DE102008043556B4 - Positionsmesseinrichtung - Google Patents

Abstract

Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der Position zweier zueinander rotatorisch beweglicher Objekte, mit- einer um eine Ist-Rotationsachse (AIST) rotierenden, periodischen Gitter-Maßverkörperung (2, 20), aus deren Abtastung sowohl Positionsinformationen bezüglich einer radialen als auch einer tangentialen Bewegung der Gitter-Maßverkörperung (2, 20) ableitbar sind, wobei- die Gitter-Maßverkörperung (2, 20) Strukturelemente umfasst, die sowohl Richtungskomponenten besitzen, welche senkrecht zur Rotationsrichtung orientiert sind als auch Richtungskomponenten, die tangential zur Rotationsrichtung orientiert sind, und wobei- die Gitter-Maßverkörperung (2, 20) mindestens zwei kreisringförmige und konzentrisch angeordnete Teilungsspuren (2.3, 2.4) umfasst, in denen jeweils periodisch geradlinige Teilungsstriche unter einem bestimmten Anordnungswinkel (α, β) nicht-parallel und nicht-senkrecht zum Radiusvektor (R) der Teilungsspuren (2.3, 2.4) angeordnet sind,- mindestens zwei Detektionseinheiten zur Abtastung der rotierenden Gitter-Maßverkörperung (2, 20) und zur Erzeugung jeweils mehrerer phasenverschobener Abtastsignale (S10, S190, S1180, S1270, S20, S290, S2180, S2270) bezüglich der Bewegungen der Gitter-Maßverkörperung (2, 20),- einer Speichereinheit (5), in der Korrekturwerte (K) bezüglich eines Exzentrizitätsfehlers von Positionssignalen (P1, P2) abgelegt sind, wobei der Exzentrizitätsfehler resultiert, wenn die Ist-Rotationsachse (AIST) der Gitter-Maßverkörperung (2, 20) nicht mit einer Soll-Rotationsachse (ASOLL) zusammenfällt sowie- einer Verrechnungseinheit (4), die die erzeugten Positionssignale (P1, P2) mit den in der Speichereinheit (5) abgelegten Korrekturwerten (K) verrechnet, um exzentrizitätsfehlerfreie Positionswerte (φkorrigiert) bezüglich der Rotation der Gitter-Maßverkörperung (2, 20) zu erzeugen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung, die zur Erfassung der Position zweier zueinander rotatorisch beweglicher Objekte dient.
• Derartige rotatorische Positionsmesseinrichtungen besitzen in der Regel eine rotierende Gitter-Maßverkörperung, angeordnet auf einer sog. Teilscheibe. Die Gitter-Maßverkörperung ist üblicherweise als kreisringförmige Radialteilung ausgebildet, aus deren Abtastung mittels einer geeigneten Abtasteinheit Positionssignale bzgl. der Rotationsbewegung der Teilscheibe erzeugbar sind. Die erforderliche Abtasteinheit umfasst hierzu u.a. mindestens eine geeignete Detektoranordnung. Mit der rotierenden Teilscheibe einerseits und dem demgegenüber stationären Teil der Positionsmesseinrichtung andererseits, d.h. der Abtasteinheit, sind die beiden Objekte verbunden, deren Position zueinander zu bestimmen ist. In einer typischen Anwendung wird über eine solche Positionsmesseinrichtung z.B. die Drehbewegung einer rotierenden Antriebswelle gegenüber dem hierzu stationären Antriebsgehäuse bestimmt. Die darüber erfassten Positionssignale können in bekannter Art und Weise zur Antriebsregelung herangezogen werden.
• Probleme ergeben sich nunmehr insbesondere, wenn die rotierende Teilscheibe und die demgegenüber stationären Komponenten der Positionsmesseinrichtung nicht bereits werksseitig zueinander montiert werden, sondern beispielsweise eine Montage der separat gelieferten Teilscheibe und der Abtasteinheit(en) kundenseitig erfolgt. Es ist in diesem Fall dann nicht ohne weiteres gewährleistet, dass die Teilscheibe exakt zentriert zur Soll-Rotationsachse montiert wird. Dies stellt aber eine maßgebliche Voraussetzung bei der Auswertung der erzeugten Positionssignale dar. In der Praxis resultieren demzufolge oftmals sog. Exzentrizitätsfehler bezüglich der erzeugten Positionssignale, die auf das Nicht-Zusammenfallen der Soll-Rotationsachse mit der Ist-Rotationsachse der rotierenden Teilscheibe bzw. Gitter-Maßverkörperung zurückzuführen sind und sich in der Größenordnung der Exzentrizität bewegen.
• Die Genauigkeit der Zentrierung ist in Regel etwa 100µm, bei erhöhtem Aufwand etwa 20µm. Eine Zentriergenauigkeit von 1µm ist kundenseitig nur mit erheblichem Aufwand unter Einsatz von Hilfsmitteln möglich. Die durch exzentrische Lagerung der Teilscheibe verursachten Fehler sind daher bei kundenseitiger Montage erheblich und beeinflussen maßgeblich die maximale Messgenauigkeit der entsprechenden Positionsmesseinrichtungen. Üblicherweise sind jedoch trotz schlechter Zentrierung die verwendeten Lager spielfrei, so dass sich auftretende Exzentrizitätsfehler periodisch wiederholen und dadurch korrigierbar werden.
• Derartige Probleme treten im Übrigen bei rotatorischen Positionsmesseinrichtungen mit unterschiedlichsten Abtastprinzipien auf, d.h. sowohl bei optisch abgetasteten Gitter-Maßverkörperungen wie auch bei magnetisch, induktiv oder kapazitiv abgetasteten Systemen.
• Zur Eliminierung von Exzentrizitätsfehlern in rotatorischen Positionsmesseinrichtungen sind bereits eine Vielzahl von Lösungen vorgeschlagen worden. Einer der hierzu bekannt gewordenen Lösungsansätze sieht etwa vor, dass auf der rotierenden Teilscheibe neben der zur Erfassung der Rotationsbewegung genutzten Teilungsspur mit einer Radialteilung parallel eine weitere Teilungsspur angeordnet wird, die aus konzentrisch und kreisringförmig angeordneten Teilungslinien besteht. Über eine dieser weiteren Teilungsspur zugeordnete Detektionseinheit kann eine evtl. vorliegende Bewegung der Teilscheibe in radialer Richtung quantitativ erfasst und zur Korrektur der eigentlich interessierenden Positionssignale genutzt werden, die die Rotation der Teilscheibe um die Rotationsachse beschreiben. In diesem Zusammenhang sei z.B. auf die JP 2001-264119 A verwiesen. Nachteilig an dieser Variante zur Exzentrizitätsfehlerkorrektur ist, dass der Abstand der konzentrischen Teilungslinien in der Regel etwa in der Größenordnung der Exzentrizität oder sogar darüber liegt. Daher durchläuft bei der Messung der radialen Bewegung das Signal nicht ein oder mehrere volle sinusförmige Signalperioden, sondern nur einen Bruchteil davon. Übliche Verfahren zum Abgleich und zur Online-Korrektur von Signalabweichungen, wie z.B. in der DE 197 12 622 A1 offenbart, benötigen jedoch in der Regel ein oder mehrere volle Signalperioden und können daher hier nicht verwendet werden. Die gemäß der JP 2001-264119 A aus der radialen Bewegung der Teilscheibe erzeugten Signale sind daher nicht korrigierbar und dadurch mit einem signifikanten Interpolationsfehler behaftet.
• Desweiteren ist bei der Lösung gemäß der JP 2001-264119 A nachteilig, dass die zweite der beiden vorgesehenen Teilungsspuren ausschließlich zur Erfassung eines eventuellen Exzentrizitätsfehlers dient und keinerlei Informationen bzgl. der Rotationsbewegung liefert. Damit entfällt auch die Möglichkeit zur Auswertung von zwei voneinander unabhängigen Positionssignalen zur Fehlerkorrektur, obwohl der Aufwand für eine zusätzliche Teilungsspur sowie eine zusätzliche Abtasteinheit in Kauf genommen wird. Außerdem erweist sich die Anordnung der Abtasteinheiten an unterschiedlichen Stellen entlang des Kreisumfangs als nachteilig. Es resultieren entweder sehr groß bauende Abtasteinheiten oder aber mehrteilige Abtasteinheiten, was das Bauvolumen als auch den Aufwand unerwünscht vergrößert.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der Position zweier rotatorisch zueinander beweglicher Objekte zu schaffen, worüber ohne großen Zusatzaufwand eine Minimierung von exzentrizitätsbedingten Fehlern in der Positionsmessung gewährleistet ist. Gleichzeitig sollen die erzeugten Abtastsignale mit bekannten Methoden korrigierbar sein, um Interpolationsfehler zu minimieren.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus den Maßnahmen in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
• Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, eine Gitter-Maßverkörperung einzusetzen, aus deren Abtastung sowohl Positionsinformationen bezüglich einer radialen als auch einer tangentialen Bewegung der Gitter-Maßverkörperung ableitbar sind. Als wichtiger Vorteil einer derartigen Gitter-Maßverkörperung ergibt sich, dass nunmehr sowohl die Abtastsignale bzgl. der tangentialen als auch bzgl. der radialen Bewegung der Gitter-Maßverkörperung pro Umlauf derselbigen viele Signalperioden durchlaufen und dadurch mit bekannten Methoden zur Fehlerkorrektur korrigierbar sind.
• Über die aus der Abtastung einer derartigen Gitter-Maßverkörperung erzeugten Positionssignale lassen sich in einem Initialisierungslauf Korrekturwerte bezüglich eines eventuell vorliegenden Exzentrizitätsfehlers generieren, der resultiert, wenn die Ist-Rotationsachse der Gitter-Maßverkörperung nicht mit der Soll-Rotationsachse zusammenfällt. Die Korrekturwerte werden in einer Speichereinheit abgelegt. Über eine Verrechnungseinheit werden im Messbetrieb die erzeugten Positionssignale mit den in der Speichereinheit abgelegten Korrekturwerten verrechnet bzw. verknüpft, um dergestalt exzentrizitätsfehlerfreie Positionswerte zu erzeugen.
• Aufgrund der vorgesehenen Speichereinheit ist es nunmehr nicht mehr erforderlich, zwei Abtasteinheiten räumlich getrennt voneinander anzuordnen, es ist vielmehr eine deutliche kompaktere Auslegung des Gesamtsystems möglich.
• Die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der Position zweier zueinander rotatorisch beweglicher Objekte umfasst eine um eine Ist-Rotationsachse rotierende, periodische Gitter-Maßverkörperung, aus deren Abtastung sowohl Positionsinformationen bezüglich einer radialen als auch einer tangentialen Bewegung der Gitter-Maßverkörperung ableitbar sind. Es sind mindestens zwei Detektionseinheiten zur Abtastung der rotierenden Gitter-Maßverkörperung und zur Erzeugung jeweils mehrerer phasenverschobener Abtastsignale bezüglich der Bewegungen der Gitter-Maßverkörperung vorgesehen. In einer Speichereinheit werden Korrekturwerte bezüglich eines Exzentrizitätsfehlers von Positionssignalen abgelegt, wobei der Exzentrizitätsfehler resultiert, wenn die Ist-Rotationsachse der Gitter-Maßverkörperung nicht mit einer Soll-Rotationsachse zusammenfällt. In einer Verrechnungseinheit werden die erzeugten Positionssignale mit den in der Speichereinheit abgelegten Korrekturwerten verrechnet, um exzentrizitätsfehlerfreie Positionswerte bezüglich der Rotation der Gitter-Maßverkörperung zu erzeugen. Dabei umfasst die Gitter-Maßverkörperung Strukturelemente, die sowohl Richtungskomponenten besitzen, welche senkrecht zur Rotationsrichtung orientiert sind als auch Richtungskomponenten, die tangential zur Rotationsrichtung orientiert sind. Ferner umfasst die Gitter-Maßverkörperung mindestens zwei kreisringförmige und konzentrisch angeordnete Teilungsspuren, in denen jeweils periodisch geradlinige Teilungsstriche unter einem bestimmten Anordnungswinkel nicht-parallel und nicht-senkrecht zum Radiusvektor der Teilungsspuren angeordnet sind.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform sind hierbei die Anordnungswinkel der Teilungsstriche zum Radiusvektor betragsmäßig jeweils kleiner als 45° und größer als 5° gewählt.
• Die Anordnungswinkel der Teilungsstriche in den beiden Teilungsspuren können so gewählt werden, dass $$\text{cos}\mathrm{\beta }/\text{cos}\mathrm{\alpha }=\text{r}1/\text{r}2$$

  

  gilt, wobei
• α := Anordnungswinkel der Teilungsstriche in der inneren Teilungsspur
• β: = Anordnungswinkel der Teilungsstriche in der äußeren Teilungsspur
• r1 := Abstand der Mitte der inneren Teilungsspur zum Mittelpunkt der Gitter-Maßverkörperung
• r2 := Abstand der Mitte der äußeren Teilungsspur zum Mittelpunkt der Gitter-Maßverkörperung
• Die Detektionseinheiten können in radialer Richtung unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein.
• Es ist ferner möglich, jeder Teilungsspur eine Detektionseinheit zuzuordnen, welche mehrere versetzt zueinander angeordnete Abtastgitter und diesen Abtastgittern zugeordnete Detektoranordnungen umfasst, um mehrere phasenverschobene Positionssignale zu erzeugen.
• Die Abtastung der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung kann auf unterschiedlichsten Prinzipien basieren. So ist neben einer optischen Abtastung auch eine magnetische, kapazitive oder induktive Abtastung der entsprechend ausgebildeten Gitter-Maßverkörperung möglich.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung seien anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren erläutert.
• Es zeigt
• 1a eine stark schematisierte Teil-Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung;
• 1b eine weitere stark schematisierte Teil-Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung;
• 2a eine Draufsicht auf einen Teil der abgetasteten Gitter-Maßverkörperung aus dem Ausführungsbeispiel der 1;
• 2b eine Ansicht des verwendeten Abtastgitters aus dem Ausführungsbeispiel der 1 in Verbindung mit den zugehörigen Detektoranordnungen;
• 3 eine schematisierte Darstellung der Teilscheibe zur Erläuterung verschiedener geometrischer Größen;
• 4a und 4b je ein schematisiertes Blockschaltbild zur Erläuterung des Initialisierungsbetriebs und des Messbetriebs in einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung.
• In 1a ist in einer stark schematisierten Teil-Ansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Positionsmesseinrichtung gezeigt, insbesondere deren grundsätzlicher mechanischer Aufbau. Im dargestellten Fall ist die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung als optischer Drehgeber ausgebildet, der im Durchlicht arbeitet und zur Erfassung der Position zweier zueinander rotatorisch beweglicher Objekte dient. Die beiden um die Rotationsachse A rotierenden - nicht dargestellten - Objekte sind hierbei einerseits mit den rotierenden Komponenten der Positionsmesseinrichtung verbunden, nämlich mit der Welle 1 und der damit verbundenen Gitter-Maßverkörperung 2 und andererseits mit den stationären Komponenten der Positionsmesseinrichtung. Zu den gegenüber der Gitter-Maßverkörperung 2 und der Welle 1 stationären Komponenten gehört u.a. die schematisiert angedeutete Abtasteinheit 3 mit einer Lichtquelle 3.1, sowie einer Detektionseinheit mit den Abtastgittern 3.2₁, 3.2₂ und den beiden Detektoranordnungen 3.3, 3.4. Die Abtasteinheit 3 ist mit einem - ebenfalls nicht dargestellten - Gehäuse verbunden.
• Wie bereits oben angedeutet, kann eine derartige Positionsmesseinrichtung zur Regelung eines elektrischen Antriebs eingesetzt werden, wobei hierzu die Welle 1 der Positionsmesseinrichtung in geeigneter Art und Weise mit einer Antriebswelle gekoppelt wird. Über die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung sind Positionsinformationen bzgl. der Rotationsbewegung der Antriebswelle erzeugbar, die von einer nachgeordneten Folgeelektronik zu Regelungszwecken weiterverarbeitet werden. Als relevante Positionsinformation bzw. Positionswert sei nachfolgend der Rotationswinkel φ um die Rotationsachse A verstanden.
• Wie aus 1a ersichtlich, besteht die rotierende Gitter-Maßverkörperung 2 aus einem scheibenförmigen, runden Trägerelement 2.1, auf dem zwei kreisringförmige Teilungsspuren 2.3, 2.4 konzentrisch angeordnet sind. Das Trägerelement 2.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als transparente, dünne Glasscheibe ausgebildet. Die darauf angeordneten Teilungsspuren 2.3, 2.4 umfassen periodische Anordnungen von lichtundurchlässigen geraden oder annähernd geraden Teilungsstrichen, beispielsweise aus Chrom. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gitter-Maßverkörperung 2 bzw. der beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 ermöglicht aus der Abtastung derselben Positionsinformationen sowohl bzgl. der tangentialen wie auch bzgl. der radialen Bewegung der Gitter-Maßverkörperung 2 abzuleiten. Das bedeutet, dass z.B. neben der für die Antriebsregelung maßgeblichen Positionsinformationen bzgl. der Rotationsbewegung der Welle 1 auch Positionsinformationen verfügbar sind, die eine Bewegung der Welle 1 in radialer Richtung charakterisieren. Letzteres ist der Fall, wenn die Ist-Rotationsachse, um die die Welle 1 bzw. die Gitter-Maßverkörperung 2 rotiert, nicht mit der eigentlichen Soll-Rotationsachse der Rotationsbewegung zusammenfällt. In 1a ist im übrigen der Ideal-Fall dargestellt, d.h. die Ist-Rotationsachse A_IST und die Soll-Rotationsachse ASOLL fallen zusammen, da eine korrekte zentrische Montage der Gitter-Maßverkörperung 2 vorliegt. Gezeigt ist in 1a demzufolge nur eine einzige Rotationsachse A. Wie eingangs erläutert, kann eine eventuelle Exzentrizität des Systems beispielsweise aufgrund der nichtexakt zentrischen Montage der Teilscheibe bzw. der Gitter-Maßverkörperung 2 resultieren. In Bezug auf die detaillierte Beschreibung der zur Exzentrizitätskorrektur genutzten Teilungsspuren 2.3, 2.4 der Gitter-Maßverkörperung 2 sei auf die nachfolgende Beschreibung der 2a - 2c verwiesen.
• In 1b ist in einer weiteren stark schematisierten Darstellung i.w. der signalverarbeitungsseitige Teil der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung blockschaltbildmäßig neben einem Teil der abgetasteten Gitter-Maßverkörperung 2 dargestellt. Die über die beiden Detektoranordnungen 3.3, 3.4 aus der Abtastung der beiden Teilungsspuren 3.3, 3.4 erzeugten Abtastsignale S1, S2 werden einer schematisch angedeuteten Interpolationseinheit 7 zugeführt. In 1b sind im übrigen zur Vereinfachung lediglich zwei Abtastsignale S1, S2 dargestellt, die sich aus der geeigneten Verschaltung der eigentlich pro Teilungsspur resultierenden vier Teil-Abtastsignale ergeben. In der Interpolationseinheit 7 erfolgt in einem Multiplexbetrieb die Verschaltung und Korrektur der Abtastsignale S1, S2 bzgl. eventueller Signalfehler sowie die Interpolation der Signale S1, S2 zu Positionssignalen P1, P2.
• Anschließend werden die Positionssignale P1, P2 einer nachgeordneten Verrechnungseinheit 4 zugeführt, über die die Verrechnung bzw. Verknüpfung der erzeugten Positionssignale P1, P2 mit Korrekturwerten in einer Speichereinheit 5 erfolgt. Die Verrechnungseinheit 4 kann hierbei in vielfältigster Form soft- und/oder hardwaremäßig ausgebildet werden; bzgl. weiterer Details hierzu sei auf die nachfolgende Beschreibung der 4a und 4b verwiesen.
• Im vorliegenden Beispiel wird über die Verrechnungseinheit 4 aus den Positionssignalen P1, P2 ein Positionswert P_φ bestimmt, der die fehlerbehaftete Winkellage der rotierenden Gitter-Maßverkörperung 2 in Bezug auf die Rotationsachse angibt. Die Verrechnungseinheit 4 ist femer mit einer Speichereinheit 5 verbunden, in der Korrekturwerte K bzgl. eines eventuell vorliegenden Exzentrizitätsfehlers des jeweiligen Positionswerts P_φ abgelegt sind. Wie bereits oben erläutert, resultiert ein derartiger Fehler, wenn die Ist-Rotationsachse A_IST der Gitter-Maßverkörperung 2 nicht mit einer Soll-Rotationsachse ASOLL zusammenfällt. Über die Verrechnungseinheit 4 wird zu jedem ermittelten Positionswert P_φ ein Korrekturwert K aus der Speichereinheit 5 entnommen und damit verrechnet, so dass ein korrigierter Positionswert φ_korrigiert resultiert Der korrigierte Positionswert φ_korrigiert bzgl. der Winkellage der rotierenden Gitter-Maßverkörperung 2 steht dann am Ausgang der Verrechnungseinheit 4 zur Weiterverarbeitung in einer - nicht dargestellten - Folgeelektronik bereit, beispielsweise einer Antriebsregelung. Eine detaillierte Beschreibung der Signalverarbeitung und der erfindungsgemäßen Korrektur eventueller Exzentrizitätsfehler mit Hilfe der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung erfolgt im weiteren Verlauf der Beschreibung.
• 2a zeigt einen Ausschnitt der Gitter-Maßverkörperung 2 inklusive der zur Abtastung genutzten Detektoranordnungen 3.3, 3.4 des ersten Ausführungsbeispiels, 2b die Detektionseinheit mit den zugehörigen Abtastgittem und den in der Detektionsebene angeordneten Detektorelementen der vorgesehenen zwei Detektoranordnungen 3.3, 3.4.
• Wie aus 2a ersichtlich, umfasst die Gitter-Maßverkörperung 2 im vorliegenden Beispiel zwei kreisringförmige und konzentrisch angeordnete Teilungsspuren 2.3, 2.4. In den beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 sind jeweils periodisch geradlinige Teilungsstriche unter einem bestimmten Anordnungswinkel α bzw. β nicht-parallel und nicht-senkrecht zum Radiusvektor R der beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 angeordnet. Im dargestellten Beispiel sind jeweils gleich viele Teilungsstriche in den beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 angeordnet, grundsätzlich kann aber auch vorgesehen werden, unterschiedlich viele Teilungsstriche in den beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 anzuordnen. Die in 2a dunkel dargestellten Teilungsstriche bestehen im vorliegenden Beispiel aus lichtundurchlässigem Material, z.B. Chrom, das auf dem transparenten Trägerelement angeordnet ist. Die beiden Anordnungswinkel α, β der Teilungsstriche in den Teilungsspuren 2.3, 2.4 sind vorzugsweise so zu wählen, dass die Empfindlichkeiten in Messrichtung in den beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 gleich sind. Dies ist dann der Fall, wenn gilt: $$\text{cos}\mathrm{\beta }/\text{cos}\mathrm{\alpha }=\text{r}1/\text{r}2$$

  

  wobei:
• α := Anordnungswinkel der Teilungsstriche in der inneren Teilungsspur
• β := Anordnungswinkel der Teilungsstriche in der äußeren Teilungsspur
• r1 := Abstand der Mitte der inneren Teilungsspur zum Mittelpunkt der Gitter-Maßverkörperung
• r2 := Abstand der Mitte der äußeren Teilungsspur zum Mittelpunkt der Gitter-Maßverkörperung
• Allgemein erweist sich bei einer dergestalt ausgebildeten Gitter-Maßverkörperung 2 als vorteilhaft, wenn die Anordnungswinkel α bzw. β der Teilungsstriche in den beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 betragsmäßig kleiner als 45° und größer als 5° gewählt werden.
• Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung der beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 resultieren für diese Teilungsspuren 2.3, 2.4 effektive Empfindlichkeitsvektoren V1, V2, die sich jeweils als Senkrechte auf die Teilungsstriche ergeben und die in der Maßverkörperungsebene oder parallel hierzu zu liegen kommen. Wie aus 2a ersichtlich, enthalten die Empfindlichkeitsvektoren V1, V2 jeweils tangentiale und radiale Komponenten bzgl. der Rotationsbewegung der Gitter-Maßverkörperung. Das heißt, dass aus der Abtastung derartig ausgestalteter Teilungsspuren 2.3, 2.4 Positionsinformationen bzw. Positionssignale P_r, P_φ bezüglich sowohl einer radialen als auch bezüglich einer tangentialen (rotatorischen) Bewegung der Gitter-Maßverkörperung 2 abgeleitet werden können.
• Ein Positionssignal P_r bzgl. der Bewegung der Gitter-Maßverkörperung in Radiusrichtung erhält man hierbei aus der Differenz der einzelnen Abtastsignale P1, P2, welche über die erste und zweite Detektoranordnung 3.3, 3.4 erzeugt werden; ein Positionssignal P_φ bzgl. der der Bewegung der Gitter-Maßverkörperung in Tangential- bzw. Umfangsrichtung ergibt sich aus der Summe der einzelnen Positionssignale P1, P2. Es gelten die folgenden Beziehungen: $${\text{P}}_{\text{r}}=\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.\left(\text{P}1·\text{sin}\mathrm{\alpha }-\text{P}2·\text{sin}\mathrm{\beta }\right)$$

  

  $${\text{P}}_{\mathrm{\phi }}=\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.\left(\text{P}1·\text{cos}\mathrm{\alpha }+\text{P}2·\text{cos}\mathrm{\beta }\right)$$

  
• Hierbei werden mit P1 bzw. P2 diejenigen, einzelnen Positionssignale aus den Detektoranordnungen 3.3, 3.4 bezeichnet, die sich durch Interpolation aus der bekannten, analogen Verschaltung der vier pro Teilungsspur 2.3, 2.4 resultierenden phasenverschobenen Teil-Abtastsignale S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ ergeben, die an den einzelnen Detektorelementen anliegen.
• Wie aus den Gleichungen 1.1 und 1.2 ersichtlich ist, kann durch die geeignete Wahl der Anordnungswinkel α, β das Empfindlichkeitsverhältnis zwischen tangentialer und radialer Messrichtung definiert eingestellt werden. Um eine hinreichende radiale Empfindlichkeit sicherzustellen, erweist sich vorteilhaft, wenn - wie oben bereits erwähnt - die Anordnungswinkel α bzw. β betragsmäßig jeweils größer als 5° gewählt werden.
• In 2b sind die zur Abtastung der beiden Teilungsspuren 2.3, 2.4 genutzten Detektionseinheiten mit den Abtastgittern sowie den in der Detektionsebene angeordneten Detektorelementen der beiden Detektoranordnungen 3.3, 3.4 dargestellt. Die beiden Abtastgitter umfassen hierbei pro abgetasteter Teilungsspur je vier Teil-Abtastgitter 3.2_1a, 3.2_1b, 3.2_1c, 3.2_1d, bzw. 3.2_2a, 3.2_2b, 3.2_2c, 3.2_2d, die um jeweils 90° bzw. um ein Viertel der abgetasteten Teilungsperiode in Messrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Jedem dieser Teil-Abtastgitter 3.2_1a, 3.2_1b, 3.2_1c, 3.2_1d, bzw. 3.2_2a, 3.2_2b, 3.2_2c, 3.2_2d ist detektorseitig ein rechteckförmiges Detektorelement 3.3_1a, 3.3_1b, 3.3_1c, 3.3_1d bzw. 3.4_1a, 3.4_1b, 3.4_1c, 3.4_1d zugeordnet, d.h. jede der beiden Detektoranordnungen 3.3, 3.4 umfasst vier einzelne Detektorelemente 3.3_1a, 3.3_1b, 3.3_1c, 3.3_1d bzw. 3.4_1a, 3.4_1b, 3.4_1c, 3.4_1d, an denen die um je 90° phasenverschobenen Teil-Abtastsignale S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ anliegen. Im vorliegenden Beispiel umfassen die Detektoranordnungen 3.3 3.4 demzufolge mehrere versetzt anordnete Abtastgitter und diesen Abtastgittern zugeordnete Detektorelemente, um pro Detektoranordnung je vier um je 90° phasenverschobene Teil-Abtastsignale S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ zu erzeugen.
• Anhand von 3 sollen nachfolgend verschiedene geometrische Zusammenhänge zur erfindungsgemäßen Erzeugung exzentrizitätsfehlerfreier Positionssignale erläutert werden; insbesondere soll hierbei veranschaulich werden, wie sich ein Fehler in der winkelmäßigen Position aus der erfindungsgemäß erfassten radialen Verschiebung der rotierenden Gitter-Maßverkörperung 20 ermitteln lässt.
• So zeigt 3 den Fall, dass die Gitter-Maßverkörperung 20 nicht um die Ist-Rotationsachse A_SOLL, sondern um die hierzu gegenüber um den Abstand r_x verschobene Soll-Rotationsachse A_IST rotiert. Es liegt demzufolge ein Exzentrizitätsfehler vor, da die Ist-Rotationsachse A_IST nicht mit der Soll-Rotationsachse A_SOLL zusammenfällt. Aufgrund dieser Exzentrizität ändert sich der Abstand r(φ) der in 3 lediglich schematisch angedeuteten Teilungsspur 20.3 mit der Abtaststelle 30 von der Ist-Rotationsachse A_IST gemäß der Beziehung $$\text{r}\left(\mathrm{\phi }\right)={\text{r}}_{\text{x}}·\text{cos}\left(\mathrm{\delta }-\mathrm{\phi }\right)+\text{sqrt}\left[{\text{r}}_0{}^2-{\text{r}}_{\text{x}}{}^2·\text{sin}{\left(\mathrm{\delta }-\mathrm{\phi }\right)}^2\right]$$

  

  wobei:

r(φ) :=

Abstand der Abtaststelle von der Ist-Rotationsachse

φ :=

Rotationswinkel der Teilungsspur der Gitter-Maßverkörperung

δ :=

Winkel gegenüber Abtaststelle, unter dem die Soll-Rotationsachse gegenüber der Ist-Rotationsachse erscheint

rx :=

Abstand zwischen Soll- und Ist-Rotationsachse

r0 :=

radialer Abstand der Teilungsspur von der Soll-Rotationsachse

• Über die Detektoranordnung wird hierbei lediglich der Wechselanteil $$\mathrm{\Delta }\text{r}\left(\mathrm{\phi }\right)=\text{r}\left(\mathrm{\phi }\right)-{\text{r}}_0$$

  

  d.h. die Veränderung des Abstands der Teilungsspur von der Abtaststelle erfasst.
• Die Detektoranordnung misst für die tangentiale Verschiebung der Gitter-Maßverkörperung 20 inkremental die Bogenlänge S(φ), welche jedoch pro Viertel-Drehung der Gitter-Maßverkörperung 20 um ungefähr den Wert +/-r_x von der Bogenlänge im Fall einer zentrisch um die Soll-Rotationsachse ASOLL gelagerten Gitter-Maßverkörperung 20 abweicht. Üblicherweise würde eine Auswerteeinheit einer inkrementalen Positionsmesseinrichtung hieraus den unkorrigierten Positionswert Pφ, d.h. den unkorrigierten Rotationswinkel, gemäß $$\text{P}\mathrm{\phi }=\text{S}\left(\mathrm{\phi }\right)/{\text{r}}_0$$

  

  berechnen.
• Eine erste Approximation gemäß $$\text{r}\left(\mathrm{\phi }\right)\approx {\text{r}}_0+{\text{r}}_{\text{x}}·\text{cos}\left(\mathrm{\delta }-\mathrm{\phi }\right)$$

  

  erlaubt eine näherungsweise Berechnung für die tatsächliche Bogenlänge S(φ) gemäß $$\text{S}\left(\mathrm{\phi }\right)=\mathrm{\phi }·{\text{r}}_0+{\text{r}}_{\text{x}}·\text{sin}\left(\mathrm{\delta }-\mathrm{\phi }\right)$$

  

  und damit als Näherung für φ(S): $$\begin{array}{lll}\mathrm{\phi }\left(\text{S}\right)\hfill & \approx \hfill & \left(\text{S}\left(\mathrm{\phi }\right)/{\text{r}}_0\right)-\left({\text{r}}_{\text{x}}/{\text{r}}_0·\text{sin}\left(\mathrm{\delta }-\mathrm{\phi }\right)\right)=\hfill \\ \hfill & =\hfill & \left(\text{S}\left(\mathrm{\phi }\right)/{\text{r}}_0\right)-{\mathrm{\Delta }\text{r}|}_{\left(\mathrm{\phi }-90°\right)}/{\text{r}}_0\hfill \end{array}$$

  
• In Gleichung 3.6 bezeichnet der Ausdruck „Δr| _(φ-90°)“ hierbei die Größe von Δr an der Stelle bzw. Winkelposition (φ - 90°).
• Über die vorliegende Erfindung kann demzufolge mit Hilfe einer vorläufigen, unkorrigierten Messung in einem weiteren Verfahrensschritt ein korrigierter Positionswert φ_korrigiert für den Rotationswinkel bzw. die rotatorische Position der Gitter-Maßverkörperung 20 gemäß nachfolgender Beziehung bestimmt werden: $${\mathrm{\phi }}_{\text{korrigiert}}\approx \text{P}\mathrm{\phi -}{\mathrm{\Delta }\text{r}|}_{\left(\text{P}\mathrm{\phi }-90°\right)}/{\text{r}}_0$$

  
• Wird eine rein inkremental messende Positionsmesseinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet, so ist nach dem Einschalten der aktuelle Positionswert Pφ und damit der aktuelle Wert des erforderlichen Korrekturwerts $$\text{K}={\mathrm{\Delta }\text{r}|}_{\left(\text{P}\mathrm{\phi }-90°\right)}/{\text{r}}_0$$

  

  nicht bekannt. Es ist daher nach jedem Einschalten in einem Initialisierungsbetrieb ein Initialisierungslauf nötig, in dem die Größe Δr| _Pφ gemessen und in einer Speichereinheit abgelegt wird, damit daraus für den Messbetrieb der Korrekturwert K für jeden Positionswert φ bestimmt werden kann.
• Im Fall einer absolut messenden Positionsmesseinrichtung kann hingegen der Wert des Korrekturwerts K = Δr| _(Pφ-90°) / r₀ während eines einmaligen Initialisierungslaufs für jede Winkelposition bzw. jeden Positionswert φ gemessen und in der Speichereinheit zusammen mit den jeweiligen absoluten Winkelpositionswerten abgelegt werden, auf die dann im Messbetrieb zu Korrekturzwecken zugegriffen wird.
• Anhand der Blockschaltbild-Darstellungen der 4a und 4b soll abschließend das Vorgehen während des Initialisierungsbetriebs und des Messbetriebs in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Positionsmesseinrichtung erläutert werden. Zunächst sei hierbei der Fall erläutert, wenn die Positionsmesseinrichtung als rein inkrementale Positionsmesseinrichtung ausgebildet ist. Der in 4a veranschaulichte Initialisierungsbetrieb ist in diesem Fall jedes Mal erforderlich, wenn die entsprechende Positionsmesseinrichtung neu eingeschaltet wird.
• Die pro Teilungsspur erzeugten vier Teil-Abtastsignale S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ werden zunächst in der Interpolationseinheit 70 derart verschaltetet, korrigiert und interpoliert, so dass die Positionssignale P1, P2 resultieren, die wie bereits anhand von 1b erläutert der Verrechnungseinheit 40 zugeführt werden. Eingangsseitig weist die Interpolationseinheit 70 eine Multiplexereinheit 71 auf, welcher die vier S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ zugeführt werden. Die Multiplexereinheit 71 schaltet zwischen den Teil-Abtastsignalen S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ aus den beiden Teilungsspuren zu den Zeitpunkten t₁ und t₂ um, d.h. zum Zeitpunkt t₁ zu den Teil-Abtastsignalen S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ der ersten Teilungsspur und zum Zeitpunkt t₂ zu den Teil-Abtastsignalen S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ der zweiten Teilungsspur. Die Teil-Abtastsignale S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ werden über die Multiplexereinheit 71 dann A/D-Wandlereinheiten 72.1, 72.2, einer Korrektureinheit 73 und einem Interpolator 74 zugeführt. Über die Korrektureinheit 73 werden hierbei Fehler in den Teil-Abtastsignalen beseitigt, indem etwa die Signal-Amplituden, die Signal-Offsets und die Phasenwinkelfehler online korrigiert werden. Abwechselnd werden daraufhin korrigierte und interpolierte Positionssignale P1(t1), P2(t2) an die Verrechnungseinheit 40 übergeben und dort in einem Zwischenspeicher 41 abgelegt. Aus den dort abgelegten Werten P1(t1), P2(t2) können durch die Verarbeitung dieser Signale gemäß den Gleichungen 2.1, 2.2 die Positionsinformationen bzw. die Positionssignale P_r und P_φ für die radiale und die tangentiale Bewegung der Gitter-Maßverkörperung bestimmt werden. Aus den Positionssignalen P_r und P_φ lassen sich dann durch passende Umrechnungen gemäß der Gleichung 3.8 mittels der schematisiert angedeuteten ersten Umrechnungseinheit 42 die tatsächlichen Werte für die radialen und tangentialen Verschiebungen Δr und Δφ der Gitter-Maßverkörperung bestimmen. In Verbindung mit der vorhandenen Relativpositionsinformation eines - nicht dargestellten - Inkrementalzählers kann dann der oben hergeleitete Korrekturwert K für jede Winkelposition φ z.B. in einer Look-up-Tabelle einer geeigneten Speichereinheit 50 abgelegt werden.
• Ein derartiger Initialisierungslauf inklusive Bestimmung der Korrekturwerte K(φ) erfolgt hierbei zumindest über einen Winkelbereich von 90°, vorzugsweise jedoch über den Winkelbereich einer Gesamt-Umdrehung der Gitter-Maßverkörperung, d.h. über 360°.
• Anhand von 4b sei nachfolgend das Vorgehen im eigentlichen Messbetrieb einer inkrementalen Positionsmesseinrichtung skizziert, die vorher einen derartigen Initialisierungslauf durchlaufen hat.
• So ist im Messbetrieb vorgesehen, die Teil-Abtastsignale S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀ und S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀ in jedem Takt über die Multiplexereinheit 71 zu addieren und über die A/D-Wandlereinheiten 72.1, 72.2 wiederum der Korrektureinheit 73 und dem Interpolator 74 zuzuführen. Auf Seiten der Verrechnungseinheit 40 erfolgt auf Basis der übergebenen Positionssignale P die Berechnung eines geschätzten Positionssignals Pφ. Das geschätzte Positionssignal Pφ wird der Speichereinheit 50 zugeführt. Aus der entsprechenden Look-up-Tabelle der Speichereinheit 50 wird ein zu diesem Positionssignal Pφ abgelegter Korrekturwert K = Δr| _(Pφ-90°) / r₀ abgerufen und gemäß Gleichung 3.7 ein bzgl. Exzentrizitätsfehlern korrigierter Positionswert φ_korrigiert berechnet, der dann ausgangsseitig von der Verrechnungseinheit 40 zur Weiterverarbeitung bereitgestellt wird.
• Das anhand der 4a erläuterte Vorgehen bzgl. der Durchführung eines Initialisierungslaufs, d.h. die Ermittlung des Korrekturwerts K = Δr| _(Pφ-90°) / r₀ kann hierbei entweder einmalig vor der Inbetriebnahme der entsprechenden Positionsmesseinrichtung durchgeführt werden. Alternativ ist es aber auch möglich, dass dieses Ermitteln des Korrekturwerts K auch ständig während des Messbetriebs im Hintergrund durchgeführt wird. Eine weitere Alternative wäre, dass dies nicht ständig im Hintergrund erfolgt, sondern lediglich in vorgegebenen, regelmäßigen Zeitintervallen. Letzteres Vorgehen wäre insofern vorteilhaft, als damit die Zeit minimiert werden könnte, innerhalb der aufgrund der im Hintergrund laufenden Korrekturwert-Ermittlung nur eine Ausgabe von korrigierten Positionswerten mit verringerter Taktrate möglich ist.
• Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit einer absoluten oder einer quasi-absoluten Positionsmesseinrichtung verwendet werden. Hierbei sei unter einer absoluten Positionsmesseinrichtung ein System verstanden, welches z.B. neben einer Gitter-Maßverkörperung wie anhand von 1b erläutert, ferner eine Codespur, z.B. einen PRC-Code, umfasst. Über die Code-Spur ist eine eindeutige Positionscodierung innerhalb einer 360°-Umdrehung möglich. Als quasi-absolute Positionsmesseinrichtung sei ein System verstanden, bei dem nach dem Überfahren von ein oder mehreren Referenzmarken ein Absolutbezug bezüglich der Position innerhalb einer 360°-Umdrehung herstellbar ist. Im Fall derartiger absoluter bzw. quasi-absoluter Positionsmesseinrichtungen ist es möglich, dass der oben erläuterte Initialisierungslauf lediglich einmalig, z.B. bei der Herstellung, durchgeführt wird. Die dabei ermittelten Korrekturwerte K werden dann mit den zugehörigen absoluten Positionsinformationen in der Speichereinheit abgelegt. Hierbei kann der Initialisierungslauf über eine gesamte 360°-Drehung erfolgen. Im Messbetrieb kann im Fall eines absoluten Systems dann sofort nach dem Einschalten bzw. im Fall eines quasi-absoluten Systems nach dem Überfahren von ein oder zwei Referenzmarken die absolute Position bestimmt werden und der zugehörige Korrekturwert K aus der Speichereinheit abgerufen werden. Mit dessen Hilfe kann dann wieder ein hochaufgelöstes inkrementales Positionssignal gebildet werden, das keine exzentrizitätsbedingten Fehler mehr aufweist.
• Neben den erläuterten Varianten gibt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung noch vielfältige weitere Ausführungsmöglichkeiten.
• So ist es möglich, anstelle der anhand von 4a und 4b erläuterten Variante einer Positionsmesseinrichtung mit einem Verarbeitungskanal in der dort vorgesehenen Interpolationseinheit zwei parallele Verarbeitungskanäle für die Teil-Abtastsignale der beiden Teilungsspuren vorzusehen. Anstelle des Multiplexbetriebs wie anhand von 4a und 4b erläutert wären dann in jedem Verarbeitungskanal zwei A/D-Wandlereinheiten sowie nachgeordnete Korrektureinheiten sowie Interpolatoren vorgesehen. Am Ausgang jedes Verarbeitungskanals liegen dann korrigierte und interpolierte Positionssignale vor, die anschließend an die Verrechnungseinheit übergeben werden, die prinzipiell wieder wie in den 4a und 4b erläutert ausgebildet ist. Diese alternative Variante einer erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung eignet sich insbesondere für die Abtastung feinerer Teilungsperioden, erfordert jedoch einen etwas höheren Aufwand auf Seiten der Signalverarbeitungselektronik.
• Desweiteren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung etwa vorgesehen werden, die in 1b dargestellte Gitter-Maßverkörperung mit den zwei Teilungsspuren dergestalt modifiziert auszubilden, dass die beiden Teilungsspuren unmittelbar benachbart zueinander auf dem Trägerelement angeordnet werden. In diesem Fall läge dann letztlich nur eine einzige Teilungsspur vor, aus deren Abtastung sowohl Positionsinformationen bezüglich radialer und tangentialer Bewegungen ableitbar sind.
• Ebenso ist es möglich, zur Steigerung der Messgenauigkeit, mehr als zwei Teilungsspuren vorzusehen.
• Generell ist auch möglich, die Gitter-Maßverkörperung mit Teilungsstrichen bzw. Strukturelementen auszubilden, die Komponenten besitzen, die senkrecht zur Rotationsrichtung orientiert sind als auch Komponenten besitzen, die tangential zur Rotationsrichtung orientiert sind. Unter der Rotationsrichtung sei hierbei eine Richtung tangential zum Umfang der Teilscheibe verstanden. Hierzu können die Teilungsstriche kurvenförmig ausgebildet sein und beispielsweise aus Teilen von Kreisbögen oder Evolventen bestehen. Ebenso ist es möglich, dass die Gitter-Maßverkörperung eine kreisringförmig angeordnete Kreuzgitter-Struktur besitzt.
• Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht auf optische Abtastprinzipien beschränkt, d.h. auch magnetische, induktive oder kapazitive Abtastungen können erfindungsgemäß ausgebildet werden.
• Ferner kann im Fall von optischen Abtastungen neben der erläuterten Durchlichtabtastung natürlich auch eine Auflichtabtastung verwendet werden. Des Weiteren kann die genutzte optische Abtastung selbstverständlich auch auf interferentiellen Abtastprinzipien beruhen.
• Detektionsseitig ist es zudem möglich, das anstelle der in 2b gezeigten Detektionseinheit mit Abtastgittern und Detektorelementen auch andere Abtastanordnungen eingesetzt werden, z.B. sog. strukturierte Detektoranordnungen. Diese bestehen aus einer Vielzahl von array-artig angeordneten Detektorelementen; ein separates Abtastgitter ist in diesem Fall nicht erforderlich.
• Schließlich ist es möglich die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung noch mit einem Umdrehungszähler auszustatten und dergestalt ein sog. Multiturn-System aufzubauen.
• Ferner könnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, dass bei einer großen zeitlichen und/oder winkelabhängigen Schwankung des radialen Positionswerts P_r Warnungen oder Fehlermeldungen erzeugt werden. Darüberhinaus kann die Schwankung der radialen Position P_r während der Montage und Zentrierung der Gitter-Maßverkörperung bzw. Teilscheibe als Qualitätssignal bzgl. der Montagegüte in geeigneter Weise visualisiert werden.
• Abschließend sei ferner darauf hingewiesen, dass die Interpolationseinheit, die Speichereinheit als auch die Verrechnungseinheit nicht unbedingt unmittelbar benachbart zur Gitter-Maßverkörperung und den Detektionseinheiten angeordnet sein muss. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, diese Komponenten der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung räumlich getrennt von der Positionsmesseinrichtung anzuordnen.

Claims (5)

1. Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der Position zweier zueinander rotatorisch beweglicher Objekte, mit - einer um eine Ist-Rotationsachse (A_IST) rotierenden, periodischen Gitter-Maßverkörperung (2, 20), aus deren Abtastung sowohl Positionsinformationen bezüglich einer radialen als auch einer tangentialen Bewegung der Gitter-Maßverkörperung (2, 20) ableitbar sind, wobei - die Gitter-Maßverkörperung (2, 20) Strukturelemente umfasst, die sowohl Richtungskomponenten besitzen, welche senkrecht zur Rotationsrichtung orientiert sind als auch Richtungskomponenten, die tangential zur Rotationsrichtung orientiert sind, und wobei - die Gitter-Maßverkörperung (2, 20) mindestens zwei kreisringförmige und konzentrisch angeordnete Teilungsspuren (2.3, 2.4) umfasst, in denen jeweils periodisch geradlinige Teilungsstriche unter einem bestimmten Anordnungswinkel (α, β) nicht-parallel und nicht-senkrecht zum Radiusvektor (R) der Teilungsspuren (2.3, 2.4) angeordnet sind, - mindestens zwei Detektionseinheiten zur Abtastung der rotierenden Gitter-Maßverkörperung (2, 20) und zur Erzeugung jeweils mehrerer phasenverschobener Abtastsignale (S1₀, S1₉₀, S1₁₈₀, S1₂₇₀, S2₀, S2₉₀, S2₁₈₀, S2₂₇₀) bezüglich der Bewegungen der Gitter-Maßverkörperung (2, 20), - einer Speichereinheit (5), in der Korrekturwerte (K) bezüglich eines Exzentrizitätsfehlers von Positionssignalen (P1, P2) abgelegt sind, wobei der Exzentrizitätsfehler resultiert, wenn die Ist-Rotationsachse (A_IST) der Gitter-Maßverkörperung (2, 20) nicht mit einer Soll-Rotationsachse (A_SOLL) zusammenfällt sowie - einer Verrechnungseinheit (4), die die erzeugten Positionssignale (P1, P2) mit den in der Speichereinheit (5) abgelegten Korrekturwerten (K) verrechnet, um exzentrizitätsfehlerfreie Positionswerte (φ_korrigiert) bezüglich der Rotation der Gitter-Maßverkörperung (2, 20) zu erzeugen.
2. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnungswinkel (α, β) der Teilungsstriche zum Radiusvektor (R) betragsmäßig jeweils kleiner als 45° und größer als 5° gewählt sind.
3. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnungswinkel (α, β) der Teilungsstriche in den beiden Teilungsspuren (2.3, 2.4) so gewählt sind, dass $$cos\beta /cos\alpha =r1/r2$$

   

   gilt, wobei α := Anordnungswinkel der Teilungsstriche in der inneren Teilungsspur β := Anordnungswinkel der Teilungsstriche in der äußeren Teilungsspur r1 := Abstand der Mitte der inneren Teilungsspur zum Mittelpunkt der Gitter-Maßverkörperung r2 := Abstand der Mitte der äußeren Teilungsspur zum Mittelpunkt der Gitter-Maßverkörperung
4. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Detektionseinheiten in radialer Richtung unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
5. Positionsmesseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Teilungsspur (2.3, 2.4) eine Detektionseinheit zugeordnet ist, welche mehrere versetzt zueinander angeordnete Abtastgitter (3.2₁, 3.2₂) und diesen Abtastgittern (3.2₁, 3.2₂) zugeordnete Detektoranordnungen (3.3, 3.4) umfasst, um mehrere phasenverschobene Positionssignale (S1, S2) zu erzeugen.

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