DE102008048399A1

DE102008048399A1 - Positionsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102008048399A1
Application number: DE200810048399
Authority: DE
Inventors: Walter Huber; Wolfgang Dr. Holzapfel
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-03-25
Also published as: JP2010071990A; JP5404267B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Positionsmesseinrichtung mit einem Teilungsträger (3), der eine einem ersten Raumbereich (R1) zugewandte Oberfläche (31) und eine hiervon abgewandte, einem zweiten Raumbereich (R2) zugewandte zweite Oberfläche (32) aufweist, mit mindestens einer am Teilungsträger (3) vorgesehenen Teilungsstruktur (30a, 30b), die für eine Positionsmessung mittels elektromagnetischer Strahlung (L) im Durchstrahlungsverfahren abtastbar ist; mit einem im ersten Raumbereich (R1) angeordneten Sender (1) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung (L), die für eine Positionsmessung mit der Teilungsstruktur (30a, 30b) wechselwirkt; mit einem ebenfalls im ersten Raumbereich (R1) angeordneten Empfänger (5) zum Empfangen der vom Sender (1) ausgesandten elektromagnetischen Strahlung (L) nach deren Wechselwirkung mit der Teilungsstruktur (30a, 30b); einem im zweiten Raumbereich (R2) angeordneten Umlenkelement (4), welches vor der dem Sender (1) und dem Empfänger (5) abgewandten zweiten Oberfläche (32) des Teilungsträgers (3) angeordnet ist und welches bei einer Positionsmessung die vom Sender (1) ausgesandte elektromagnetische Strahlung (L) derart umlenkt, dass sie nach Umlenkung den Teilungsträger (3) durchstrahlt und anschließend auf den Empfänger (5) trifft. Dabei ist dem Sender (1) eine Einrichtung (2) zur Kollimierung der vom Sender (1) ausgesandten elektromagnetischen Strahlung (L) zugeordnet, so dass die von dem Sender (1) ausgesandte elektromagnetische ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Positionsmesseinrichtung umfasst einen Teilungsträger, der eine einem ersten Raumbereich zugewandte erste Oberfläche und eine hiervon abgewandte, einem zweiten Raumbereich zugewandte zweite Oberfläche aufweist und an dem mindestens eine Teilungsstruktur vorgesehen ist, die für eine Positionsmessung mittels elektromagnetischer Strahlung im Durchstrahlungsverfahren abtastbar ist.
Die auf dem Teilungsträger vorgesehenen Teilungsstrukturen können beispielsweise eine Inkrementalteilung und/oder eine absolut codierte Spur und/oder so genannte Referenzmarken umfassen. Weiterhin kann die mindestens eine Teilungsstruktur sowohl für eine Winkelmessung (zur Bildung einer so genannten Winkelmesseinrichtung) oder für eine Längenmessung (zur Bildung einer so genannten Längenmesseinrichtung) ausgestaltet sein. Für Einzelheiten hierzu wird auf das Fachbuch Digitale Längen- und Winkelmesstechnik: Positionsmesssysteme für den Maschinenbau und die Elektroindustrie von Alfons Ernst (Landsberg/Lech 1998, 3. Aufl.) verwiesen.
Eine Abtastung der Teilungsstruktur im Durchstrahlungsverfahren bedeutet, dass die von einem dem Teilungsträger zugeordneten Sender ausgesandte elektromagnetische Strahlung, z. B. in Form von Licht, den Teilungsträger im Bereich der Teilungsstruktur(en) durchstrahlt und hierbei mit dieser bzw. diesen wechselwirkt. Die elektromagnetische Strahlung wird nach dem Durchstrahlen des für die entsprechende Strahlung durchlässigen Teilungsträgers und der hiermit einhergehenden Wechselwirkung mit der jeweiligen Teilungsstruktur von einem Empfänger detektiert, der aus der empfangenen elektromagnetischen Strahlung Ausgangssignale erzeugt, welche von einer nachgeordneten Auswerteeinheit ausgewertet werden, um hieraus die Position von Sender und Empfänger bezüglich des Teilungsträgers zu bestimmen. Dies ermöglicht wiederum die Bestimmung der Position zweier Objekte zueinander, von denen das eine dem Teilungsträger und das andere Sender und Empfänger zugeordnet ist.
Um einen Teilungsträger bzw. genauer dessen mindestens eine Teilungsstruktur im beschriebenen Durchstrahlungsverfahren abzutasten, ist es üblich, den Sender im ersten Raumbereich vor der ersten Oberfläche des Teilungsträgers anzuordnen und den Empfänger gegenüberliegend im zweiten Raumbereich vor der zweiten Oberfläche des Teilungsträgers vorzusehen. Die vom Sender ausgesandte elektromagnetische Strahlung kann dann den Teilungsträger unmittelbar im Bereich der Teilungsstruktur(en) durchstrahlen und anschließend auf den zugeordneten Empfänger treffen.
Es ist jedoch auch bekannt, den Sender und den Empfänger der Positionsmesseinrichtung im selben Raumbereich vor derselben (z. B. ersten) Oberfläche des Teilungsträgers anzuordnen und im anderen (zweiten) Raumbereich vor der dem Sender und Empfänger abgewandten (zweiten) Oberfläche des Teilungsträgers ein (ein- oder mehrteiliges) Umlenkelement vorzusehen, welches zur Umlenkung der vom Sender ausgesandten Strahlung in Richtung auf den Empfänger dient. Konkret wird bei einer solchen Konfiguration die vom Sender im ersten Raumbereich ausgesandte elektromagnetische Strahlung vom gegenüberliegenden Umlenkelement (im zweiten Raumbereich) z. B. derart umgelenkt, dass die umgelenkte Strahlung zunächst den Teilungsträger im Bereich der Teilungsstruktur(en) passiert und hierbei mit dieser bzw. diesen wechselwirkt und anschließend auf den Empfänger trifft (welcher zusammen mit dem Sender vor der dem Umlenkelement abgewandten (ersten) Oberfläche des Teilungsträgers liegt). Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der DE 299 15 998 U1 bekannt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Positionsmesseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine möglichst große Flexibilität bei der konkreten Anordnung von Sender und Empfänger bezüglich des zugehörigen Umlenkelementes.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist dem Sender des Positionsmesssystems eine Einrichtung zum Kollimieren der vom Sender bei einer Positionsmessung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung zugeordnet, so dass die von dem Sender ausgesandte Strahlung als ein parallelisiertes Strahlbündel vorliegt und als solche dem Umlenkelement zugeführt wird.
Die Parallelisierung der vom Sender zu Zwecken einer Positionsmessung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung hat den Vorteil, dass für eine definierte Abtastung der Teilungsstruktur mittels der elektromagnetischen Strahlung sowie für einen definierten Empfang der elektromagnetischen Strahlung nach deren Wechselwirkung mit der Teilungsstruktur an einem Empfänger nun mehr Freiheit hinsichtlich der Wahl der Abstände zwischen Sender, Teilungsträger, Umlenkelement und Empfänger besteht als bei der Verwendung nicht parallelisierter, z. B. divergenter, elektromagnetischer Strahlung. Zudem hat die Verwendung eines parallelisierten elektromagnetischen Strahlenbündels gegenüber divergenter elektromagnetischer Strahlung den Vorteil, dass durch den konstanten Querschnitt des Strahlenbündels der Platzbedarf für die Strahlführung von der Lichtquelle bis zum Umlenkelement minimiert und damit der für die Positionsmesseinrichtung insgesamt erforderliche Bauraum reduziert werden kann.
Erstreckt sich die mindestens eine am Teilungsträger vorgesehene Teilungsstruktur (Messteilung) in üblicher Weise in einer Ebene, welche den vor einer Seite des Teilungsträgers gelegenen ersten Raumbereich von dem vor der anderen Seite des Teilungsträgers gelegenen zweiten Raumbereich trennt, so befinden sich der Sender und der Empfänger im ersten Raumbereich auf derselben Seite jener Ebene, während das Umlenkelement im zweiten Raumbereich auf der dem Sender und Empfänger abgewandten Seite jener Ebene angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt der Teilungsträger derart zwischen dem Sender und dem Umlenkelement der Positionsmesseinrichtung, dass das vom Sender ausgesandte Strahlenbündel den Teilungsträger durchstrahlt, bevor es auf das Umlenkelement trifft. Hierbei durchstrahlt das Strahlenbündel zunächst einen von Teilungsstrukturen freien Bereich des Teilungsträgers, z. B. einen neben einer Teilungsstruktur liegenden Bereich des Teilungsträgers bzw. einen zwischen zwei Teilungsstrukturen liegenden Bereich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Umlenkelement eine Einrichtung zur Aufweitung des umzulenkenden Strahlenbündels zugeordnet, so dass das vom Umlenkelement auf die mindestens eine Teilungsstruktur gelenkte Strahlenbündel einen größeren Querschnitt aufweist als das zunächst vom Sender in Richtung auf das Umlenkelement ausgesandte Strahlenbündel.
Hierzu kann die Einrichtung zur Aufweitung des Strahlenbündels beispielsweise mindestens einen Aufweitungsbereich umfassen, mit dem das Strahlenbündel zur Aufweitung wechselwirkt. Es können aber auch zwei oder mehr Aufweitungsbereiche vorgesehen sein. Ein jeweiliger Aufweitungsbereich kann beispielsweise strahlungsreflektierend ausgebildet sein.
Nach einer Ausführungsform ist ein jeweiliger Aufweitungsbereich als ein gekrümmter (reflektierender oder strahlungsdurchlässiger) Bereich, z. B. in Form eines im Querschnitt parabolischen Bereiches oder in Form eines linsenartigen Bereiches, ausgebildet. Andererseits kann zur Aufweitung des Strahlenbündels mindestens ein diffraktiver Bereich vorgesehen sein, mit dem das vom Sender ausgesandte Strahlenbündel wechselwirkt, insbesondere in Form eines diffraktiven Bereiches mit ortsabhängiger (ortsabhängig variierender) Gitterkonstante.
Soweit dem Umlenkelement zur Aufweitung des vom Sender ausgesandten (parallelisierten) Strahlenbündels zwei oder mehr Aufweitungsbereiche zugeordnet sind, kann zwischen je zwei Aufweitungsbereichen mindestens eine reflektierende Fläche derart angeordnet sein, dass die elektromagnetische Strahlung nach Wechselwirkung mit einem ersten Aufweitungsbereich (z. B. in Form eines gekrümmten, reflektierenden oder strahl8ungsdurchlässigen Bereiches oder in Form eines diffraktiven Bereiches) zunächst von jener Fläche reflektiert wird, bevor sie auf einen weiteren Aufweitungsbereich (z. B. in Form eines weiteren gekrümmten Bereiches oder in Form eines weiteren diffraktiven Bereiches) trifft.
Vorteilhaft wird die vom Sender ausgesandte elektromagnetische Strahlung mittels des Umlenkelementes derart umgelenkt, dass nach dem Umlenken weiterhin ein parallelisiertes Strahlenbündel (wenn auch mit größerem Querschnitt) vorliegt, welches dann zur Abtastung der Teilungsstruktur verwendet wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das vom Sender ausgesandte (parallelisierte) Strahlenbündel an einem ersten Aufweitungsbereich in ein divergentes Strahlenbündel umgewandelt wird, welches anschließend an einem zweiten Aufweitungsbereich wieder parallelisiert wird.
Weiterhin kann am Umlenkelement mindestens eine strukturierte Fläche derart vorgesehen sein, dass das Strahlenbündel nach Wechselwirkung mit dieser strukturierten Fläche einen strahlungslosen Teilbereich umfasst, etwa um bestimmte Bereiche des Empfängers und/oder Teilungsträgers von der Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung gezielt auszunehmen. Dies wird weiter unten anhand eines Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert werden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Positionsmesseinrichtung kann sowohl bei Winkel- als auch bei Längenmesssystemen angewandt werden. Im erstgenannten Fall erstreckt sich die Teilungsstruktur insbesondere kreisförmig, entlang einer gekrümmten Bahn und im zweiten genannten Fall insbesondere linear, entlang einer Geraden. Dementsprechend ist der zugehörige Teilungsträger entweder als eine (kreisförmige) Teilscheibe oder als ein längserstreckter Maßstab ausgebildet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Positionsmesssystems mit einem im Durchstrahlungsverfahren abtastbaren, mit einer Teilungsstruktur versehenen Teilungsträger, vor dessen einer Seite ein Sender zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung sowie ein zugeordneter Empfänger angeordnet sind und vor dessen anderer Seite ein Umlenkelement zum Umlenken der vom Sender ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Richtung auf die Teilungsstruktur und den Empfänger vorgesehen ist;
2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Teilungsträgers aus 1 im Bereich seiner Teilungsstruktur zusammen mit der vom Sender ausgesandten, zur Abtastung der Teilungsstruktur verwendeten elektromagnetischen Strahlung;
3 eine Abwandlung des Umlenkelementes aus 1;
4 ein Ausführungsbeispiel für eine Strukturierung einer Fläche eines Umlenkelementes, um gezielt strahlungslose Bereiche in einem zur Abtastung verwendeten elektromagnetischen Strahlenbündel zu erzeugen;
5 eine weitere Abwandlung des Umlenkelementes aus 1.
1 zeigt schematisch eine Positionsmesseinrichtung zur Messung der Position zweier zueinander beweglicher Objekte, wie z. B. zweier zueinander beweglicher Maschinenteile einer Werkzeugmaschine, mit einem Sender 1 zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung L, z. B. in Form von Licht, mit einem mit mindestens einer Teilungsstruktur versehenen Teilungsträger 3 und mit einem Empfänger 5 zum Empfangen der vom Sender 1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung nach deren Wechselwirkung mit einer jeweiligen auf dem Teilungsträger 3 vorgesehenen Teilungsstruktur.
Werden bei einer derartigen Positionsmesseinrichtung der Sender 1 und der Empfänger 5 einerseits sowie der Teilungsträger 3 andererseits jeweils einem von zwei zueinander bewegbaren Objekten zugeordnet, so lassen sich durch Abtastung der am Teilungsträger 3 vorgesehenen Teilungsstruktur(en) mittels der vom Sender 1 ausgesandten und vom Empfänger 5 nach Wechselwirkung mit der mindestens einen Teilungsstruktur empfangenen elektromagnetischen Strahlung Aussagen über die Position der Objekte zueinander machen.
Das nachfolgend anhand 1 zu beschreibende Prinzip für die Abtastung einer an einem Teilungsträger 3 vorgesehenen Teilungsstruktur mittels von einem Sender 1 ausgesandter und durch einen Empfänger 5 empfangener elektromagnetischer Strahlung ist dabei unabhängig davon, ob es sich bei der Positionsmesseinrichtung um ein Längenmesssystem oder um ein Winkelmesssystem handelt. Im erstgenannten Fall ist der Teilungsträger regelmäßig als ein längs erstreckter Maßstab ausgebildet, auf dem sich mindestens eine Messteilung entlang einer Geraden, nämlich einer linearen Messrichtung für eine Längenmessung, erstreckt. Im zweitgenannten Fall wird der Teilungsträger üblicherweise durch eine (kreisringförmige) Scheibe gebildet, auf der für eine Winkelmessung eine Messteilung entlang einer Kreisbahn verläuft.
Dabei basiert die in 1 gezeigte Positionsmesseinrichtung auf dem so genannten Durchstrahlungsprinzip, d. h., der (für die verwendete elektromagnetische Strahlung durchlässige) Teilungsträger 3 wird in dem mit mindestens einer Teilungsstruktur versehenen Bereich 30 von der zur Abtastung verwendeten elektromagnetischen Strahlung L durchstrahlt, wobei die elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Teilungsstruktur wechselwirkt. Anschließend trifft die Strahlung auf den Empfänger 5, wo hieraus ein in einer nachgeordneten Auswerteeinheit zur Positionsbestimmung auswertbares Ausgangssignal erzeugt wird.
Positionsmesseinrichtungen, die auf dem so genannten fotoelektrischen Messprinzip (unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung zur Abtastung einer Teilungsstruktur) beruhen sowie deren Anwendungen in der Längen- und Winkelmessung, auch unter Verwendung des so genannten Durchstrahlungs- bzw. Durchlichtverfahrens, sind allgemein bekannt. Beispielhaft sei hierfür auf das Fachbuch Digitale Längen- und Winkelmesstechnik: Positionsmesssysteme für den Maschinenbau und die Elektroindustrie von Alfons Ernst (Landsberg/Lech 1998, 3. Aufl.) verwiesen.
Allerdings sind bei Positionsmesseinrichtungen, die nach dem fotoelektrischen Messprinzip arbeiten und bei denen mindestens eine auf einem Teilungsträger vorgesehene Teilungsstruktur im Durchstrahlungs- bzw. Durchlichtverfahren abgetastet wird, der zum Aussenden der elektromagnetischen Strahlung dienende Sender einerseits sowie der zur Detektion der elektromagnetischen Strahlung – nach deren Wechselwirkung mit einer Teilungsstruktur – vorgesehene Empfänger andererseits regelmäßig auf einander entgegengesetzten Seiten des Teilungsträgers angeordnet. Demgegenüber liegen bei der in 1 schematisch dargestellten Positionsmesseinrichtung der Sender 1 und der zugeordnete Empfänger 5 vor derselben Oberfläche 31 des Teilungsträgers 3.
Nachfolgend sei der konkrete Aufbau der in 1 schematisch gezeigten Positionsmesseinrichtung im Einzelnen beschrieben:
Der Sender 1 der Positionsmesseinrichtung, hier z. B. ausgebildet als eine lichtemittierende Diode (LED), erzeugt im Betrieb der Positionsmesseinrichtung elektromagnetische Strahlung L, z. B. in Form von Licht, die zum Abtasten auf dem Teilungsträger 3 vorgesehener Teilungsstrukturen verwendet werden soll.
Dem Sender 1 nachgeordnet ist eine Kollimatoreinrichtung 2 bestehend aus einer ersten Blende 22, einer Kollimatorlinse 24 und einer zweiten Blende 26, die im Strahlengang der von dem Sender 1 erzeugten elektromagnetischen Strahlung L in der genannten Reihenfolge hintereinander angeordnet sind.
Die Kollimatoreinrichtung 2 erzeugt mittels der Kollimatorlinse 24 aus der von dem Sender 1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung ein parallelisiertes Strahlenbündel L, dessen Querschnitt durch die beidseits der Kollimatorlinse 24 angeordneten Blenden 22, 26 mitbestimmt wird.
Der Sender 1 und die Kollimatoreinrichtung 2 liegen in einem ersten Raumbereich R1 vor einer ersten Oberfläche 31 des mit der mindestens einen abzutastenden Teilungsstruktur vorgesehenen Teilungsträgers 3.
Der Teilungsträger 3, von dem in 1 ein Querschnitt gezeigt ist, weist neben den mit mindestens einer Teilungsstruktur versehenen strukturierten Bereichen 30 auch solche Bereiche auf, in denen keine Teilungsstruktur vorgesehen ist. Ein solcher, nicht mit einer Teilungsstruktur versehener Bereich des Teilungsträgers 3 wird gemäß 1 zunächst von dem durch den Sender 1 und die Kollimatoreinrichtung 2 erzeugten parallelisierten Strahlenbündel L1 durchstrahlt. Das Strahlenbündel L1 tritt in jenen für die verwendete elektromagnetische Strahlung durchlässigen Bereich des Teilungsträgers 3 durch dessen dem ersten Raumbereich R1 zugewandte erste Oberfläche 31 ein und anschließend durch eine gegenüberliegende zweite Oberfläche 32 wieder aus.
Die zweite Oberfläche 32 des Teilungsträgers 3 ist dessen erster Oberfläche 31 abgewandt – und somit auch dem vor der ersten Oberfläche 31 des Teilungsträgers 3 liegenden Raumbereich R1 und den dort vorgesehenen Komponenten Sender 1 und Kollimatoreinrichtung 2.
Vor der zweiten Oberfläche 32 des Teilungsträgers 3 liegt ein zweiter Raumbereich R2, in dem ein Umlenkelement 4 vorgesehen ist, das zur Umlenkung der von dem Sender 1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Richtung auf den strukturierten Bereich 30 des Teilungsträgers 3 ausgebildet und vorgesehen ist – und zwar nachdem das vom Sender 1 und der Kollimatoreinrichtung 2 erzeugte parallelisierte Strahlenbündel L1 (durch den Teilungsträger 3 hindurch) vorn ersten Raumbereich R1 in den zweiten Raumbereich R2 gelangt ist.
Das Umlenkelement 4 umfasst im Ausführungsbeispiel einen Grundkörper, der beispielsweise aus Kunststoff oder Glas gefertigt sein kann und dessen dem Teilungsträger 3 zugewandte Oberfläche 40 für die von außerhalb des Umlenkelementes 4 in Richtung auf das Umlenkelement 4 ausgesandte elektromagnetische Strahlung L durchlässig ist.
In dem Umlenkelement 4 sind zwei Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42, 46 vorgesehen, die zur Umlenkung und weiterhin zur Aufweitung des vom Sender 1 her in das Umlenkelement 4 eintretenden Strahlenbündel L1 dienen. Die beiden Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42, 46 sind hier als reflektierende Flächen ausgebildet: Es handelt sich hierbei konkret um zwei parabolisch gekrümmte Flächen (mit parabolischem Querschnitt).
Die beiden Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42, 46 können für eine reflektierende Ausgestaltung beispielsweise als metallisch beschichtete Flächen ausgebildet sein, die die auftreffende elektromagnetische Strahlung jeweils reflektieren.
Die den ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 42 bildende Fläche ist dabei derart (parabolisch) gekrümmt, dass das hierauf auftreffende Strahlenbündel L1 bei der Reflektion aufgeweitet wird, indem das parallelisierte Strahlenbündel L1 in ein divergentes Strahlenbündel umgesetzt wird. Hierzu ist die besagte Fläche im Ausführungsbeispiel konvex gekrümmt.
Der erste Umlenk- und Aufweitungsbereich 42 ist weiterhin derart in dem Umlenkelement 4 angeordnet, dass die elektromagnetische Strahlung nach Wechselwirkung mit dem ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 42 schräg auf eine die schräg einfallende Strahlung (total) reflektierende Fläche 44 des Umlenkelementes gelangt, bei der es sich hier um die Rückseite der dem Teilungsträger 3 zugewandten Oberfläche 40 des Umlenkelementes 4 handelt.
Der zweite Umlenk- und Aufweitungsbereich 46 ist wiederum derart im Umlenkelement 4 angeordnet, dass die an der reflektierenden Fläche 44 reflektierende Strahlung anschließend auf jenen zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereich 46 auftrifft. Bei diesem handelt es sich wiederum um einen reflektierenden Bereich, hier ausgebildet als eine (konkav) gekrümmte Fläche, genauer als eine parabolisch gekrümmte Fläche (mit parabolischem Querschnitt). Zur Erreichung der gewünschten reflektierenden Eigenschaften kann eine metallische Beschichtung des besagten Umlenk- und Aufweitungsbereiches 46 vorgesehen sein.
Die Krümmung des zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereiches ist derart, dass die hierauf auftreffende divergente Strahlung durch die Reflektion am zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereich wieder parallelisiert wird, so dass schließlich ein paralleles Strahlenbündel 12 senkrecht zu dessen dem Teilungsträger 40 zugewandter Oberfläche 40 aus dem Umlenkelement 4 austritt. Das aus dem Umlenkelement 4 austretende Strahlenbündel 12 verläuft dabei insbesondere parallel zu dem in das Umlenkelement 4 eintretenden Strahlenbündel L1, aus dem das erstgenannte Strahlenbündel L2 erzeugt wird.
Die beiden Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42, 46 sind dabei so ausgestaltet, dass das nach Aufweitung und Umlenkung aus dem Umlenkelement 4 austretende (parallelisierte) Strahlenbündel L2 einen hinreichend großen Querschnitt (Durchmesser) aufweist, um im strukturierten Bereich 30 des Teilungsträgers 3 sämtliche für eine Positionsmessung abzutastende Teilungsstrukturen zu erfassen. Bei diesen kann es sich beispielsweise um mindestens eine Inkrementalteilung und/oder um mindestens eine absolut codierte Spur und/oder um eine Referenzmarkenspur handeln.
Für das zunächst vom Sender 1 ausgesandte und in der nachgeordneten Kollimatoreinrichtung 2 parallelisierte Strahlenbündel L1 wird demgegenüber ein vergleichsweise kleinerer Querschnitt (Durchmesser) bevorzugt, damit dieses gezielt durch solche Bereiche des Teilungsträgers 3 geleitet werden kann, die hierbei dem besagten Strahlenbündel L1 ausgesetzt werden dürfen, insbesondere also durch solche Bereiche, die nicht mit einer zur Positionsmessung abzutastenden Teilungsstruktur versehen sind.
Weiterhin sind das Umlenkelement 4 und insbesondere die beiden Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42, 46 derart ausgebildet und angeordnet, dass der bei einer jeweiligen Geometrie der Gesamtanordnung angestrebte Abstand (Mittenabstand) zwischen dem ursprünglich vom Sender 1 erzeugten und mittels der Kollimatoreinrichtung 2 parallelisierten Strahlenbündel L1 (welches dem Umlenkelement zugeführt wird) und dem hieraus erzeugten, das Umlenkelement 4 verlassenden Strahlenbündel L2 erzielt wird.
Das aus dem Umlenkelement 4 austretende Strahlenbündel L2 wechselwirkt beim Durchstrahlen des Teilungsträgers 3 in dessen strukturiertem Bereich 30 mit mindestens einer dort vorgesehenen Teilungsstruktur (Messteilung), so dass für eine Positionsmessung die angestrebte Abtastung der Teilungsstruktur mittels der vom Sender 1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung im Durchstrahlungsverfahren (Durchlichtverfahren) erfolgt.
Nach der Wechselwirkung mit der Teilungsstruktur/den Teilungsstrukturen am Teilungsträger 3 wird die elektromagnetische Strahlung in Form des aus dem Umlenkelement ausgetretenen Strahlenbündels L2 schließlich von dem Empfänger 5 (Photodetektor) empfangen, der in bekannter Weise im Betrieb der Positionsmesseinrichtung ein die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit der mindestens einen Teilungsstruktur repräsentierendes Ausgangssignal erzeugt, welches zur Positionsbestimmung von einer nachgeordneten Verarbeitungs- und Auswerteeinheit zugeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel der 1 sind sowohl die Beleuchtungseinheit 1, 2, bestehend aus dem Sender 1 und der Kollimatoreinrichtung 2, als auch der Empfänger 5 im selben Raumbereich R1, d. h. vor derselben Oberfläche (erste Oberfläche 31) des Teilungsträgers 3 angeordnet, obwohl der Teilungsträger 3 bzw. dessen Teilungsstruktur im Durchstrahlungsverfahren abgetastet wird.
Dies wird ermöglicht durch das im zweiten Raumbereich R2 vor der zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche 32 des Teilungsträgers 3 angeordnete Umlenkelement 4, welches die vom Sender 1 ausgesandte und durch die Kollimatoreinrichtung 2 parallelisierte elektromagnetische Strahlung derart umlenkt, dass diese den strukturierten Bereich 30 des Teilungsträgers 3 durchstrahlt und anschließend auf den Empfänger 5 der Positionsmesseinrichtung trifft.
Mit anderen Worten ausgedrückt, sind der Sender 1 und der Empfänger 5 gemeinsam vor einer Seite des Teilungsträgers 3 angeordnet, während das Umlenkelement 4 diese gegenüberliegend vor einer anderen, dem Sender 1 und Empfänger 5 abgewandten Seite des Teilungsträgers 3 liegt.
Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass die besagten Komponenten 1, 4, 5 sämtlich dem Teilungsträger 3 jeweils derart gegenüberliegen, dass eine senkrechte Projektion auf diese Komponenten (senkrecht zur Ebene E, in der sich der Teilungsträger 3 erstreckt) jeweils vollständig auf den Teilungsträger 3 fällt. Vielmehr kann beispielsweise der Sender 1 im Raumbereich R1 auch derart angeordnet sein, dass die vom Sender 1 ausgesandte elektromagnetische Strahlung (nach Parallelisierung) als Strahlenbündel L1 nicht durch den Teilungsträger 3 hindurch tritt, sondern an diesem vorbeigeleitet wird. Dementsprechend müsste dann wiederum das im zweiten Raumbereich R2 gelegene Umlenkelement 4 in jenem Raumbereich R2 über den Teilungsträger 3 hinaus ragen, um die vom Sender 1 ausgesandte elektromagnetische Strahlung zu empfangen.
Geht man aus von einer Ebene E, in der sich der Teilungsträger 3 erstreckt und parallel zu der die am Teilungsträger 3 vorgesehenen Teilungsstrukturen im strukturierten Bereich 30 verlaufen, so lässt sich die Anordnung von Sender 1, Umlenkelement 4 und Empfänger 5 auch wie folgt beschreiben: Die Ebene E, in der der Teilungsträger 3 liegt, teilt den Raum in zwei Raumbereiche R1, R2, die beidseits jener Ebene E angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der 1 liegt etwa der erste Raumbereich R1 links der Ebene E und der zweite Raumbereich R2 rechts der Ebene E. Der Sender 1 und der Empfänger 5 befinden sich dann im selben Raumbereich R1, d. h. auf derselben Seite der Ebene E, nämlich im Ausführungsbeispiel der 1 links der Ebene E. Das Umlenkelement 4 ist im anderen Raumbereich R2 auf der anderen Seite der Ebene E angeordnet, nämlich im Ausführungsbeispiel der 1 rechts der Ebene E. Bezogen auf jene Ebene E liegt das Umlenkelement 4 somit dem Sender 1 und dem Empfänger 5 gegenüber.
2 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Teilungsträgers 3, der in einem Positionsmesssystem gemäß 1 eingesetzt werden kann. Bei dem in 2 ausschnitthaft dargestellten Teilungsträger 3 handelt es sich um einen kreisscheibenförmigen Teilungsträger eines Winkelmesssystems bzw. Drehgebers. Auf diesem erstrecken sich in einem strukturierten Bereich 30 eine erste Teilungsstruktur (Messteilung 30a) in Form einer Inkrementalteilung mit periodisch hintereinander angeordneten strichförmigen Markierungen und eine zweite Teilungsstruktur (Messteilung 30b) in Form einer absolut codierten Spur.
Wie anhand 2 ferner erkennbar ist, durchstrahlt das gemäß 1 vom Sender 1 ausgesandte und von der nachgeordneten Kollimatoreinrichtung 2 parallelisierte Strahlenbündel L1 den Teilungsträger 3 zunächst außerhalb des strukturierten Bereiches 30, d. h., insbesondere außerhalb der Teilungsstrukturen 30a, 30b.
Dagegen erfasst das vom Umlenkelement 4 umgelenkte und durch dieses aufgeweitete Strahlenbündel L2 die Teilungsstrukturen 30a, 30b in ihrer vollen Breite, d. h. im Fall der 2 in ihrer vollen radialen Ausdehnung, so dass die Teilungsstrukturen 30a, 30b für eine Positionsmessung (Winkelmessung) durch die vom Sender 1 erzeugte elektromagnetische Strahlung vollständig – und mit hinreichender Toleranz – abgetastet werden.
3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Umlenkelementes 4 aus dem Positionsmesssystem der 1. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Umlenkelement 4 der 3 und dem Umlenkelement der 1 besteht dabei darin, dass gemäß 3 als Umlenk- und Aufweitungsbereiche 43, 45 des Umlenkelementes 4 diffraktive optische Elemente vorgesehen sind – anstelle der (parabolisch) gekrümmten Flächen aus 1. Die als Umlenk- und Aufweitungsbereiche 43, 45 dienenden diffraktiven optischen Elemente sind dabei, ebenso wie die gekrümmten Flächen 42, 46 der 1, strahlungsreflektierend ausgebildet.
Um mit dem ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 in Form eines diffraktiven optischen Elementes eine definierte Aufweitung des zunächst parallelisierten Strahlenbündels L1 erreichen zu können, weist jenes diffraktive optische Element eine variable Gitterkonstante auf, die von dem dem zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereich 45 abgewandten Ende des ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 zu dessen anderem, dem zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereich 45 zugewandten Ende hin kontinuierlich abnimmt. Dabei sind zum Erreichen hinreichend großer Ablenkwinkel sowie einer hinreichenden Strahlaufweitung sehr kleine lokale Beugungsstrukturen erforderlich, deren charakteristische Ausdehnungen (welche die lokale, ortsabhängige Gitterkonstante definieren) von der Größenordnung her der Wellenlänge der abtastenden elektromagnetischen Strahlung (Licht) entsprechen. Anders ausgedrückt nimmt die Größe jener Beugungsstrukturen in charakteristischer Weise von einem Ende zum anderen Ende des den ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 bildenden diffraktiven optischen Elementes kontinuierlich ab.
Der erste Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 ist dabei ebenso wie der zweite Umlenk- und Aufweitungsbereich 45 im Ausführungsbeispiel an einer Oberfläche des Umlenkelementes 4 angeordnet, die der dem Teilungsträger zugewandten Oberfläche 40, durch die hindurch die elektromagnetische Strahlung in das Umlenkelement 4 eintreten kann, gegenüberliegt. Die umzulenkende elektromagnetische Strahlung gelangt daher durch Reflektion an der Rückseite 44 der dem Teilungsträger zugewandten Oberfläche 40 vom ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 zum zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereich 45.
Auch dieser zweite Umlenk- und Aufweitungsbereich 45 wird durch ein diffraktives optisches Element gebildet, bei dem die Größe der lokalen Beugungsstrukturen (also die ortsabhängige lokale Gitterkonstante) vom einen Ende zum anderen Ende variiert, und zwar von dem dem ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 zugewandten Ende zu dem hiervon abgewandten Ende kontinuierlich abnimmt. Hierdurch kann mit dem zweiten Umlenk- und Aufweitungsbereich 45 das nach Wechselwirkung mit dem ersten Umlenk- und Aufweitungsbereich 43 divergente Strahlenbündel wieder in ein parallelisiertes Strahlenbündel L2 umgewandelt werden, welches das Umlenkelement 4 zur Abtastung des daneben angeordneten Teilungsträgers 3 verlässt.
Die Ortsabhängigkeit der lokalen Gitterkonstante (oder in anderen Worten die jeweilige lokale Ortsfrequenz des Gitters) wird dabei in Abhängigkeit von den jeweiligen Vorgaben an die Geometrie des Strahlenbündels, wie etwa dem gewünschten Mittenabstand zwischen dem vom Sender 1 ausgesandten, parallelisierten Strahlenbündel und dem vom Umlenkelement 4 in Richtung auf den Teilungsträger 3 gelenkten Strahlenbündel sowie dem gewünschten Aufweitungsverhältnis der beiden besagten Strahlenbündel, bestimmt und festgelegt.
Für die diffraktiven optischen Elemente können dabei insbesondere so genannte geblazte Strukturen verwendet werden, die die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der jeweils genutzten Beugungsordnung maximieren und in den ungenutzten Beugungsordnungen minimieren. Solche geblazten Strukturen können z. B. durch schräge, unsymmetrische Flächenabschnitte in den diffraktiven optischen Elementen gebildet werden.
Wie bereits anhand 2 beschrieben, werden mit der vom Umlenkelement 4 umgelenkten elektromagnetischen Strahlung am Teilungsträger 3 regelmäßig zwei oder mehr Teilungsstrukturen 30a, 30b abgetastet, die quer zu ihrer jeweiligen Erstreckungsrichtung (Messrichtung) voneinander beabstandet nebeneinander liegen. Im Fall des Teilungsträgers aus 2 erstrecken sich etwa beide Teilungsstrukturen 30a, 30b jeweils kreisringförmig und sind dementsprechend in radialer Richtung nebeneinander angeordnet und entlang dieser Richtung geringfügig voneinander beabstandet.
Bei einer Abtastung nebeneinander angeordneter Teilungsstrukturen mittels eines elektromagnetischen Strahlenbündels kann es vorteilhaft sein, bestimmte Bereiche des Teilungsträgers 3, insbesondere einen Zwischenbereich zwischen benachbarten Teilungsstrukturen nicht zu bestrahlen, weil anderenfalls Streulicht durch Beugung an den Teilungsbegrenzungen entstehen kann, das zu Störungen der bei der Positionsmessung generierten Signalen führen kann.
Insbesondere kann es auch vorteilhaft sein, bestimmte Bereiche des Empfängers 5, insbesondere einen Zwischenbereich zwischen nebeneinander angeordneten Detektorelementen, die jeweils einer der abzutastenden Teilungsstrukturen zugeordnet sind, nicht zu bestrahlen, weil mit den entsprechenden Strahlungsanteilen anderenfalls am Empfänger 5 elektrische Ladungen erzeuget werden könnten, die zu einem erhöhten Offset in den bei der Positionsmessung generierten Signalen führten (so genanntes ”Übersprechen” zwischen benachbarten Detektorelementen).
Um gezielt bestimmte Bereiche des Teilungsträgers 3 bzw. des Empfängers 5 von einer Bestrahlung mit der zur Abtastung verwendeten elektromagnetischen Strahlung ausnehmen zu können, weist gemäß 4 ein Umlenkelement 4 zwei Umlenkbereiche 42', 46' auf, die jeweils aus einer Mehrzahl reflektierender Flächenelemente 42a, 42b, 42c, 42d bzw. 46a, 46b, 46c, 46d bestehen, welche winklig zueinander angeordnet sind. Hiermit lässt sich z. B. erreichen, dass nach Reflektion des einfallenden parallelisierten Strahlenbündels L1 am ersten Umlenkbereich 42' eine entsprechend abgewinkelte Teilfläche 46c des zweiten Umlenkbereiches 46' nicht mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird. Hierdurch definiert jene Teilfläche 46c des zweiten Umlenkbereiches 46' ein Loch U in dem das Umlenkelement 4 verlassende Strahlenbündel L2, in welchem keine elektromagnetische Strahlung vorliegt (”strahlungsloser Teilbereich des Strahlenbündels L2”).
Durch geeignete Wahl der Strukturierung der Umlenkbereiche 42', 46' kann somit gezielt ein strahlungsloser Teilbereich im vom Umlenkelement 4 umgelenkten Strahlenbündel L2 erzeugt werden, um bestimmte Bereiche des Teilungsträgers 3/Empfängers 5 von einer Bestrahlung auszunehmen.
Im Ausführungsbeispiel der 4 sind dabei die beiden Umlenkbereiche 42', 46' als reine Umlenkbereiche ausgestaltet; d. h., es ist keine Aufweitungsfunktion vorgesehen. Selbstverständlich kann die in 4 dargestellt Strukturierung reflektierender Umlenkbereiche 42', 46' auch mit einer Aufweitungsfunktion kombiniert werden, etwa indem die entsprechenden Umlenkbereiche eine parabolische Grundstruktur aufweisen, wie in 1 gezeigt.
Durch eine geeignete Ausgestaltung der Umlenkbereiche des Umlenkelementes 4 kann der Querschnitt des zur Abtastung der mindestens einen Teilungsstruktur verwendeten Strahlenbündels weiterhin gezielt an die Form der abzutastenden Teilungsstruktur(en) angepasst werden. Zur Abtastung von Teilungsstrukturen der in 2 gezeigten Art wäre beispielsweise ein Strahlenbündel mit einem durch einen Kreissektor gebildeten Querschnitt zweckmäßig.
Außerdem ist es möglich, durch geeignete Ausgestaltung der Umlenkbereiche des Umlenkelementes 4 die Intensitätsverteilung der aus dem Umlenkelement 4 austretenden elektromagnetischen Strahlung zu beeinflussen. So kann beispielsweise eine möglichst konstante Intensitätsverteilung in den abzutastenden Bereichen eines Teilungsträgers erzielt werden.
5 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Abwandlung des Umlenkelementes 4 aus 1. Danach weist das Umlenkelement 4 einen gekrümmten (im vorliegenden Ausführungsbeispiel konkav gekrümmten) Einstrittsbereich 142, wirkend als Eintrittslinse, auf, durch den hindurch das vom Sender 1 ausgesandte und anschließend parallelisierte Strahlenbündel L1 in das Umlenkelement 4 eintritt, sowie weiterhin einen gekrümmten (im Ausführungsbeispiel konvex gekrümmten) Austrittsbereich 146, wirkend als Austrittslinse, durch den hindurch die elektromagnetische Strahlung aus dem Umlenkelement 4 als parallelisiertes Strahlenbündel L2 wieder austritt.
Die Eintrittsbereich 142 erzeugt dabei aus dem einfallenden parallelisierten Strahlenbündel L1 ein divergentes Strahlenbündel, das beim Durchgang durch den Austrittsbereich 146 wieder parallelisiert wird, jetzt jedoch mit entsprechend größerem Querschnitt. Die Art der jeweiligen Krümmung des Ein- und Austrittsbereiches 142, 146 (konkav oder konvex) sowie dessen räumliche Anordnung und genaue geometrische Ausbildung hängen dabei u. a. von der Geometrie des Umlenkelementes 4 insgesamt sowie von dem gewünschten Aufweitungsfaktor für den Querschnitt der elektromagnetischen Strahlung ab.
Zwischen dem gekrümmten Eintrittsbereich 142 und dem Austrittsbereich 146 sind zwei zueinander abgewinkelte reflektierende Flächen 144a, 144b angeordnet, an denen die nach dem Durchtritt durch den Eintrittsbereich 142 divergente elektromagnetische Strahlung je einmal reflektiert wird, bevor sie durch den Austrittsbereich 146 wieder aus dem Umlenkelement 4 austritt. Die reflektierenden Flächen 144a, 144b können dabei durch Aufbringen einer Beschichtung mit reflektierenden Eigenschaften auf entsprechende Flächenabschnitte des Umlenkelementes 4 realisiert sein.
Im Ausführungsbeispiel der 5 weist das Umlenkelement 4 somit einerseits als Linsen wirkende Bereiche 142, 146 zur Aufweitung der elektromagnetischen Strahlung und andererseits reflektierende Bereiche (Flächen 144a, 144b) zur Umlenkung der elektromagnetischen Strahlung auf. Die Funktionen ”Aufweitung” der elektromagnetischen Strahlung einerseits und ”Umlenkung” der elektromagnetischen Strahlung andererseits sind somit getrennt verwirklichbar, wobei allerdings die reflektierenden Flächen 144a, 144b aufgrund ihrer Anordnung durchaus auch zur Aufweitung des elektromagnetischen Strahlenbündels beitragen können. Ferner handelt sich hier um ein System mit ”transmissiv abbildenden Elementen”.
In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen einer Positionsmesseinrichtung ist jeweils ein einteiliges Umlenkelement 4 mit einem einstückigen (aus Glas oder Kunststoff bestehenden) Grundkörper vorgesehen. Dies entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Positionsmesseinrichtung; jedoch kann das Umlenkelement auch mehrteilig ausgeführt sein, z. B. indem jedem der beiden Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42; 46 bzw. 43; 45 bzw. 142, 143; 145, 146 jeweils ein eigener (aus Glas oder Kunststoff bestehender) Grundkörper zugeordnet ist. In diesem Fall wäre jeder der Umlenk- und Aufweitungsbereiche 42, 46 bzw. 43, 45 bzw. 142, 143; 145, 146 in einem separaten, eigenen Grundkörper angeordnet. Ferner kann die reflektierende Fläche 44 auch außerhalb des (mindestens einen) Grundkörpers des Umlenkelementes angeordnet sein. Auch weitere Ausgestaltungen des Umlenkelementes 4 sind möglich, solange dieses seine Umlenkfunktion, und gegebenenfalls auch eine Aufweitungsfunktion, erfüllt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29915998 U1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Alfons Ernst (Landsberg/Lech 1998, 3. Aufl. [0003]
- Alfons Ernst (Landsberg/Lech 1998, 3. Aufl.) [0031]

Claims

Positionsmesseinrichtung mit – einem Teilungsträger (3), der eine einem ersten Raumbereich (R1) zugewandte erste Oberfläche (31) und eine hiervon abgewandte, einem zweiten Raumbereich (R2) zugewandte zweite Oberfläche (32) aufweist, – mindestens einer am Teilungsträger (3) vorgesehenen Teilungsstruktur (30a, 30b), die für eine Positionsmessung mittels elektromagnetischer Strahlung (L) im Durchstrahlungsverfahren abtastbar ist, – einem im ersten Raumbereich (R1) angeordneten Sender (1) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung (L), die für eine Positionsmessung mit der Teilungsstruktur (30a, 30b) wechselwirkt, – einem ebenfalls im ersten Raumbereich (R1) angeordneten Empfänger (5) zum Empfangen der vom Sender (1) ausgesandten elektromagnetischen Strahlung (L) nach deren Wechselwirkung mit der Teilungsstruktur (30a, 30b), – einem im zweiten Raumbereich (R2) angeordneten Umlenkelement (4), welches vor der dem Sender (1) und dem Empfänger (5) abgewandten zweiten Oberfläche (32) des Teilungsträgers (3) liegt und welches bei einer Positionsmessung die vom Sender (1) ausgesandte elektromagnetische Strahlung (L) derart umlenkt, dass die umgelenkte Strahlung (L2) auf den Empfänger (5) trifft, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sender (1) eine Einrichtung (2) zum Kollimieren der vom Sender (1) ausgesandten elektromagnetischen Strahlung (L) zugeordnet ist, so dass die von dem Sender (1) ausgesandte elektromagnetische Strahlung als ein parallelisiertes Strahlenbündel (L1) vorliegt.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilungsstruktur (30a, 30b) in einer Ebene (E) erstreckt, die zwischen dem ersten und zweiten Raumbereich (R1, R2) liegt, und dass der Sender (1) sowie der Empfänger (5) im ersten Raumbereich auf derselben Seite neben der Ebene (E) angeordnet sind und das Umlenkelement (4) im zweiten Raumbereich auf der dem Sender (1) und Empfänger (5) abgewandten Seite der Ebene (E) angeordnet ist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3) derart zwischen dem Sender (1) und dem Umlenkelement (4) liegt, dass das vom Sender (1) ausgesandte Strahlenbündel (L1) den Teilungsträger (3) durchstrahlt, bevor es auf das Umlenkelement (4) trifft.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Sender (1) ausgesandte Strahlenbündel (L1) einen Bereich des Teilungsträgers (3) durchstrahlt, der neben der mindestens einen Teilungsstruktur (30a, 30b) liegt.
Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (4) bei einer Positionsmessung die vom Sender (1) ausgesandte elektromagnetische Strahlung (L) vor deren Wechselwirkung mit der Teilungsstruktur (30a, 30b) derart umlenkt, dass die Strahlung (L) nach jener Umlenkung den Teilungsträger (3) unter Wechselwirkung mit der Teilungsstruktur (30a, 30b) durchstrahlt und anschließend auf den Empfänger (5) trifft.
Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umlenkelement (4) eine Einrichtung (42, 46; 43, 45; 142, 146) zur Aufweitung des umzulenkenden Strahlenbündels (L1) zugeordnet ist, so dass das vom Umlenkelement (4) auf die Teilungsstruktur (30a, 30b) gelenkte Strahlenbündel (L2) einen größeren Querschnitt aufweist, als das vom Sender (1) in Richtung auf das Umlenkelement (4) ausgesandte Strahlenbündel (L1).
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (42, 46; 43, 45; 142, 146) zur Aufweitung des Strahlenbündels (L1) mindestens einen Aufweitungsbereich (42, 43, 45, 46) umfasst, mit dem das Strahlenbündel (L1) derart wechselwirkt, dass es aufgeweitet wird.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aufweitungsbereiche (42, 46; 43, 45; 142, 146) vorgesehen sind.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Aufweitungsbereich (42, 43, 45, 46) reflektierend ausgebildet ist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Aufweitungsbereich (142, 146) für die verwendete elektromagnetische Strahlung durchlässig ausgebildet ist.
Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufweitungsbereich (42, 46; 142, 146) durch eine gekrümmte Fläche gebildet wird.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufweitungsbereich (42, 46) durch eine parabolisch gekrümmte Fläche gebildet wird.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufweitungsbereich (142, 146) durch eine eine Linse bildende Fläche gebildet wird
Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufweitungsbereich (43, 45) durch ein diffraktives optisches Element gebildet wird.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element eine ortsabhängige lokale Gitterkonstante aufweist, so dass die Größe der lokalen Beugungsstrukturen des diffraktiven optischen Elementes ortsabhängig ist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 9 bis 15, soweit rückbezogen auf Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Umlenkelement (4) mindestens eine reflektierende Fläche (44; 144a, 144b) vorgesehen ist, die derart zwischen den beiden Aufweitungsbereichen (42, 46; 43, 45; 142, 146) liegt, dass das umzulenkende Strahlenbündel (L1) nach Wechselwirkung mit einem ersten Aufweitungsbereich (42, 43, 142) an jener Fläche (44; 144a, 144b) reflektiert wird und auf den zweiten Aufweitungsbereich (45, 46, 146) trifft.
Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (4) das vom Sender (1) her eintreffende Strahlenbündel (L1) derart umlenkt, dass die elektromagnetische Strahlung nach dem Umlenken weiterhin ein parallelisiertes Strahlenbündel (L2) bildet.
Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16 und Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Aufweitungsbereich (42, 43, 142) aus dem vom Sender (1) her eintreffenden Strahlenbündel (L1) ein divergentes Strahlenbündel erzeugt, welches von einem zweiten Aufweitungsbereich (45, 46, 146) wieder parallelisiert wird.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche 8 bis 18, soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufweitungsbereich (42, 43; 45, 46) zugleich zur Umlenkung des vom Sender (1) her eintreffenden Strahlenbündels (L1) in Richtung auf die mindestens eine Teilungsstruktur (30a, 30b) vorgesehen ist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche 8 bis 18, soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufweitungsbereich (142, 146) von den Mitteln (144a, 144b) zur Umlenkung des vom Sender (1) her eintreffenden Strahlenbündels (L1) in Richtung auf die mindestens eine Teilungsstruktur (30a, 30b) verschieden ist
Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Fläche (42', 46') des Umlenkelementes (4), mit der die umzulenkende elektromagnetische Strahlung wechselwirkt, derart strukturiert ist, dass das vom Umlenkelement (4) in Richtung auf die Teilungsstruktur (30a, 30b) gelenkte Strahlenbündel (L2) in seinem Inneren mindestens einen strahlungslosen Teilbereich (U) aufweist.
Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinrichtung als eine Winkelmesseinrichtung ausgebildet ist und auf dem Teilungsträger (3) mindestens eine kreisringförmig verlaufende Teilungsstruktur (30a, 30b) vorgesehen ist.
Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinrichtung als Längenmesseinrichtung ausgebildet ist und auf dem Teilungsträger (3) mindestens eine linear erstreckte Teilungsstruktur vorgesehen ist.