulssignalen auf beiden Seiten der Inkrementalspur identisch mit den Signalen H in den beiden Verarbeitungskanälen.
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Die in 4b dargestellte Schaltungsanordnung bietet gegenüber der in 4a erläuterten ersten Schaltungsanordnung einen weiteren Vorteil. So ist hierbei aufgrund der getrennten Verarbeitung der Signale aus den Referenzmarkierungen auf beiden Seiten der Inkrementalspur gewährleistet, dass etwa aus einer eventuellen Verschmutzung auf einer Seite keine fehlerhafte Erzeugung eines Referenzimpulssignales resultiert. Dies wird letztlich durch die abschließend erfolgende logische UND-Verknüpfung der beiden Signale H aus den zwei Verarbeitungskanälen über das Verknüpfungselement 330.3 sichergestellt.
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Desweiteren gewährleistet auch diese Variante, dass auch bei einer eventuellen Verdrehung der Abtasteinheit gegenüber dem Maßstab die Phasenlage des erzeugten Ausgangs-Referenzimpulssignales H' gegenüber den Inkrementalsignalen erhalten bleibt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Phasenlage der jeweiligen Signale H aus den gegenüberliegend benachbarten Bereichen in einem derartigen Fall gegensinning zueinander ändert. Aufgrund der ausgangsseitig erfolgenden logischen UND-Verknüpfung wiederum bleibt die Phasenlage des derart resultierenden Ausgangs-Referenzimpulssignales H' jedoch erhalten; lediglich die Breite des entsprechenden Rechteckpulses H' verändert sich in diesem Fall.
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Die in den beiden Schaltungsanordnungen 4a und 4b vorgesehenen Bauelemente zur Verarbeitung der von den Referenzimpuls-Detektorelementen erzeugten Teil-Referenzimpulssignale sind vorzugsweise ebenfalls allesamt auf Seiten der Abtasteinheit angeordnet. Dies kann beispielsweise auf dem Trägerkörper 25 erfolgen, auf dem auch die restlichen optoelektronischen Bauelemente angeordnet werden. Ausgangsseitig liefert die erfindungsgemäße Abtasteinheit dann neben den Inkrementalsignalen das Ausgangs-Referenzimpulssignal H, H', das in der nachgeordneten Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden kann.
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Neben den erläuterten Beispielen existieren im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich noch eine Vielzahl weiterer Ausführungsmöglichkeiten.
