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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Positionsmesseinrichtung,
die insbesondere oberwellenfreie Abtastsignale liefert.
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Bekannte
optische Positionsmesseinrichtungen zur Erzeugung von Abtastsignalen
in Form periodischer Inkrementalsignale umfassen üblicherweise eine
Messteilung sowie eine relativ zur Messteilung in einer Messrichtung
beweglich angeordnete Abtasteinheit. Mit der Messteilung und der
Abtasteinheit wiederum sind die beiden Objekte – beispielsweise Maschinenteile – verbunden,
deren Relativposition mit der Positionsmesseinrichtung zu bestimmen
ist. Die erzeugten Abtastsignale werden zur Weiterverarbeitung einer
Folgeelektronik zugeführt,
etwa einer numerischen Werkzeugmaschinensteuerung oder einem Antriebsregler.
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Auf
Seiten der linearen oder rotatorischen Messteilung ist eine in Messrichtung
periodische Anordnung von Teilungsbereichen mit unterschiedlichen
optischen Eigenschaften vorgesehen. Im Fall eines Durchlicht-Systems
sind hierbei alternierend durchlässige
und undurchlässige
Teilungsbereiche auf Seiten der Messteilung angeordnet, im Fall
eines Auflicht-Systems hochreflektierende Teilungsbereiche und gering-reflektierende
Teilungsbereiche etc.. Die Abtasteinheit umfasst zur Erzeugung der
Abtastsignale zumindest eine Lichtquelle und eine optoelektronische
Detektoranordnung. Je nach verwendetem optischen Abtastprinzip können in
der Abtasteinheit ferner noch ein oder mehrere Abtastteilungen im Abtaststrahlengang
angeordnet sein.
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Die
derart erzeugten analogen Abtastsignale weisen aufgrund verschiedenster
Störeinflüsse in der Regel
keine ideale Signalform auf, d.h. es liegen üblicherweise keine sinusförmigen Abtastsignale
vor. Als Ursachen für
derartige Abweichungen kommen beispielsweise Ungenauigkeiten in
der verwendeten Messteilung, Schwankungen des Abtastabstandes oder
aber resultierende Beugungseffekte in Betracht. Im Ergebnis resultieren
also unerwünschte
Oberwellenanteile in den Abtastsignalen. Zur fehlerfreien Weiterverarbeitung
der Abtastsignale sind jedoch weitestgehend oberwellenfreie Signale
mit ideal sinusförmiger
Form wünschenswert.
Dies gilt insbesondere wenn in der Positionsmesseinrichtung oder aber
in der Folgeelektronik eine Signalinterpolation erforderlich ist,
mittels der die gelieferte Signalperiode der Abtastsignale nochmals
elektronisch unterteilt wird.
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Zur
Reduzierung des Oberwellengehaltes sind nunmehr bereits eine Vielzahl
von Lösungen
bekannt geworden. Die verschiedenen Ansätze zur Oberwellenfilterung
sehen hierbei z.B. Eingriffe auf Seiten einer Abtastteilung oder
auf Seiten der Messteilung vor. Die jeweiligen Teilungen werden
in geeigneter Form modifiziert, um die unerwünschten Oberwellenanteile an
den erzeugten Abtastsignalen zu minimieren. Dies kann etwa durch
Modifikationen der periodischen Anordnung der Teilungsstrukturen und/oder
durch eine geeignete Geometrie der Teilungsstrukturen erfolgen.
Beispielsweise seien in diesem Zusammenhang die Druckschriften
GB 2 116 313 A oder
EP 541 827 B1 erwähnt.
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Aus
der
DE 1 282 988 ist
ferner eine Positionsmesseinrichtung bekannt, bei der sowohl auf
der Seite der Messteilung als auch auf der Seite der Abtastteilung
bestimmte Maßnahmen
zur Oberwellenfilterung ergriffen werden.
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Des
weiteren sind diverse Möglichkeiten
bekannt, durch Eingriffe auf Seiten der verwendeten Detektoranordnung
den Oberwellengehalt der Abtastsignale zu verringern. Hierzu sei
etwa auf die
EP 250
711 A2 oder aber die
EP 714 015 B1 verwiesen. In diesen Druckschriften
wird vorgeschlagen, durch eine geeignete Anordnung und Dimensionierung
der einzelnen Detektorelemente in der Detektoranordnung eine definierte
Oberwellenfilterung vorzunehmen. Durch derartige Maßnahmen
auf Seiten der Detektorelemente lassen sich ebenfalls sehr effizient unerwünschte Oberwellenanteile
aus den Abtastsignalen eliminieren. Problematisch hieran ist jedoch, dass
für unterschiedliche
Abtastkonfigurationen jeweils unterschiedliche Ausführungen
bzw. Designs der Detektoranordnungen erforderlich werden. Wenn nunmehr
derartige Detektoranordnungen in integrierter Form in sog. OPTO-ASICs
auf Seiten der Abtasteinheit eingesetzt werden sollen, resultiert
bei eventuell erforderlichen Änderungen
aufgrund anderer Filterungsanforderungen ein signifikanter Aufwand
bzgl. der dann auch nötigen Änderungen
in der Detektoranordnung. Wünschenswert
ist im Fall des Einsatzes von OPTO-ASICs jedoch grundsätzlich, dass diese für vielfältige Anwendungen
möglichst
unverändert
zur Verfügung
stehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optische Positionsmesseinrichtung
anzugeben, die eine zuverlässige
Oberwellenfilterung in den resultierenden Abtastsignalen sicherstellt.
Hierbei sollte eine flexible Anpassung der zur Oberwellenfilterung
vorgesehenen Maßnahmen
an verschiedene Abtastkonfigurationen möglich sein.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine optische Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruches 1.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der optischen Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus den Maßnahmen,
die in den von Anspruch 1 abhängigen
Ansprüchen
aufgeführt
sind.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr
vorgesehen, eine Teil-Filterung unerwünschter Oberwellenanteile sowohl
auf Seiten der optoelektronischen Detektoran ordnung als auch eine
Teil-Filterung von Oberwellenanteilen auf Seiten der verwendeten
Messteilung vorzunehmen. So kann etwa eine bestimmte Teil-Filterfunktionalität durch
die geometrische Form und/oder Anordnung von Detektorelementeinheiten auf
Seiten der Abtasteinheit sichergestellt werden. Eine weitere Teil-Filterfunktionalität lässt sich
darüberhinaus
durch Maßnahmen
auf Seiten der Messteilung sicherstellen, wenn dort die Form und/oder
Anordnung der Teilungsbereiche entsprechend den Filteranforderungen
gewählt
wird.
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Auf
diese Art und Weise kann insbesondere eine optoelektronische Detektoranordnung
auf eine bestimmte Teil-Filterfunktionalität hin ausgelegt werden, die
für eine
Reihe verschiedener Abtastkonfigurationen grundsätzlich geeignet ist. Durch
die zusätzlichen
Filtermaßnahmen
auf Seiten der eingesetzten Messteilung lässt sich die gewünschte Filterwirkung für verschiedene
Abtastkonfigurationen darüberhinaus
individuell und flexibel optimieren. Hierzu sind keine aufwändigen weiteren
Eingriffe in das vorgegebene Design der optoelektronischen Detektoranordnung
nötig.
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Im
Hinblick auf die geometrische Ausgestaltung der Detektorelementeinheiten
in der optoelektronischen Detektoranordnung gibt es im Rahmen der vorliegenden
Erfindung verschiedene Möglichkeiten. So
kann beispielsweise durch eine geeignete Konturgebung der Detektorelemente
der Detektorelementeinheiten eine Teil-Filterwirkung sichergestellt werden;
alternativ kann dies aber auch durch die geeignete Breite einer
entsprechenden Detektorelementeinheit oder aber durch geeignetes
blockweises Zusammenschalten von Detektorelementen erreicht werden.
Selbstverständlich
lassen sich diese Maßnahmen
zur erwünschten
Teil-Filterung auf der Seite der Detektoranordnung auch geeignet
kombinieren.
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Im
Fall einer spiegelsymmetrischen Anordnung der Detektorelemente relativ
zu einer Symmetrieachse der Detektoranordnung lässt sich ferner eine gewisse
Toleranz bei der erforderlichen Justage der Detektoranordnung in
Bezug auf die Messteilung erreichen. Es resultiert eine einfachere
Montage der Positionsmesseinrichtung.
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Des
weiteren gibt es auch auf Seiten der Messteilung verschiedene Möglichkeiten,
die gewünschte
Teil-Filterwirkung zu realisieren. So kann neben einer verkippten
Anordnung von Teilungsbereichen um einen bestimmten Verkippwinkel
auch eine abgewinkelte bzw. V-förmige
Anordnung der Teilungsbereiche relativ zu einer Symmetrieachse vorgesehen
werden; alternativ kann auch die Kontur der Teilungsbereiche sinusförmig ausgestaltet
werden.
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Selbstverständlich lassen
sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen
sowohl in Verbindung mit linearen als auch mit rotatorischen Positionsmesseinrichtungen
einsetzen. Ebenso können
die vershiedenen Maßnahmen
mit Durchlicht- und Auflicht-Systemen realisiert werden.
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Weitere
Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
beiliegenden Figuren.
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Dabei
zeigt
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1 eine
schematisierte Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen
Positionsmesseinrichtung, die zur Erfassung einer rotatorischen
Bewegung dient;
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2 eine
schematisierte Teil-Ansicht einer ersten Ausführungsform einer optoelektronischen Detektoranordnung
in Verbindung mit einer ersten Ausführungsform der abgetasteten
Messteilung;
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3 eine
schematisierte Teil-Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer optoelektronischen Detektoranordnung
in Verbindung mit der ersten Ausführungsform der abgetasteten
Messteilung;
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4 eine
schematisierte Teil-Ansicht einer dritten Ausführungsform einer optoelektronischen Detektoranordnung
in Verbindung mit einer zweiten Variante der abgetasteten Messteilung;
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5 eine
schematisierte Teil-Ansicht einer dritten Ausführungsform einer optoelektronischen Detektoranordnung
in Verbindung mit einer dritten Variante der abgetasteten Messteilung.
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In 1 ist
in einer schematisierten Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen
Positionsmesseinrichtung dargestellt, in der eine geeignet ausgebildete
optoelektronische Detektoranordnung 22 und eine darauf
abgestimmte Messteilung 10 eingesetzt wird. Sowohl über die
Detektoranordnung 22 als auch über die Messteilung 10 resultieren
jeweils erfindungsgemäß bestimmte
Teil-Filterwirkungen in Bezug auf den unerwünschten Oberwellenanteil der
Abtastsignale.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine rotatorische Positionsmesseinrichtung mittels
der die Position bzw. der Drehwinkel einer um die Achse A rotierenden
Teilscheibe 12 bestimmt werden soll. Die Teilscheibe 12 besitzt
in diesem Beispiel eine kreisringförmig angeordnete Messteilung 10,
die im Durchlicht abgetastet wird. Die Messteilung 10 ist
hierbei als in Messrichtung x periodische Abfolge von (licht-)durchlässigen und (licht-)undurchlässigen Teilungsbereichen
ausgebildet. Die Breite eines benachbarten Paares von lichtdurchlässigen und
lichtundurchlässigen
Teilbereichen der Messteilung 10 sei nachfolgend als Periodizität TPM der
Messteilung 10 bezeichnet.
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Zur
Erzeugung positionsabhängiger
Abtastsignale umfasst die dargestellte Positionsmesseinrichtung
ferner eine Abtasteinheit 20 mit einer Lichtquelle 21,
eine der Lichtquelle vorgeordnete Kollimatoroptik 26 sowie
eine Abtastplatine 27, auf der in der Detektionsebene die
optoelektronische Detektoranordnung 22 angeordnet ist.
Mittels Bonddrähten 25a, 25b ist
die Detektor anordnung 22 mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen
auf der Abtastplatine 27 verbunden. Über die nachfolgend noch im
Detail zu beschreibende optoelektronische Detektoranordnung 22 wird
im Fall der Relativbewegung von Messteilung 10 und Abtasteinheit 20 ein
in der Detektionsebene erzeugtes periodisches Streifenmuster abgetastet, das
verschiebungsabhängig
moduliert wird. Aus der optoelektronischen Abtastung dieses Streifenmusters
resultieren die zur Weiterverarbeitung vorgesehenen periodischen,
analogen Abtastsignale bzw. Inkrementalsignale.
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Die
von der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung
erzeugten und ggf. schon aufbereiteten Abtastsignale werden über ebenfalls
nicht dargestellte Signalübertragungsleitungen
einer Folgeelektronik zugeführt,
die beispielsweise bestimmte Steuer- und/oder Regelungsaufgaben übernimmt.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1 ist eine rotatorische Positionsmesseinrichtung
dargestellt, bei der sich die Messrichtung x, also die relative
Verschieberichtung von Messteilung 10 und Abtasteinheit 20,
entlang einer Kreisbahn erstreckt. Die Erzeugung der positionsabhängigen Abtastsignale
erfolgt über
eine sog. Durchlichtabtastung. Selbstverständlich lassen sich die nachfolgend
zu erläuternden,
erfindungsgemäßen Maßnahmen
aber auch in Verbindung mit linearen Positionsmesseinrichtungen
verwirklichen, bei der sich die Messrichtung x in linearer Richtung
bzw. entlang einer Geraden erstreckt. Das gleiche gilt für alternative
Abtastprinzipien wie etwa Auflichtabtastungen mit hoch- und gering-reflektierend
ausgebildeten Teilungsbereichen der Messteilung und/oder alternative
optische Abtaststrahlengänge
mit zusätzlich
vorgesehenen Abtastgittern etc..
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Zur
detaillierten Erläuterung
der verschiedenen erfindungsgemäßen Maßnahmen
sei nunmehr auf die 2 verwiesen, die einen Teil
der optoelektronischen Detektoranordnung 22 aus 1 in
der Detektionsebene in Verbindung mit einer ebenfalls schematisierten
Teil-Draufsicht auf die abgetastete Messteilung 10 zeigt.
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Von
der Detektoranordnung sind in 2 mehrere
Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b dargestellt,
die entlang der Messrichtung x mit der Periodizität TPM angeordnet
sind. Die Periodizität
TPM der Anordnung der Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b bzw.
der Schwerpunkte entspricht in diesem Beispiel der Periodizität TPM der
abgetasteten Messteilung.
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Von
der Messteilung sind in 2 mehrere Perioden mit Teilungsbereichen 11.1, 11.2 bzw. 11.1a, 11.1b erkennbar,
wobei in Messrichtung x benachbarte Teilungsbereiche 11.1, 11.2 jeweils
unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Mit dem Bezugszeichen 11.1 bzw. 11.1a und 11.1b werden
hierbei licht-undurchlässige
Teilungsbereiche bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 11.2 licht-durchlässige Teilungsbereiche.
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Die
komplette abtastseitige Detektoranordnung 22 der Positionsmesseinrichtung
umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform deutlich mehr als die
in 2 erkennbaren Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b;
gleiches gilt für
die abgetastete (eigentlich kreisringförmige) Messteilung, von der
in 2 lediglich ein kleiner Ausschnitt erkennbar ist
und die ebenfalls eine Vielzahl von Teilungsbereichen 11.1, 11.2 mit
unterschiedlichen optischen Eigenschaften umfasst.
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Die
in diesem Beispiel vorgesehene Detektoranordnung wird mitunter auch
als sog. strukturierter Detektor bezeichnet. Dieser umfasst eine
Vielzahl einzelner Detektorelemente oder Detektorelementeinheiten,
die zur Abtastung eines verschiebungsabhängig modulierbaren Streifenmusters
in einer Detektionsebene eingesetzt werden. Maßgeblich ist hierbei, dass
jeweils diejenigen Detektorelemente oder Detektorelementeinheiten
elektrisch miteinander verbunden sind, die phasengleiche Abtastsignale aus
der Abtastung des Streifenmusters in der Detektionsebene erzeugen. Üblich ist
hierbei die Erzeugung von vier um jeweils 90° phasenverschobenen Abtastsignalen
S0, S90, S180 und S270, die in bekannter Art und Weise verarbeitet
werden. Zur Erzeugung von jedem dieser Abtastsignale S0, S90, S180 und
S270 tragen demzufolge die Signale einer ganzen Gruppe von geeignet
miteinander verschalteten Detektorelementen oder Detektorelementeinheiten bei.
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Erfindungsgemäß wird nunmehr
sowohl durch die Ausgestaltung der Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b auf
der Abtasteinheits-Seite als auch durch die geeignete Ausgestaltung
der Teilungsbereiche 11.1 auf der Messteilungs-Seite jeweils
eine Teil-Filterung unerwünschter
Oberwellenanteile aus den erzeugten Abtastsignalen gewährleistet.
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Auf
der Seite der Abtasteinheit wird dies im vorliegenden Beispiel durch
die geometrische Form und/oder Anordnung der Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b erreicht. Diese
bestehen jeweils aus ein oder mehreren einzelnen Detektorelementen 24.1_1, 24.1_2, 24.1_3, 24.1_4, 24.2_1, 24.2_2, 24.2_3, 24.2_4, 24.3_1, 24.3_2, 24.3_3, 24.3_4,
die z.B. als bekannte Photodioden ausgebildet sind. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind je zwei Detektorelemente mit einer bestimmten geometrischen
Kontur pro Detektorelementeinheit 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b vorgesehen.
Grundsätzlich
könnte
eine Detektorelementeinheit 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b jedoch
auch alternativ aus nur einem einzelnen Detektorelement bestehen.
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Im
Hinblick auf die zur Oberwellenfilterung geeignete geometrische
Form der Detektorelemente 24.1_1, 24.1_2, insbesondere
zur geeigneten Konturgebung derselben, sei an dieser Stelle ausdrücklich auf
die Deutsche Patentanmeldung Nr. 103 19 609.9 der Anmelderin verwiesen.
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Jede
Detektorelementeinheit 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b ist
in diesem Beispiel ferner in Bezug auf ihre jeweilige Längsachse
LD in der Detektionsebene gegenüber
der Messrichtung x um einen bestimmten Verkippwinkel α ≠ 90° verkippt
angeordnet. Der Verkippwinkel α wird
in diesem Ausführungsbeispiel
hierbei so gewählt,
dass sich die Ausdehnung einer Detektorelementeinheit 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b in
Messrichtung x über
die Länge
TPM/2 erstreckt.
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Wie
aus 2 ersichtlich, besitzt die optoelektronische Detektoranordnung
eine Symmetrieachse S, die parallel zur Messrichtung x orientiert
ist. Spiegelsymmetrisch zur Symmetrieachse S bzw. in 2 oberhalb
und unterhalb zur Symmetrieachse S sind im vorliegenden Beispiel
jeweils erste und zweite Detektorelementeinheiten 23.1a und 23.1b, 23.2a und 23.2b sowie 23.3a und 23.3 in
etwa V-förmig
zueinander angeordnet. Diese Anordnung erweist sich insofern als
vorteilhaft, da sich damit eine größere Montagetoleranz der Positionsmesseinrichtung
gewährleisten
lässt.
Auch im Fall einer nicht-idealen Montage der Abtasteinheit relativ
zur abgetasteten Messteilung ist eint hinreichende Signalamplitude und
ein guter Modulationsgrad der erzeugten Abtastsignale inclusive
einer Oberwellenfilterung gewährleistet.
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Alternative
Varianten zur Ausgestaltung der Detektorelementeinheiten auf Seiten
der Abtasteinheit, um darüber
eine Teilfilterwirkung zu erzielen, seien im Verlauf der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
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Zur
vorgesehenen Teil-Filterung von unerwünschten Oberwellenanteilen
ist auf der Messteilungsseite im vorliegenden Beispiel vorgesehen,
die rautenförmigen
Teilungsbereiche 11.1, 11.2 in der Messteilung
derart anzuordnen, dass deren Längsachsen
LM in der Messteilungsebene gegenüber der Messrichtung x um einen
Winkel β ≠ 90° verkippt
angeordnet sind. Das heißt,
die erforderliche Teil-Filterwirkung auf Seiten der Messteilung
wird hierbei durch die entsprechende Schrägstellung der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 erzielt.
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Wie
aus 2 ersichtlich, besitzt im vorliegenden Beispiel
auch die Messteilung eine Symmetrieachse S, die parallel zur Messrichtung
x orientiert ist und zu der spiegelsymmetrisch jeweils erste und zweite
Teilungsbereiche 11.1a, 11.1b mit identischen optischen
Eigenschaften V-förmig
aneinandergrenzend angeordnet sind. Die V-förmige Anordnung der ersten
und zweiten Teilbereiche der Messteilung ist hierbei genau entgegengesetzt
bzw. um 180° verdreht
zur V-förmigen
Anordnung der Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b in
der Detektoranordnung gewählt.
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Im
vorliegenden Beispiel werden die Winkel α und β, die jeweils die Schrägstellung
der Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b und
der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 gegenüber der
Messrichtung x charakterisieren, derart gewählt, dass wie aus 2 ersichtlich,
sich entlang der Messrichtung x gleich breite Lücken und Striche auf der Messteilungs-Seite
bzw. Bereiche mit und ohne Detektorelementeinheiten auf der Abtasteinheits-Seite
ausgebildet werden. In anderen Worten ausgedrückt: Es wird die Geometrie
und Anordnung der Detektorelementeinheiten 23.1a, 23.1b, 23.2a, 23.2b, 23.3a, 23.3b und
der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 derart aufeinander
abgestimmt, dass jeweils eine Detektorelementeinheit in ihrer Projektion
exakt in einen durchlässigen
oder undurchlässigen
Teilungsbereich passt.
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Grundsätzlich kann
im Fall anderer Filterungsvarianten auch eine Geometrie und Anordnung der
Detektorelementeinheiten und der Teilungsbereiche dergestalt gewählt werden,
dass etwa in der Projektion eine derartige Detektorelementeinheit
um einen bestimmten Teil über
die Teilungsbereiche hinausragt etc.. Dies kann z.B. im Fall der
erforderlichen Filterung anderer Oberwellenordnungen nötig sein.
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Im
Zusammenhang mit der Abstimmung der Geometrie und Anordnung der
Detektorelementeinheiten und der Teilungsbereiche zur jeweiligen Teil-Filterung
sei ferner erwähnt,
dass vorteilhafterweise die Ausdehnung der Detektorelementeinheiten in
y-Richtung in etwa identisch zur Länge eines abgewinkelten Teilungsbereiches
auf der Messteilungsseite gewählt
wird, wie dies in 2 veranschaulicht ist.
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Weitere
alternative Varianten zur Teil-Oberwellenfilterung auf Seiten der
optoelektronischen Detektoranordnung und auf Seiten der Messteilung
seien im folgenden anhand der 3–5 erläutert. Hierbei
sei lediglich auf die maßgeblichen
Unterschiede zum ausführlich
erläuterten
Beispiel in 2 eingegangen.
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So
zeigt 3 eine Draufsicht auf einen Teil einer Messteilung,
die analog zum Beispiel aus 2 ausgebildet
ist, in Verbindung mit einer alternativen Ausführungsform auf der Seite der
Detektoranordnung. Von der Detektoranordnung sind in 3 wiederum
lediglich drei Detektorelementeinheiten 123.1, 123.2, 123.3 dargestellt.
Die komplette Detektoranordnung umfasst erneut eine Vielzahl derartiger
Detektorelementeinheiten 123.1, 123.2, 123.3,
die mit der Periodizität
TPM in Messrichtung x angeordnet sind.
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Im
Unterschied zum vorherigen Beispiel bestehen die Detektorelementeinheiten 123.1, 123.2, 123.3 nunmehr
jeweils lediglich aus einem einzigen Detektorelement. Die Detektorelemente
sind V-förmig
in Bezug auf die Symmetrieachse S der Detektoranordnung angeordnet.
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Ebenfalls
eine V-förmige
Anordnung der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 ist
wiederum auf Seiten der Messteilung vorgesehen. Um die gleiche Breite
von Stegen und Lücken
sowohl auf Seite der Detektoranordnung als auch auf Seite der Messteilung
zu gewährleisten,
ist die entsprechend entgegengesetzte V-förmige Ausrichtung bzw. abgewinkelte
Anordnung der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 bzw.
Detektorelementeinheiten 123.1, 123.2, 123.3 vorgesehen.
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Hierbei
ist grundsätzlich
nicht zwingend erforderlich, dass detektor- und messteilungsseitig
die gleichen Winkel vorgesehen werden. Die dargestellte Ausführungsform
in 3 stellt demzufolge lediglich einen Sonderfall
dar. So kann es etwa erforderlich sein, dass die Winkel derart gewählt werden,
dass die Detektorelementeinheiten in Projektion auf die Teilungsbereiche
diese einen bestimmten Teil in Messrichtung x überragen, wenn etwa die Filterung bestimmter
Oberwellen nötig
ist.
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Als
grundsätzlich
vorteilhaft erweist es sich wiederum, wenn die Länge der Detektorelementeinheiten 123.1, 123.2, 123.3 in
y-Richtung in etwa identisch zur Länge eines abgewinkelten Teilungsbereiches
gewählt
wird.
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Um
wiederum möglichst
große
Toleranzen bzgl. der Montage von Abtasteinheit und Messteilung zu
gewährleisten
ist es vorteilhaft, wenn – wie
in 3 angedeutet – in
y-Richtung sich weitere abgewinkelte Teilungsbereiche anschließen. Es
resultiert also eine Art Zick-Zack-Struktur der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 in
y-Richtung mit der Periodizität
der Länge einer
Detektorelementeinheit 123.1, 123.2, 123.3. Die
Gesamtlänge
der Teilungsbereiche in y-Richtung kann hierbei grundsätzlich je
nach Anforderung an die nötigen
Lagetoleranzen gewählt
werden.
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Zwei
weitere Varianten der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung
sind in den 4 und 5 schematisiert
dargestellt. Auf der Seite der Detektoranordnung sind jeweils rechteckförmige Detektorelementeinheiten 223.1, 223.2, 223.3 vorgesehen, die
im Abstand TPM in Messrichtung x benachbart zueinander angeordnet
sind und wiederum nur ein einzelnes rechteckförmiges Detektorelement umfassen.
Dessen Längsachse
ist in der Detektionsebene gegenüber
der Messrichtung x rechtwinklig angeordnet. Die erfindungsgemäße Teil-Filterwirkung
kann abtastseitig bei derartigen Detektorelementeinheiten 223.1, 223.2, 223.3 z.B.
durch die geeignete Wahl der Breite b der Detektorelementeinheit 223.1, 223.2, 223.3 in
Messrichtung x gewährleistet
werden sowie im Fall der abgewinkelten Teilungsbereich durch die Wahl
geeigneter Winkel wie oben erläutert.
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Auf
der Seite der Messteilung wird in 4 eine Ausführungsform
mit V-förmiger bzw.
abgewinkelter Ausrichtung der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 vorgesehen.
Die Breite B der Teilungsbereiche 11.1, 11.2 wird über deren
gesamte Erstreckung in y-Richtung konstant gemäß B = TPM/2 gewählt.
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Im
Beispiel der 5 wird eine andere Möglichkeit
zur messteilungsseitigen Teil-Oberwellenfilterung vorgeschlagen.
So weisen dort die Teilungsbereiche 111.1, 111.2 mit
unterschiedlichen optischen Eigenschaften jeweils sinusförmige Konturen
in y-Richtung auf bzw. sinusförmige
Berandungen. Über
eine derartige Konturgebung lässt
sich ebenfalls eine Teil-Oberwellenfilterung auf der Seite der Messteilung
erzielen. Die Periodizität
der sinusförmigen
Berandungsfunktion entspricht wie im dargestellten Beispiel der Länge einer
Detektorelementeinheit 223.1, 223.2, 223.3 in
y-Richtung oder aber einem ganzzahligen Bruchteil hiervon. Die Breite
B eines Teilungsbereiches 111.1, 111.2 ist über die
gesamte Länge
in y-Richtung konstant gewählt
und beträgt
B = TPM/2.
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Die
anhand der verschiedenen Figuren erläuterten Beispiele diskutierten
Maßnahmen
zur Teil-Oberwellenfilterung auf Seite der Abtasteinheit und der
Messteilung lassen sich selbstverständlich auch geeignet miteinander
kombinieren etc.. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gibt es somit
eine Reihe weiterer Ausgestaltungsmöglichkeiten, die allesamt auf
den oben diskutierten Prinzipien basieren.