DE102014010759A1

DE102014010759A1 - Positionsmessvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Position

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Publication number: DE102014010759A1
Application number: DE102014010759.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Remmers Nils De
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: DE102014010759B4

Abstract

Eine Positionsmessvorrichtung mit einer absoluten Positionscodierung, einer Detektoranordnung mit mehreren Sensorelementen zur Abtastung eines Abschnittes der Positionscodierung durch die Detektoranordnung, sowie einer Dekodieranordnung. Die Dekodieranordnung ist mit der Detektoranordnung derart gekoppelt, dass Ausgangssignale der Sensorelemente an die Dekodieranordnung übermittelt werden. Des Weiteren ist die Dekodieranordnung ausgestaltet, um eine Positionsinformation aus dem abgetasteten Teil der Positionscodierung zu dekodieren. Die Positionscodierung umfasst zueinander benachbarte Sequenzelemente, die jeweils eins von zwei Wertelementen einer binären Codierung darstellen und mehrere zueinander benachbart auf der Positionscodierung angeordnete Sequenzelemente formen einen Sequenzblock, wobei ein Sequenzblock jeweils mehr als 2 Sequenzelemente der Positionscodierung umfasst. Die Anordnung der zueinander benachbarten Sequenzblöcke auf der Positionscodierung entspricht der Anordnung von Werten einer Codesequenz, die einen Messbereich eindeutig codiert. Die Sensorelemente sind in Richtung der Positionscodierung angeordnet und deren Ausgangssignale sind zur Auswertung durch die Dekodieranordnung auswählbar. Die Dekodieranordnung ist dabei mit der Detektoranordnung derart gekoppelt, dass die Dekodieranordnung die Auswahl der auszuwertenden Sensorelemente regeln kann.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Positionsmessvorrichtung mit einer absoluten Positionscodierung, einer Detektoranordnung mit mehreren Sensorelementen zur Abtastung eines Abschnittes der Positionscodierung durch die Detektoranordnung, sowie einer Dekodieranordnung, die mit der Detektoranordnung derart gekoppelt ist, dass Ausgangssignale der Sensorelemente an die Dekodieranordnung übermittelt werden, und ausgestaltet ist, eine Positionsinformation aus dem abgetasteten Abschnitt der Positionscodierung zu dekodieren, wobei die Positionscodierung Sequenzelemente umfasst, die jeweils eins von zwei Wertelementen einer binären Codierung darstellen und die Sensorelemente in Richtung der Positionscodierung angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur Positionsmessung durch Abtastung einer Positionscodierung, wobei die Positionscodierung Sequenzelemente umfasst und jeweils wenigstens 3 zueinander benachbarte Sequenzelemente einen Sequenzblock bilden. Zur Positionsbestimmung wird die Positionscodierung ein- oder mehrmals je Bestimmung abgetastet.
Auf vielen Gebieten der Technik sind zwei Objekte in Ihrer Lage gegeneinander bewegbar angeordnet und werden automatisiert zueinander bewegt. Im Rahmen der Regelung einer derartigen Bewegung ist es nötig, die Position der Objekte zu messen. Die Messung und Bestimmung einer Bewegung als Positionsänderung ist von inkrementellen Messsystemen bekannt, die eine Positionscodierung und eine Detektoranordnung umfassen. Die Positionscodierung wird mittels in die Detektoranordnung integrierter Sensorelemente abgetastet. Diese Systeme können durch Zählen von Impulsen eine Positionsänderung erfassen. Durch Abtasten einer Null-Spur (RI, Z-Spur) kann an einer Position ein Referenzsignal generiert werden und weitere Positionen können in Bezug zu dieser absoluten Position gesetzt werden. Derartige Systeme sind seit langem am Markt zum Beispiel als Produkte der Firmen Heidenhain und Renishaw erhältlich.
Durch eine entsprechende Gestaltung der inkrementellen Positionscodierung und der Detektoranordnung ist es möglich den Verlauf der Abtastsignale bei einer Bewegung derartig zu formen, dass eine Interpolation zur Generierung einer höher aufgelösten und damit genaueren Positionsinformation möglich ist.
Um nach dem Start einer Positionsmessvorrichtung nicht erst eine Initialisierung der Referenz durchführen zu müssen, werden absolute Positionsmessvorrichtungen verwendet. Die Positionscodierung umfasst dabei ein oder mehrere Absolut-Spuren, aus deren Abtastung eine absolute Position dekodiert werden kann. Je mehr Spuren parallel abzutasten sind, desto größer sind die Auswirkungen eines Justagefehlers der Detektoranordnung in Bezug zur Positionscodierung. Es kann passieren, dass in der Folge eine Position falsch erkannt wird, da durch eine Verdrehung der Detektoranordnung auf einer außen liegenden Spur die falsche Position abgetastet wird.
Bei der Abtastung der Sequenzelemente einer Absolut-Spur wird eine Quantisierung der abgetasteten Werte auf die diskreten Wertelemente der Codesequenz vorgenommen. Der Schwellwert für eine derartige Quantisierung hängt dabei von verschiedenen Effekten ab sein und ist unter Umständen in Abhängigkeit dieser Effekte nachzuführen.
Zur Reduzierung einiger dieser Fehlerquellen wird eine Positionscodierung mit einer pseudozufälligen Verteilung der Wertelemente in der Codesequenz verwendet, wobei die Wertelemente in Manchestercodierung dargestellt werden, wie es in der europäischen Patentschrift EP 1 403 623 B1 offenbart ist. Bei einer Abtastung einer im Voraus bekannten Anzahl von Sequenzelementen wird aus diesen abgetasteten Sequenzelementen ein Codewort gebildet. Mittels dieses Codewortes ist eine eindeutige Bestimmung der Position des Codewortes in der Codesequenz und somit der Detektoranordnung in Bezug auf die Positionscodierung möglich. Das Verschieben der Detektoranordnung um eine Position führt zu einer verschoben Abtastung der Positionscodierung und Bildung eines neuen Codewortes, das ebenfalls gültig und eindeutig in der Codesequenz ist. Eine Codesequenz mit einer derartigen pseudozufälligen Verteilung der Wertelemente in der Sequenz wird auch als Pseudo-Zufalls-Code (Pseudo-Random-Code/PN-Code) bezeichnet. Für eine derartige Positionsmessvorrichtung wird in Abhängigkeit von der geforderten Positionsgenauigkeit und der benötigten Länge der Positionscodierung ein sehr langer Pseudo-Zufalls-Code benötigt.
Um die Länge des benötigten Pseudo-Zufalls-Codes zu reduzieren, ist es aus der WO 2010/049046 A1 bekannt, mehrere Pseudo-Zufalls-Codes unterschiedlicher Länge zu verwenden, die in verschiedenen Spuren wiederholt angeordnet sind. Aus einer Kombination der Einzelpositionen innerhalb eines jeden Pseudo-Zufalls-Codes kann eine Gesamtposition berechnet werden, wobei die Periode der Gesamtposition größer als die Periode eines jeden einzelnen Pseudo-Zufalls-Codes ist.
Aufgrund der pseudozufälligen Anordnung der Wertelemente in der Sequenz kann keine Interpolation zur Generierung einer höher aufgelösten Positionsinformation an der Absolut-Spur durchgeführt werden. Bei einer Positionsmessvorrichtungen wie sie in der europäischen Patentanmeldung EP 1 400 778 A2 beschrieben ist, ist neben der Absolut-Spur eine Inkremental-Spur angeordnet, um eine Interpolation zu ermöglichen. Diese zusätzliche Spur macht die Vorrichtung wiederum gegen einen Justagefehler empfindlich.
Nachteilig an absoluten Positionsmessvorrichtungen bekannter Art ist die Notwendigkeit zur Bestimmung des Schwellwertes für die Quantisierung, der Bedarf an einem langen Pseudo-Zufalls-Codes und die Notwendigkeit einer parallelen Inkremental-Spur zur Interpolation. Mehrspurige System benötigen einen größeren Bauraum und sind schwerer als einspurige, wobei beide Aspekte ebenfalls nachteilig an absoluten Positionsmessvorichtungen bekannter Art sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, zumindest einige der Nachteile einer Positionsmessvorrichtung zu überwinden und Verfahren zur Auswertung einer erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird durch eine Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch Verfahren zur Bestimmung einer Position mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 12 gelöst.
Bei einer Positionsmessvorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere zueinander benachbart auf der Positionscodierung angeordnete Sequenzelemente einen Sequenzblock formen, wobei ein Sequenzblock jeweils wenigstens 3 Sequenzelemente der Positionscodierung umfasst, die Anordnung der zueinander benachbarten Sequenzblöcke auf der Positionscodierung der Anordnung von Werten einer Codesequenz entspricht, die einen Messbereich eindeutig codiert, und dass die Sensorelemente, deren Ausgangssignale durch die Dekodieranordnung auszuwerten sind, auswählbar sind und die Dekodieranordnung derart mit der Detektoranordnung gekoppelt ist, dass die Dekodieranordnung die Auswahl der auszuwertenden Sensorelemente regeln kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Positionsmessung durch eine mehrfache Abtastung der Positionscodierung mit obigen Merkmalen, wobei die Codesequenz einem Pseudo-Zufalls-Code entspricht, sieht vor, Sequenzelemente eines Abschnittes der Positionscodierung an Abtastpunkten mit einer Periode entsprechend der Länge eines Sequenzblockes abzutasten, Sequenzelemente in einem Intervall zwischen zwei ausgewählten Abtastpunkten mit einer Periode entsprechend eines oder mehrerer Sequenzelemente der Positionscodierung abzutasten, aus der Abtastung der Sequenzelemente des Intervalls die Lage der Abtastpunkte in Bezug auf einen Sequenzblock zu bestimmen, aus der ersten Abtastung eine Folge von Sequenzblöcken zu bestimmen, die Position eines Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes, der der Folge der Sequenzblöcke entspricht, zu bestimmen, und aus der Lage der Abtastpunkte in Bezug auf einen Sequenzblock und der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes eine Position zu bestimmen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Positionsmessung durch eine für die Positionsmessung einmalige Abtastung der Positionscodierung mit obigen Merkmalen, wobei die Codesequenz einem Pseudo-Zufalls-Code entspricht, sieht vor, die Positionscodierung in einem Intervall mit einer Periode kleiner oder gleich der Länge eines Sequenzelementes der Positionscodierung abzutasten, die Lage der Abtastung in Bezug auf einen Sequenzblock zu bestimmen, eine Folge von Sequenzblöcken aus der Abtastung zu bestimmen, die Position eines Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes, der der Folge von Sequenzblöcken entspricht zu bestimmen und eine Position der Abtastung aus der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes und der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzblöcke zu bestimmen.
Eine Positionscodierung umfasst eine Vielzahl von Sequenzelementen, die auf dieser Positionscodierung angeordnet sind. Jedes Sequenzelement kann einen Wert annehmen. Im Allgemeinen umfasst eine Positionscodierung einen binären Code, sodass jedes Sequenzelement einen von zwei Werten annehmen kann. Jeweils mehrere Sequenzelemente vorbestimmter Anzahl werden zu einem Sequenzblock zusammengefasst. Bei einer Länge eines Sequenzblockes von L_S und zwei möglichen Werten eines jeden Sequenzelementes sind 2^L_S Kombinationen der Wertelemente in einem Sequenzblock möglich. Es werden jedoch nur wenige, bevorzugt nur zwei Kombinationen verwendet, sodass nur wenige verschiedene Sequenzblöcke existieren, die gültig sind. Alle weiteren Kombinationen der Sequenzelemente in einem Sequenzblock stellen einen ungültigen Sequenzblock dar. Die gültigen Sequenzblöcke sind in bekannter und eindeutiger Reihenfolge auf der Positionscodierung angeordnet.
Ein Abschnitt der Positionscodierung wird durch die Sensorelemente, die in einer Detektoranordnung angeordnet sind, abgetastet. Die Detektoranordnung ist dabei entlang der Positionscodierung beweglich, sodass a-priori keine Information vorliegt, welcher Abschnitt der Positionscodierung abgetastet wird. Die Dekodieranordnung ist derart mit der Detektoranordnung gekoppelt, dass die Ausgangssignale der auszuwertenden Sensorelemente durch die Dekodieranordnung ausgewählt werden und von der Detektoranordnung an die Dekodieranordnung übermittelt werden. Dabei kann die Dekodieranordnung auch die Ausgangssignale aller Sensorelemente anfordern und in der Dekodieranordnung für auszuwählende Auswertungen zwischenspeichern. Auch ist es möglich, die Sensorsignale in der Detektoranordnung vor zu verarbeiten, sodass vorverarbeitete Ausgangssignale an die Dekodieranordnung übermittelt werden. Durch eine derartige Vorverarbeitung können parasitäre Effekte unterdrückt werden oder deren Auswirkungen vermindert werden, was den Aufwand einer Dekodierung reduziert.
Durch die Zusammenfassung mehrerer Sequenzelemente zu einem Sequenzblock umfasst die Folge der auf der Positionscodierung angeordneten Sequenzblöcke weniger Elemente als die Folge der auf der Positionscodierung angeordneten Sequenzelemente. Durch eine entsprechende Auswahl der gültigen Sequenzblöcke kann der Schwellwert für eine Quantisierung der Sequenzelemente aus einem Vergleich mit Sequenzelementen des gleichen Sequenzblockes abgeleitet werden.
Bei einer Positionsmessung mit mehrfach abgetasteter Positionscodierung werden bei der ersten Abtastung Sensorelemente an Abtastpunkten ausgewählt, die in einem Abstand entsprechend der Länge eines Sequenzblockes zueinander angeordnet sind. Auf Basis dieser Abtastung wird ein Intervall zwischen zwei Abtastpunkten ausgewählt, in dem die Position des Beginns eines neuen Sequenzblockes festgestellt wird. Die Kriterien für die Auswahl des Intervalls sind von der Ausgestaltung der Sequenzblöcke abhängig. Mit dem Beginn eines Sequenzblockes ist bekannt, welches Sequenzelement eines Sequenzblockes bei der ersten Abtastung abgetastet wurde und es kann aus der ersten Abtastung eine Folge von Sequenzblöcken bestimmt werden. Im Folgenden wird die Position eines Abschnittes in dem Pseudo-Zufalls-Code bestimmt, wobei der Abschnitt des Pseudo-Zufalls-Codes dem der Folge der abgetasteten Sequenzblöcke entspricht. Aus der Position des Abschnittes in dem Pseudo-Zufalls-Code und dem Beginn eines Sequenzblockes in dem Intervall zwischen den beiden Abtastpunkten kann die Position bestimmt werden. Aufgrund der mehrmaligen Abtastung der Positionscodierung brauchen die Abtastergebnisse nicht für eine mehrmalige Auswertung zwischengespeichert werden.
Alternativ kann die Positionscodierung einmalig für eine Positionsbestimmung abgetastet werden. Ein Abschnitt der Positionscodierung, der länger als ein Sequenzblock ist, kann dabei mit einer Periode kleiner oder gleich der Länge eines Sequenzelementes der Positionscodierung abgetastet werden. Es wird eine Art Foto der Positionscodierung gemacht, das mit einer Bilderkennung analysiert wird. Bei einer einfachen Art der Bildverarbeitung werden die Ausgangssignale zweier Sensorelemente miteinander verglichen. Der Beginn eines Sequenzblockes wird dabei ermittelt und die weiteren Sequenzblöcke werden daraus abgeleitet, sodass die Folge der Sequenzblöcke bekannt ist. In einem bekannten Pseudo-Zufalls-Code wird die Position eines Code-Abschnittes bestimmt, der der Folge der Sequenzblöcke entspricht. Aus der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes und der Lage der Sequenzblöcke in dem abgetasteten Bereich kann eine Gesamtposition berechnet werden. Durch die einmalige Abtastung der Positionscodierung für jede Positionsmessung und das Zwischenspeichern der Abtastwerte in analoger oder digitaler Form zur mehrmaligen Auswertung der einzelnen Ausgangssignale der Sensorelemente kann eine Bewegung der Positionscodierung relativ zur Detektoranordnung die Messwerte nicht verfälschen. Bei einer Abtastung mit einer Periode entsprechend der Länge eines Sequenzelementes ist der Kontrast zwischen den Ausgangssignalen zweier benachbarter Sensorelemente im Wesentlichen konstant in dem Bereich der Abtastung. Durch eine Abtastung mit einer Periode kleiner als die Länge eines Sequenzelementes werden die Ortsfrequenzen der Positionscodierung und der Detektoranordnung gemischt und mittels des Kontrastes der Signale zweier benachbarter Sensorelemente kann die Lage der Sensorelemente relativ zu den Sequenzelementen der Positionscodierung bestimmt werden. Durch die Mischung der Ortsfrequenzen entsteht eine Kontrastverteilung entsprechend des Moiré-Effektes.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung sind die Dekodieranordnung und die Detektoranordnung in einem Gehäuse integriert. Im Rahmen einer weiteren Integration sind verschiedene Komponenten der Dekodieranordnung und der Detektoranordnung in gemeinsame Bauteile, zum Beispiel einen integrierten Schaltkreis (integrated circuit, IC; auch applikationsspezifisch, ASIC) integriert. Durch eine höhere Integration können der Einfluss von Störgrößen und die Verlustleistungsaufnahme reduziert werden, sowie die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden. Alle drei Aspekte sind vorteilhaft. Durch die Integration auf einen ASIC kann die Abmessung und das Gewicht der Anordnungen reduziert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein analoges Ausgangssignal bereitgestellt und das analoge Ausgangssignal ist dem Ausgangssignal einer inkrementellen Positionsmessvorrichtung nachempfunden. Insbesondere Werkzeugmaschinen und Großanlagen zur Produktion werden über viele Jahre benutzt, so dass Ersatzteile für derartige Anlagen über viele Jahre vorgehalten werden oder reproduzierbar sein müssen. Relevant ist dabei nicht die Gleichartigkeit der Ersatzteile, sondern ihre Kompatibilität. Viele derartige Anlagen basieren auf inkrementellen Positionsmesssystemen. Um eine Kompatibilität mit derartigen Messsystemen herzustellen verfügt eine erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung vorteilhafterweise über ein analoges Ausgangssignal, sodass ein nachverarbeitendes System einer oben genannten Anlage beim Austausch einer inkrementellen Positionsmessvorrichtung durch eine erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung verwendbar bleibt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das analoge Ausgangssignal durch eine analoge Verschaltung der Sensorelemente generiert. Durch diese Verschaltung kann ein entsprechendes analoges Ausgangssignal ohne zeitliche Verzögerung durch eine Bearbeitung oder Konditionierung durch die oder in der Dekodieranordnung an dem analogen Ausgang zur Verfügung gestellt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung wird das analoge Ausgangssignal aus der ermittelten Positionsinformation generiert. Die Abbildung der Länge eines Sequenzelementes muss dabei nicht der Periodenlänge des analogen Ausgangssignals entsprechen, sondern die Periode des analogen Ausgangssignals kann zum Beispiel an die Periode einer zu ersetzenden Positionsmessvorrichtung angepasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Codesequenz, die einen Messbereich eindeutig codiert, einem Pseudo-Zufalls-Code, wobei der Pseudo-Zufalls-Code zwei Pseudo-Zufalls-Werte aufweist und eine Länge größer 10 Pseudo-Zufalls-Elemente hat. Die binären Wertelemente der Positionscodierung sind in einem Sequenzblock alternierend angeordnet, jeder Sequenzblock hat die gleiche Länge und ein Sequenzblock, der einem Pseudo-Zufalls-Wert entspricht, ist invertiert zu einem anderen Sequenzblock, der dem anderen Pseudo-Zufalls-Wert entspricht. Ein Pseudo-Zufalls-Code mit zwei Pseudo-Zufalls-Werten lässt sich einfach mit einem linear rückgekoppelten Schieberegister erzeugen, was vorteilhaft für eine Anpassung einer allgemeinen Dekodieranordnung an eine bestimmte Positionscodierung ist. Durch die Entsprechung eines Sequenzblockes der Positionscodierung mit einem Pseudo-Zufalls-Element kann der Pseudo-Zufalls-Code wesentlich weniger Pseudo-Zufalls-Elemente umfassen als die Positionscodierung Sequenzelemente, was die Komplexität der Erzeugung reduziert und die Flexibilität erhöht. So kann ein entsprechender Pseudo-Zufalls-Code in einem programmierbaren Baustein in Abhängigkeit von wenigen Konfigurationsinformationen applikationsspezifisch erzeugt werden und somit die Positionsmessvorrichtung an verschiedene Anwendungen angepasst werden. Durch eine alternierende Anordnung der Wertelemente in einem Sequenzblock wird die Anzahl der Wertelementwechsel maximiert wobei die Anzahl der Sequenzelemente eines Wertelementes für die verschiedenen Wertelemente sind im Wesentlichen gleich ist. Ein Wertelementwechsel wird für eine Interpolation der Position benötigt. Für eine digitale Auswertung der Ausgangssignale der Sensorelemente müssen die Ausgangssignale der Sensorelemente quantisiert werden. Die Schaltschwelle der Quantisierung kann dabei in Abhängigkeit der mittleren Signalstärke oder durch einen Vergleich mit dem Ausgangssignal eines benachbarten Sensorelementes festgelegt werden. In beiden Fällen ist eine alternierende Anordnung der Wertelemente in einem Sequenzblock vorteilhaft, da entweder die mittlere Signalstärke eine gute Schaltschwelle darstellt oder das in einem Sequenzblock benachbarte Sequenzelement ein abweichendes Wertelement aufweist. Im letzteren Fall zeigt ein benachbartes Sequenzelement mit gleichem Wert sicher den Beginn eines neuen Sequenzblockes an. Des Weiteren wirkt sich eine alternierende Anordnung der Wertelemente in einem Sequenzblock positiv auf die Homogenität der Werteverteilung auf der Positionscodierung aus, was sich wiederum positiv auf produktionsbezogene Aspekte für die Positionscodierung auswirkt. Auch kann auf Basis der Verteilung und der Häufigkeit der Ausgangssignale der Sensorelemente eine Bewertung des Zustandes der Positionscodierung durchgeführt werden, die zur Beurteilung der Zuverlässigkeit einer Messung und in der Folge zur Beurteilung der Betriebssicherheit der Positionsmessvorrichtung herangezogen werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Sequenzelemente der Positionscodierung jeweils in Bezug auf die benachbarten Sequenzelemente der Positionscodierung abgetastet. Durh eine Auswertung der Abtastung eines Sequenzelementes in Bezug auf ein oder mehrere benachbarte Sequenzelemente kann die Auswirkung einer Drift der mittleren Intensität des Signals eleminiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Detektoranordnung eine Signalquelle, die auf das Sensorelement abgestimmt ist und die Positionscodierung reflektiert und/oder transmittiert das Signal mit einer Intensität entsprechend dem Wertelement. Durch eine Signalquelle, wie zum Beispiel einer Lampe, kann ein Signal, wie zum Beispiel Licht, ausgesendet werden, das von der Positionscodierung reflektiert und/oder transmittiert wird, sodass von den Sensorelementen eine reproduzierbare Signalintensität detektiert wird. Die detektierte Signalintensität ist in der Folge im Wesentlichen von Umgebungsbedingungen unabhängig.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung emittiert die Signalquelle nur während der Abtastung ein Signal. Die Positionscodierung absorbiert einen gewissen Anteil des Signals, was zu einer Erwärmung der Positionscodierung führt. Eine Erwärmung der Positionscodierung führt zu einer Veränderung der gemessenen Position aufgrund einer thermischen Expansion der Positionscodierung. Dadurch, dass die Signalquelle im Wesentlichen nur während der Abtastung ein Signal emittiert, kann die Erwärmung der Positionscodierung in vorteilhafter Weise reduziert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsmessung durch eine mehrfache Abtastung der Positionscodierung werden beim ersten und/oder zweiten Abtasten der Sequenzelemente die Ausgangssignale in Bezug auf Ausgangssignale jeweils benachbarter Sequenzelemente ausgewertet. Durch eine Auswertung der Ausgangssignale eines Sensorelementes, das ein Sequenzelement abtastet, in Bezug auf das Ausgangssignal des Sensorelementes, das ein benachbartes Sensorelement abtastet, werden nur lokale Unterschiede ausgewertet. Eine globale Drift der Signalintensität bleibt ohne Auswirkung für die Auswertung der Ausgangssignale.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei einer oder mehreren Abtastungen die Positionscodierung mittels weiterer Sensorelemente zusätzlich um die Länge eines halben Sequenzelementes verschoben abgetastet, wird die jeweilige Abtastung bewertet und wird zur weiteren Auswertung die besser bewertete Abtastung ausgewählt, wobei die Auswahlentscheidung bei der Bestimmung der Position berücksichtigt wird. Im ungünstigsten Fall der Lage der Detektoranordnung zur Positionscodierung können durch ein Sensorelement jeweils zur Hälfte zwei benachbarte Sequenzelemente abgetastet werden. Bei alternierenden benachbarten Werteelementen kann unter Umständen in der Folge kein verwertbares Signal abgetastet werden. Eine verschobene Abtastung führt in diesem Fall zu einer maximalen Signaldifferenz, wenn die benachbarten Sequenzelemente auf der Positionscodierung unterschiedliche Wertelemente haben.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Abschnitt eines Sequenzblockes ausgewählt, wird der ausgewählte Abschnitt des Sequenzblockes abgetastet oder werden im Folgenden Abtastwerte einer vorherigen Abtastung genutzt, wird die Lage der Abtastung mit einer höheren Auflösung als der Länge eines Sequenzelementes bestimmt und wird aus dem Abschnitt des Pseudo-Zufalls-Codes, der Lage der Abtastpunkte in dem Sequenzblock und der Lage der Abtastung in einem Sequenzelement eine Position bestimmt. Innerhalb eines Sequenzblockes ist die Reihenfolge der Sequenzelemente bekannt und in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit alternierenden Wertelementen kann eine Interpolation der Position durchgeführt werden, wie sie von inkrementellen Positionsmessvorrichtungen bekannt ist. Dazu können die Ausgangssignale mehrerer Sensorelemente parallel geschaltet werden und über die Ausgangssignale entsprechend gemittelt oder summiert werden, um den Einfluss von Störgrößen zu reduzieren. Diese Störgrößen können bei einer Systembetrachtung als Rauschen aufgefasst werden. Folglich kann die Verwendung der Signale von mehreren Sensorelementen das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (Signal Noise Ratio, SNR) in positiver Weise beeinflussen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Positionsmessung durch eine für die Positionsmessung einmalige Abtastung einer Positionscodierung wird die Abtastung mit Bezug auf eine mittlere Abtastintensität ausgewertet. Durch eine Quantisierung und Auswertung der Ausgangssignale der Sensorelemente mit Bezug auf die mittlere Größe der Ausgangssignale der Sensorelemente ist sichergestellt, dass die Vergleichsschwelle abhängig von den Umgebungsbedingungen mitgeführt wird, sodass eine sichere Quantisierung, wie sie einen ersten Schritt der Auswertung der Ausgangssignale der Sensorelemente darstellen kann, möglich ist.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Abtastung jeweils mit Bezug auf das benachbarte Sequenzelement ausgewertet. Durch eine Auswertung mit Bezug auf das benachbarte Sequenzelement bleibt eine globale Drift der Ausgangssignale der Sensorelemente ohne Auswirkung, da nur lokale Ausgangssignale berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei einer von der Länge der Sequenzelemente abweichenden Periode der Abtastung die Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzelemente aus dem Verhältnis und/oder der Differenz der Abtastwerte benachbarter Sensorelemente bestimmt, eine Folge von abgetasteten Sequenzelementen mittels der Lage der Abtastung in Bezug auf ein Sequenzelent bestimmt und wird eine Position des Abtastung aus der Position des Pseudo-Zufalls-Codes, der Lage der Abtastung in Bezug auf einen Sequenzblock und der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzelemente bestimmt. Durch eine Bewertung des Verhältnis und/oder der Differenz der Abtastwerte kann erkannt werden, welches Sensorelement zwei Sequenzelemente zu gleichen Teilen abtastet und welche zwei benachbarten Sensorelemente jeweils ein Sensorelement mit zueinander entgegengesetzten Wertelementen abtasten. Das Prinzip entspricht dem eines Nonius oder der Mischung zweier Ortsfrequenzen und ermöglicht eine Auflösung der Position mit einer Genauigkeit, die größer als die Länge eines Sequenzelementes ist.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Abschnitt eines Sequenzblockes auf Basis der Lage der Abtastung in Bezug auf den Sequenzblock ausgewählt, wird der Abschnitt eines Sequenzblockes abgetastet oder im Folgenden Abtastwerte der vorherigen Abtastung genutzt, wird die Lage der Abtastung des Abschnittes des Sequenzblockes in Bezug auf die Sequenzelemente mit einer höheren Auflösung als der Länge eines Sequenzelementes bestimmt und wird eine Position der Abtastung aus der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes, der Lage der Abtastung in Bezug auf den Sequenzblock und aus der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzelemente bestimmt. Innerhalb eines Sequenzblockes ist die Reihenfolge der Sequenzelemente bekannt und in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit alternierenden Wertelementen kann eine Interpolation der Position durchgeführt werden, wie sie von inkrementellen Positionsmessvorrichtungen bekannt ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen in denen exemplarisch Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung eines Abschnittes einer Schaltung zur Abtastung einer Positionscodierung,
3 die Lage einer Positionscodierung zu Sensorelementen gemäß einem ersten Beispiel,
4 die Lage einer Positionscodierung zu Sensorelementen gemäß einem zweiten Beispiel,
5 eine Anordnung von Sensorelementen gemäß einer ersten Ausführungsform,
6 eine Anordnung von Sensorelementen gemäß einer zweiten Ausführungsform,
7 eine Anordnung von Sensorelementen gemäß einer dritten Ausführungsform mit Nonius-Prinzip,
8 ein Diagramm zur Bestimmung der Lage der Abtastung in Bezug auf ein Sequenzelement einer inkrementellen Positionscodierung, und
9 ein Diagramm zur Bestimmung der Lage der Abtastung in Bezug auf ein Sequenzelement einer absoluten Positionscodierung.
Eine erfindungsgemäße, in 1 dargestellte Positionsmessvorrichtung 1 umfasst eine absolute Positionscodierung 10, eine Detektoranordnung 20 und eine Dekodieranordnung 30. Die Positionscodierung 10 und die Detektoranordnung 20 sind dabei relativ zueinander bewegbar. Die teiltransparente Positionscodierung 10 ist in Sequenzelemente 11 unterteilt und die Hälfte der Menge aller Sequenzelemente sind opak beschichtet. Entsprechend seiner Beschichtung oder Transparenz stellt jedes Sequenzelement entweder ein Wertelement H (transparent, weiss dargestellt) oder ein Wertelement L (opak, schwarz dargestellt) dar. Die Wertelemente sind in der Reihenfolge HLHL HLHL LHLH LHLH HLHL LHLH HLHL HLHL angeordnet (die Gruppierung in Blöcken je 4 Sequenzelemente dient der Lesbarkeit). Jeweils vier Sequenzelemente 11 stellen einen Sequenzblock IH, IL dar. Die Folge HLHL der Sequenzelemente bildet den Sequenzblock IH und die Folge LHLH den Sequenzblock IL. Die in 1 von links nach rechts dargestellte Anordnung der Sequenzblöcke ist IH IH IL IL IH IL IH IH. Eine derartige Anordnung entspricht einem Pseudo-Zufalls-Code, wie er mit einem linear-rückgekoppelten Schieberegister der Länge drei und einem Generator-Polynom p(x) = x³ + x² + 1 in der Form 11001011 erzeugt werden kann.
Eine beliebige Folge von 3 Sequenzblöcken IH, IL kann eindeutig einer Position auf der Positionscodierung 10 zugeordnet werden, sofern nicht alle Sequenzblöcke IH oder alle Sequenzblöcke IL entsprechen.
Die Detektoranordnung 20 umgreift die Positionscodierung 10 C-förmig mit zwei Schenkeln 21, 22. In einem Schenkel, dem Quellenschenkel 22, ist eine Lichtquelle 23 mit einer Optik 24 angeordnet, die den anderen Schenkel, Sensorschenkel 21, beleuchtet. Die Optik 24 richtet die Lichtstrahlen parallel aus, sodass der Umriss der zwischen die Schenkel 21, 22 eingebrachten Positionscodierung 10 unabhängig von der Position zwischen den Schenkeln 21, 22 scharf auf dem dem Sensorschenkel 21 abgebildet wird. Die Lichtquelle 23 mit Optik 24 ist hier eine LED mit einer entsprechenden Linsenoptik.
In dem Sensorschenkel 21, sind 20 Fotodioden als Sensorelemente 25 in einer Richtung quer zum Umgreifen durch die Detektoranordnung 20 und somit in Richtung der Positionscodierung angeordnet. Wenn keine Positionscodierung 10 zwischen die Schenkel 21, 22 eingeführt ist, werden die Fotodioden möglichst homogen von der Lichtquelle 23 beleuchtet.
Die Anzahl der benötigten Fotodioden ist von der Länge der Positionscodierung, der Länge eines Sequenzblockes, einer gewünschten Redundanz, der gewünschten Möglichkeit einer Interpolation, und dem Auswerteverfahren abhängig. In dem in 1 dargestellten Fall umfasst die Positionscodierung 10 32 Sequenzelemente 11 und ein Sequenzblock IH, IL umfasst 4 Sequenzelemente 11. Die Positionscodierung 10 umfasst somit 8 Sequenzblöcke IH, IL. Für eine eindeutige Zuordnung einer Folge von Sequenzblöcken zu einer Position auf der Positionscodierung 10 muss die Folge mindestens ln₂(8) = 3 Sequenzblöcke IH, IL umfassen. Jedes Ausgangssignal einer Fotodiode wird durch Vergleich mit dem Ausgangssignal der Fotodiode, die das benachbarte Sequenzelement 11 abtastet, ausgewertet. Entsprechend ist die doppelte Länge eines Sequenzblockes IH, IL zuzüglich eines Elementes für die Abtastpunkte der Positionscodierung und zuzüglich eines Elementes zur Differenzbildung abzutasten. In Folge dessen werden (3 – 1)·4 + 1 + 1 = 10 Fotodioden als Sensorelemente 25 benötigt. Im vorliegenden Fall entspricht die Breite einer Fotodiode nahezu der halben Breite eines Sequenzelementes 11 auf der Positionscodierung 10. Um eine Interpolation zu ermöglichen ist eine weitere Reihe mit 10 Fotodioden mit den ersten 10 Fotodioden verzahnt angeordnet, sodass insgesamt 20 Fotodioden in einer Reihe angeordnet sind und das Ausgangssignal einer Fotodiode nicht im Vergleich mit dem Ausgangssignal der benachbarten Fotodiode ausgewertet wird, sondern im Vergleich mit dem Ausgangssignal der übernächsten Fotodiode. Derartige Anordnungen von Fotodioden sind in den 3 bis 6 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, sind die Fotodioden zum einen mit Fensterkomparatoren 26 verbunden, die Bestandteil der Detektoranordnung 20 sind und die Signaldifferenz zwischen einer Fotodiode und der jeweils übernächsten auswertet. Des Weiteren sind die Fotodioden über einen analogen Multiplexer 28 jeweils einzeln oder in Gruppen über einen analogen Bus 29 auf einen von vier Transimpedanzverstärkern 27 aufschaltbar.
Der erste Fensterkomparator 26 vergleicht die Ausgangssignale der ersten und der dritten Fotodiode. Das Ausgangssignal der dritten Fotodiode wird auch als Eingangssignal für den dritten Fensterkomparator 26 genutzt und entsprechend weiter. Nur die Ausgangssignale der ersten und letzten beiden Fotodioden werden lediglich jeweils für einen Fensterkomparator 26 genutzt. Jeder Fensterkomparator 26 umfasst zumindest zwei Signaleingänge und kann Eingänge zu Konfiguration der Fenstergröße und der Schaltschwelle umfassen. Die Signaleingänge sind hochohmig, um eine rückwirkungsfreie Auswertung zu ermöglichen. Bei der Auswertung der Fotodioden mittels der Fensterkomparatoren 26 werden Widerstände als Last mit dem Multiplexer gegen die Fotodioden geschaltet. In der Detektoranordnung 20 sind 18 Fensterkomparatoren 26 zur Auswertung der Fotodioden implementiert, deren 18 Ausgangssignale jeweils 2 Bit umfassen. Die Dekodieranordnung 30 ist mit der Detektoranordnung 20 derart gekoppelt, dass die vorverarbeitete Ausgangssignale in Form von 36 Bit von der Detektoranordnung 20 auf Anforderung durch die Dekodieranordnung 30 an diese übermittelt werden.

In einem ersten Schritt der Dekodierung werden die Ausgangssignale von drei äquidistanten Fensterkomperatoren 26 ausgewertet. Der Abstand zweier auszuwertender Fensterkomperatoren 26 entspricht der Länge eines Sequenzblockes IH, IL auf der Positionskodierung 10, sodass jeweils ein einander entsprechendes Sequenzelement 11 eines Sequenzblockes IH, IL abgetastet wird. Es werden die Ausgangssignale des 1., 9. und 17. Fensterkomparators 26 an die Dekodieranordnung 30 übermittelt. Die diesen Fensterkomparatoren 26 zugeordneten Fotodioden definieren die Abtastpunkte APN. Das Ausgangssignal eines Fensterkomparators 26 umfasst zwei Bit, von denen eins Gleichheit der Eingangssignale anzeigt und eins, ob das erste Eingangssignal größer ist als das zweite, also des Vorzeichen der Differenz der Eingangssignale. Tabelle 1 stellt den Zusammenhang zwischen den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen grundsätzlich dar.

Eingangssignale		Differenz (1. – 2.)	Ausgangssignale
Erstes	Zweites	Differenz (1. – 2.)	Gleichheit	Erstes ist größer (Vorzeichen)
Klein	Klein	Klein	Ja	Ungültig (ungültig)
Klein	Mittel	Negativ	Nein	Nein (–)
Klein	Groß	Negativ	Nein	Nein (–)
Mittel	Klein	Positiv	Nein	Ja (+)
Mittel	Mittel	Klein	Ja	Ungültig (ungültig)
Mittel	Groß	Negativ	Nein	Nein (–)
Groß	Klein	Positiv	Nein	Ja (+)
Groß	Mittel	Positiv	Nein	Ja (+)
Groß	Groß	Klein	Ja	Ungültig (ungültig)

Tabelle 1

Die Gleichheit der Eingangssignale wird dabei in einem programmierbaren Fenster bewertet, so dass eine Ungleichheit der Eingangssignale zueinander von weniger als 100 mV, bevorzugt weniger als 10 mV als Gleichheit erkannt wird.
Wenn keiner der drei ausgewählten Fensterkomparatoren 26 eine Gleichheit anzeigt, werden die das Vorzeichen anzeigenden Bits direkt weiter ausgewertet. Es wird der erste VorzeichenWechsel gesucht und in einem zweiten Schritt werden die Fensterkomparatoren 26 in dem Intervall weiter ausgewertet, in dem der Vorzeichen-Wechsel gefunden wurde.
Ein derartiger Fall ist in 3 dargestellt. Hier zeigen der 1. und der 9. Fensterkomparator 26 an, dass das erste Ausgangssignal größer als das zweite ist, und der 17. Fensterkomparator 26, dass das zweite Ausgangssignal größer als das erste ist. Nachdem im Intervall zwischen dem 9. und dem 17. Fensterkomparator 26 ein Vorzeichenwechsel gefunden wurde, werden im 2. Schritt die Ausgangsignale des 11., der 13. und des 15. Fensterkomparator 26 ausgewertet. Einer dieser Fensterkomparatoren 26 muss eine Gleichheit anzeigen. In diesem Beispiel zeigt der 15. Fensterkomparator 26 Gleichheit an und der 11. Fensterkomparator 26, dass das zweite Ausgangssignal größer als das erste ist, und der 13. Fensterkomparator 26, dass das erste Ausgangssignal größer ist als das zweite. Aus der alternierenden Anordnung der Sequenzelemente 11 und der Gleicheit der Eingangssignale des 15. Fensterkomparators folgt, dass mittels der angeschlossenen Sensorelemente 25 das letzte Sequenzelement 11 eines und das erste Sequenzelement 11 eines anderen Sequenzblockes IL, IH abgetatstet wurde. Das zweite Eingangssignal des 15. Fensterkomparators 26 ist ebenfalls das erste Eingangssignal des 17. Fensterkomparators 26. Folglich entspricht das jeweils erste Eingangssignal des 1., 9., und 17. Fensterkomparators 26 dem ersten Sequenzelement 11 eines Sequenzblockes IH, IL und das jeweils zweite Eingangssignal des 1., 9., und 17. Fensterkomparators 26 dem zweiten Sequenzelement 11 eines Sequenzblockes IH, IL. Aus der bekannten Anordnung der Sequenzelemente 11 in den Sequenzblöcken IH, IL, der Lage der Abtastung in den Sequenzblöcken IH, IL und den Vorzeichen der ersten Abtastung wird im Weiteren ein Abschnitt der Positionscodierung 10 rekonstruiert. In diesem Beispiel entspricht der abgetastete Abschnitt einer Folge von Sequenzblöcken IH, IL in der Anordnung IH, IH, IL, welche einer Folge 110 als Abschnitt des Pseudo-Zufalls-Codes entspricht, die mit dem 1. Element des Pseudo-Zufalls-Codes beginnt. Aus der Lage der Abtastung innerhalb eines Sequenzblockes IH, IL und der Lage in dem Pseudo-Zufalls-Code bestimmt die Dekodieranordnung 30 die Position auf der Positionscodierung 10, die hier ab dem 1. Sequenzelement der Positionscodierung beginnt.
Wenn ein Fensterkomparator 26 im ersten Schritt der Auswertung eine Gleichheit der Eingangssignal anzeigt, können auf Basis der Signale des ersten eine Ungleichheit anzeigenden Fensterkomparators 26 die weiteren Werte rekonstruiert werden. Zeigt kein Fensterkomparator 26 eine Ungleichheit an, wird der erste Schritt mit versetzten Fotodioden ausgeführt, also der 2., 10. und 18. Fensterkomparator 26 ausgewertet. Ansonsten, wenn zumindest ein Fensterkomparator 26 in dem ersten Schritt eine Ungleichheit anzeigt, wird auf Basis dieser Information der abgetastete Abschnitt der Positionscodierung 10 rekombiniert. Gleichheit der Signale bedeutet, wenn zumindest ein Fensterkomparator 26 eine Ungleichheit anzeigt, dass zwischen der mit dem ersten Eingang des Fensterkomparators verbundenen Fotodiode und der mit dem zweiten Eingang verbundenen Fotodiode ein neuer Sequenzblock IH, IL beginnt, dessen Wert nicht dem des vorhergehenden entspricht. Eine Ungleichheit der Signale bedeutet in diesem Fall, dass zwischen den Fotodioden, die an den eine Ungleichheit anzeigenden Fensterkomparator 26 angeschlossen sind, ein neuer Sequenzblock IH, IL beginnt. Der Wert, der durch IH oder IL dargestellt wird, entspricht dem des vorhergehenden. Aus dem Vorzeichen der Differenz der Ausgangssignale kann auf den Sequenzblock IH, IL geschlossen werden. Ist das erste Signal größer als das zweite, ist also das Vorzeichen positiv, so beginnt an der ausgewerteten Position der Sequenzblock IL; ist das zweite Signal größer, also Vorzeichen negativ, so beginnt an der ausgewerteten Position der Sequenzblock IH.
Dieses wird in einem zweiten Beispiel dargestellt, wie es in 4 gezeigt wird. Von dem 1. und dem 9. Fensterkomparator 26 eine Gleichheit detektiert, während der 17. Fensterkomparator 26 signalisiert, dass das zweite Signal größer als das erste ist. Die jeweils mit dem ersten Eingang eines Fensterkomparators 26 verbundene Fotodiode muss folglich das letzte Element eines Sequenzblockes IH, IL abtasten und die Fotodioden an den Eingängen des 17. Fensterkomparators tasten zwei Sequenzblöcke IH ab. Die Fotodiode am ersten Eingang des 9. Fensterkomparators tastet somit das letzte Sequnzelement 11 des Sequenzblockes IL ab, während die Fotodiode am zweiten Eingang das erste Sequenzelement 11 eines vom 17. Fensterkomparator 26 ausgewerteten Sequenzblockes IH abtastet. Die Fotodiode am ersten Eingang der 1. Fensterkomparators tastet wiederum einen Sequenzblock IH ab, da der Sequenzblock, den die Fotodiode am zweiten Eingang abtastet den IL hat. Die rekonstruierte Folge von Sequenzelemente IH, IL entspricht somit IH IL IH IH. Der dem entsprechende Abschnitt des Pseudo-Zufalls-Codes PN lautet somit 1011 und die Abtastung der Positionscodierung 10 beginnt somit bei dem 20. Sequenzelement 11.
Zur genaueren Positionsbestimmung kann die Position interpoliert werden. Entsprechend dem Stand der Technik wird eine Inkremental-Spur, die aus zwei alternierenden Wertelementen besteht, dazu an vier Positionen, die zueinander um 90° einer Periode, versetzt sind, analog ausgelesen. Das ausgelesene Signal setzt sich aus einem Gleichanteil, der im wesentlichen von der Hintergrundbeleuchtung abhängig ist, und einem von dem Sequenzelement auf der Positionscodierung abhängigen Anteil zusammen. Um Gleichenteile zu eliminieren werden die um 180° zueinander vesetzten Signale voneinander abgezogen. Die Differenz ist im Wesentlichen die doppelt Amplitude des durch die Positionscodierung verursachten Signals. Das 0°–180°-Signals und das 90°–270°-Signals werden durcheinander geteilt und es wird ein Arcus-Tangens des Quotienten gebildet, dessen Ergebnis ein Winkel innerhalb der Periode zweier Sequenzelemente ist. Eine Periode von 360° umfasst dabei zwei Sequenzelemente, die unterschiedliche Werte haben.
Zur Anwendung des Verfahrens der Interpolation wird mit Kenntnis der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzblöcke ein Vielfaches von 4 Fotodioden ausgewählt und werden mittels analoger Multiplexer 28 diese Fotodioden auf einen analogen Bus 29 der Breite vier aufgeschaltet. Die Zuordnung der Fotodioden zu den Busleitungen 29A, 29B, 29C, 29D ist dabei von dem abgetasteten Sequenzblock IH, IL abhängig. Konkret werden die vier Fotodioden ausgewählt, die im Wesentlichen die mittleren beiden Sequenzelemente eines Sequenzblockes abtasten. Im Beispiel aus 3 werden die 3. bis 6. Fotodiode ausgewählt und auf die Bus-Leitungen 29A bis 29D geschaltet. Da der entsprechende Sequenzblock IH darstellt, wird die 3. Fotodiode auf die Bus-Leitung 29A geschaltet, die 4. auf 29B, die 5. auf 29C und die 6. auf 29D. Zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses können weitere Fotodioden auf den Bus geschaltet werden. So kann die 11. Fotodiode, die phasengleich zu der 3. ist, zusätzlich auf Leitung 29A geschaltet werden, die 12. auf 29B, die 13. auf 29C und die 14. auf 29D.
In dem in 4 dargestellten Beispiel entspricht der erste vollständige Sequenzblock IH, IL des abgetasteten Abschnittes der Positionscodierung 10 IL, während die anderen Sequenzblöcke IH darstellt. Dem entsprechend sind die Fotodioden paarweise vertauscht auf den Bus aufgeschaltet, die 5. Fotodiode auf Leitung 29C, die 6. auf 29D, die 7. auf 29A, die 8. auf 29B, 13. Fotodiode auf Leitung 29A, die 14. auf 29B, die 15. auf 29C und die 16. auf 29D.
Die Zuordnungen der Fotodioden für das erste (3) und zweite Beispiel (4) sind in der folgenden Tabelle 2 zusammen gefasst, wobei in den Spalten der Bus-Leitungen die Nummer der jeweils auf die Bus-Leitung geschalteten Fotodioden vermerkt ist:

Beispiel Bus-Leitung

A B C D

1 (Figur 3) 3, 11 4, 12 5, 13 6, 14

2 (Figur 4) 7, 13 8, 14 5, 15 6, 16

Tabelle 2
Die Fotodioden integrieren den Strom nicht auf der parasitären Fotodiodenkapazität, sondern es wird der Fotostrom auf dem Bus summiert und mittels der Transimpedanzwander 27 in eine dem summierten Strom entsprechende Spannung gewandelt. Alternativ können auch die Werte direkt digitalisiert werden und nach dem Auslesen zentral summiert werden.
Im Rahmen der weiteren, präferierten Signalverarbeitung wird das Signal der Leitung A von dem Signal der Leitung C und das Signal der Leitung B vom Signal der Leitung D analog abgezogen. Die Differenzsignale werden von Analog-Digital-Wandlern 35 gewandelt und der Dekodieranordung 30 zu Verfügung gestellt. Der Bus 29 und die Analog-Digital-Wandler sind Bestandteile der Detektoranordnung 20 und werden mit der Auswahl der auf den Bus 29 zu schaltenden Fotodioden von der Dekodieranordnung 30 gesteuert. Die Dekodieranordnung 30 ruft die digitalisierten Differenzsignale ab und dividiert diese. Ferner wird aus diesem Quotienten mittels des Cordic-Algorithmus der Arcus-Tangens berechnet und mittels berechneten Winkels kann eine höher aufgelöste Position der Abtastung berechnet werden.
Verschiedene Teile der beschriebenen Ausführungsform können auch anders ausgeformt sein. Im Folgenden werden einige alternative Ausführungsformen beschrieben, wobei die jeweils weiteren, nicht beschriebenen Teile als der ersten Ausführungsform entsprechend angenommen werden. Zunächst wird eine alternative Form der Positionscodierung 10' sowie eine andere Form der Auswertung mit einer anderen Sensoranordnung vorgestellt. Ohne Einschränkung kann die alternative Form der Positionscodierung 10' mit der anderen Form der Auswertung kombiniert werden, auch wenn die alternative Form der Positionscodierung 10' im Beispiel mit der bereits beschriebenen Auswertung beschrieben wird und die andere Form der Auswertung im Zusammenhang mit der ersten Form der Positionscodierung 10.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Positionscodierung 10' reflektierend abgetastet. Dem entsprechend werden die Wertelemente nicht durch transparente und opake Flächen dargestellt, sondern durch gerichtet reflektierende Flächen und durch absorbierende oder transparente Flächen. Die Lichtquelle 23 ist zu den Sensorelementen 25 derart angeordnet, dass diese die Positionscodierung 10' beleuchtet und ein Teil des Lichts an der Positionscodierung 10' reflektiert wird. Die Sensorelement 25 werden in der Folge teilweise beleuchtet. Die Detektoranordnung 20 umgreift die Positionscodierung 10' nicht, sondern ist derart in Bezug auf die Positionscodierung 10' angeordnet, dass die Lichtquelle 23 und die Sensorelemente 25 der Positionscodierung 10' zugewandt sind. Mit einer derartigen Anordnung kann die Positionscodierung 10' der ersten Ausführungsform entsprechend abgetastet werden und eine Position bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform entspricht die Breite einer Fotodiode im Wesentlichen der Breite eines Sequenzelementes 11 auf der Positionscodierung 10. Eine Fotodiode ist dabei nicht in der vollen Höhe ausgestaltet, sondern derart geformt, dass das Ausgangssignal der Fotodiode bei Abtastung einer inkrementellen Positionscodierung Sinusförmig ist. Gemäß dem Stand der Technik werden die Fotodioden dazu wie in 5 gezeigt in Form eines gescherten „S” ausgeformt, sodass die Form an eine Hysterese erinnert. In 5 ist eine Positionscodierung 10 mit drei vollständigen Sequenzelementen 11 als Massstab dargestellt. Alternativ kann die Fotodiode entsprechend der 6 auch in Form eines Zick-Zacks ausgeformt sein. Hierbei sind die Fotodioden zackenförmig und greifen ineinander. Diese Ausformung hat den Nachteil eines größeren Perimeters mit entsprechendem höheren Leckstrom, dem jedoch eine größere Invarianz bezüglich einer Torsion der Positionscodierung 10 gegenüber der Detektoranordnung 20 bei der Montage als Vorteil gegenübersteht.
Bei einer weiteren, in 7 dargestellten Ausführungsform werden auf einer Länge von 10 Sequenzelementen 11 der Positionscodierung 10 11 Fotodioden jeweils gleicher Breite angeordnet. Mit gleicher Breite wird eine 12. Fotodiode an die 11. angrenzend angeordnet. Jeder Fotodiode wird jeweils ein Analog-Digital-Wandler 35 zugeordnet. Bei einer Messung der Position wird die Lichtquelle 23 nur kurzzeitig eingeschaltet, wobei Ladungen photonisch in den Fotodioden generiert werden. Aus den Ladungen der 12 Fotodioden wird mittels einer Wandelkapazität ein Spannungssignal abgeleitet, welches mittels der Analog-Digital-Wandler 35 digitalisiert wird. Die Fotodioden können dabei als Pinned-Fotodioden ausgeführt werden und bei der Auslese kann eine korrelierte Doppelabtastung (corrolated double sampling, CDS) durchgeführt werden.
Zur Veranschaulichung des Prinzips wird zunächst die Abtastung einer inkrementellen Positionscodierung 12 beschrieben, um im Weiteren die Unterschiede bei der Abtastung einer absoluten Positionscodierung 10 zu beschreiben. Von 11 der 12 digitalisierten Werte der Signale der Fotodioden wird jeweils der benachbarte Wert abgezogen. Bei der Abtastung der inkrementellen Positionscodierung 12 hat grundsätzlich jeder Differenzwert ein zu dem benachbarten Differenzwert invertiertes Vorzeichen. Durch die Überabtastung von 11 Sequenzelementen mit 12 Fotodioden verändern sich die Beträge der Differenzenwerte. Die Änderung der Beträge der ist im Wesentlichen konstant. Der Median dieser Änderungen wird im Folgenden als Steigung bezeichnet. Die Geraden der Extrapolation an den Beträgen der Differenzwerte bilden, wie in 8 dargestellt, drei Gruppen von Geraden 41, 42, 43, von denen zwei Gruppen 41, 43 parallel zueinander sind. Alle drei Gruppen haben den gleichen Betrag der Steigung, jedoch ist das Vorzeichen der Steigung der Geraden 42 der dritten Gruppe zu dem Vorzeichen der Steigungen der Geraden der beiden anderen Gruppen abweichend. Somit ergeben sich zwei Schnittpunkte, von denen einer bei dem Differenzwert 0 und der andere Schnittpunkt bei einer maximalen Differenz ist. Die Positionen der Schnittpunkte werden im Folgenden als 0-Positionen 44 und 1-Positionen 45 bezeichnet.
Im Bereich der entsprechenden Fotodiode an der 0-Position 44 haben die zughörigen Differenzwerte keinen Vorzeichenwechsel, da die entsprechende Fotodiode zwei Sequenzelemente zu annähernd gleichen Teilen abtastet.
Kein in 8 eingezeichneter Differenzwert kann größer als 10/11 sein, da ein Wert von 10/11 bereits bedeutet, dass die Fotodiode ausschließlich ein Sequenzelement 11 mit dem Wertelement H abtastet, während das benachbarte ausschließlich ein Sequenzelement 11 mit dem Wertelement L abtastet, wie es 8 für die Differenz der 8. und der 9. Fotodiode der Fall ist. Die restlichen Anteile des von der 8. Fotodiode abgetasteten Sequenzelementes 11 werden von der benachbarten 7. Fotodiode abgetastet.
Durch Division der errechneten 1-Position mit der Anzahl der Differenzwerte lässt sich die Position der Abtastung normiert auf die Periode eines Sequenzelementes ermitteln. Im Beispiel der 8 ergibt sich die 1-Position bei 8,03, die Anzahl der Differenzwerte ist 11 und die normierte Position ergibt sich somit zu 8,03. Die Position wird folglich mittels einer Mischung der Ortsfrequenz der inkrementellen Positionscodierung 12 und der Ortsfrequenz der Fotodioden interpoliert.
Im Folgenden wird mit Bezug auf 9 das obige Verfahren unter Verwendung einer absoluten Positionscodierung 10 beschrieben. Die 12 Fotodioden tasten die Positionscodierung 10 ab und es werden 11 Differenzen gebildet. Auf der Basis dieser Differenzwerte wird die Steigung als Median der Änderung der Beträge benachbarter Differenzwerte berechnet. Mit dieser Steigung wird für jeden Betrag 51 eines Differenzwertes je eine Gerade 52, 53 mit positiver 52 und negativer 53 Steigung extrapoliert, wobei die Periodizität der Abtastung berücksichtigt wird. 9 zeigt ein Diagramm, in dem die Beträge 51 der Differenzwerte als Punkte eingezeichnet sind und in jedem Punkt zwei Geraden 52, 53 eingezeichnet sind. Die Geraden 52, 53 brechen aufgrund der Periodizität bei X = 11 auf X = 0 und bei Y = 2 auf Y = 0 um. Durch einen entsprechenden Algorithmus, wie z. B. die Berechnung des Modalwertes in einem Fenster, kann eine steigende und eine fallende Gerade 54, 55, hier gestrichelt dargestellt, ausgewählt werden. Die beiden ausgewählten, periodischen Geraden haben zwei Schnittpunkte 56, 57 miteinander. Der Schnittpunkt mit dem größeren Y-Wert ist die 1-Position 56, der Schnittpunkt mit dem kleineren Y-Wert ist die 0-Position 57.
Mittels der bekannten 1- und 0-Positionen 56, 57 kann der abgetastete Abschnitt der Positionscodierung 10 rekonstruiert werden. Dazu werden die ausgelesenen Werte der Fotodioden in der bekannten Periode der Fotodioden mit der Ortsfrequenz der Positionscodierung 10 gemischt. Die Phasenlage ist dabei aus der 1-Position 56 bekannt. Das Ergebnis der Mischung auf die Ortsfrequenz der Positionscodierung 10 sind 10 Werte. Diese Werte werden auf den Mittelwert der Werte verglichen. Das Ergebnis des Vergleiches ist eine Folge von 10 binären Werten. Durch Vergleich dieser 10 binären Werte mit der bekannten Anordnung der Wertelemente auf der Positionscodierung 10 lässt sich die Position bestimmen.
Beispielhaft sei im Folgenden von einer Abtastung ab der Position 6,3 ausgegangen. Der abgetastete Abschnitt der Positionscodierung 10 beginnt folglich in dem 10. Sequenzelement 11, das dem Wertelement H entspricht. Die Folge entspricht den Wertelementen HLH LHLH HLHL L, wobei das erste und das letzte Sequenzelement 11 nur anteilig abgetastet werden. Die folgende Tabelle 3 stellt die detektierten Signale der Fotodioden dar, wobei die Intensität auf 1 normiert ist, sodass das Wertelement H mit 1 abgebildet wird und das Wertelement L mit 0. Die Zeilensummen betragen bis auf bei dem ersten und dem letzten Sequenzelement 1, sofern das Sequenzelement dem Wertelement H entspricht. Die Spaltensumme kann maximal 10/11 betragen, sofern die Fotodiode nur Sequenzelemente 11 abtastet, die das Wertelement H tragen. Die nachfolgenden Zahlenwerte sind auf zwei Nachkommastellen gerundet.
Tabelle 3

Die Differenzen der Fotodioden zu der jeweils benachbarten betragen:

1. – 2.:	0,58	(a)
2. – 3.:	–0,76	(b)
3. – 4.:	0,88	(c)
4. – 5.:	–0,85	(d)
5. – 6.:	0,69 (0,7)	(e)
6. – 7.:	–0,51	(f)
7. – 8.:	–0,25	(g)
8. – 9.:	0,48	(h)
9. – 10.:	0,04	(i)
10. – 11.:	–0,22	(j)
11. – 12.:	0,61	(k)

Die Differenzen wurden vor dem Runden gebildet. Die Differenzen der gerundeten Werte sind bei Abweichung in Klammern angegeben.

Die Steigungen ergeben sich aus dem Unterschied der Beträge der benachbarten Differenzen. Hierbei wird bei dem letzten Element auf das erste umgebrochen:

(a) – (k):	–0,03
(b) – (c):	0,18
(c) – (b):	0,12
(d) – (c):	–0,04 (–0,03)
(e) – (d):	–0,15
(f) – (e):	–0,18
(g) – (f):	–0,26
(h) – (g):	0,24 (0,23)
(i) – (h):	–0,45 (–0,44)
(j) – (i):	0,18
(k) – (j):	0,39

Der Median der Beträge der Steigungen beträgt 0,18. Mit der Nummer der Fotodiode als normierte Strecke zu dem Beginn der Abtastung und dem Betrag der Differenz zu der benachbarten Fotodiode kann an diesem Punkt jeweils eine steigende und eine fallende Gerade 52, 53 berechnet werden, deren Y-Wert 58 am Beginn der Abtastung berechnet wird. Aufgrund der Periodizität mit 2 wird in der folgenden Tabelle 4 dieser Wert in Klammern angegeben, während der ohne Klammern angegebene Wert einer Abbildung dieses Wertes auf das Intervall [0; 2) entspricht. Durch die Verwendung des Medians des Betrages der Steigungen kann die Auswirkung des Aufeinanderfolgens zweier gleicher Wertelemente in der Positionscodierung eliminiert werden.

Differenzwert	Extrapolierter Wert ist 0
Differenzwert	Steigend	Fallend
(a)	0,4 (0,4)	0,76 (0,76)
(b)	0,4 (0,4)	1,13 (1,13)
(c)	0,34 (0,34)	1,43 (1,43)
(d)	0,12 (0,12)	1,57 (1,57)
(e)	1,78 (–0,22)	1,6 (1,6)
(f)	1,42 (–0,58)	1,6 (1,6)
(g)	0,97 (–1,03)	1,52 (1,52)
(h)	1,03 (–0,97)	1,94 (1,94)
(i)	0,4 (–1,6)	1,67 (1,67)
(j)	0,4 (–1,6)	0,04 (2,04)
(k)	0,61 (–1,39)	0,61 (2,61)
Modalwert	0,4	1,6

Tabelle 4

Die Summe der Modalwerte muss 2 ergeben. Mit dem Median des Betrages der Steigungen und den Modalwerten können zwei Geraden berechnet werden, die im Wertebereich periodisch zu 2 sind und somit zwei Schnittpunkt im abgetasteten Bereich haben. Aufgrund der Normierung der Wertelemente H auf 1 und L auf 0 sind die Werte der Schnittpunkte 56, 57 1 und 0. Auf den normierten Abstand bezogen befindet sich der Schnittpunkt 57 bei dem Wert 0 an der Position 8,8 und der Schnittpunkt 56 bei dem Wert 1 an der Position 3,3. Somit ist interpolierte Position der Abtastung innerhalb eines Sequenzelementes 3,3/11 = 0,3.
Mit der bekannten Phase der Abtastung in Bezug auf ein Sequenzelement 11 von 0,3 können die Ortsfrequenzen der Abtastung mit den abgetasteten Werten der Sensorelemente 25 und der Positionscodierung 10 gemischt werden. Die Zeilensumme in der folgenden Tabelle 5 entspricht dem abgetasteten Wert der zugeordneten Fotodiode.
Tabelle 5
Der Mittelwert der Spaltensummen beträgt 0,52. Bei einem Vergleich der Spaltensummen auf diesen Mittelwert ergibt sich das binäre Muster 101 0101 1010. Mittels der beiden aufeinander folgenden 1-Werte kann der Anfang eines Sequenzblockes IH, IL erkannt werden, sodass die Abtastung folglich bei dem zweiten Element eines Sequenzblockes IH, IL beginnt und die Sequenzblock-Folge IL IL IH abgetastet wird. Die Sequenzblock-Folge IL IL IH entspricht dem oben gezeigten Pseudo-Zufalls-Code PN ab der Position 2. Das zweite Sequenzelement 11 des 2. Sequenzblockes IH, IL ist das 6. Sequenzelement 11 auf der Positionscodierung 10. Die Abtastung beginnt folglich bei der Position 6,3.
Statt einer optischen Abtastung der Positionscodierung 10 mit opaken und transparenten Sequenzelementen 11 ist auch eine magnetische Abtastung einer entsprechenden Positionscodierung möglich. Die Werte eines Sequenzelementes 11 werden dann durch die Stärke der Magnetisierung des Sequenzelementes 11 dargestellt und die Polarität ist alternierend. Ein Sequenzblock IH kann zum Beispiel durch die Anordnung der Magnetisierung N0S0 dargestellt werden, wobei N für eine Nord-Magnetisierung und S für eine Süd-Magnetisierung steht. 0 bedeutet keine Magnetisierung. Der Sequenzblock IL kann dann durch die Anordnung der Magnetisierung 0N0S dargestellt werden. Die Sensorelemente 25 können in diesem Fall magnetoresistive Strukturen sein.
Alternativ kann ein Wertelement auch durch eine Polarität dargestellt werden, wenn das Sensorelement die Polarität detektieren kann, wie es zum Beispiel mit einem MagFET oder einem Hall-Sensor möglich ist. Zwei aufeinander folgende Sequenzelemente 11 mit gleichem Werte können durch ein Sequenzelement doppelter Breite oder durch ein Sequenzelement üblicher Breite dargestellt werden, wobei das Sequenzelement üblicher Breite zu den benachbarten Sequenzelementen beabstandet angeordnet ist.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. An den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen können zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Dabei gehört zu der Erfindung alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in den Zeichnungen dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegend ist.
Bezugszeichenliste

1: Positionsmessvorrichtung
10: Positionscodierung (absolut)
11: Sequenzelement der Positionscodierung
12: inkrementelle Positionscodierung
20: Detektoranordnung
21: Sensorschenkel
22: Quellenschenkel
23: Lichtquelle
24: Optik
25: Sensorelemente
26: Fensterkomparator
27: Transimpedanzverstärker
28: analoger Multiplexer
29: analoger Bus mit Leitungen 29A, 29B, 29, 29C und 29D
30: Dekodieranordnung
35: Analog-Digital-Wandler (ADC)
41: erste Geraden-Gruppe (fallend)
42: zweite Geraden-Gruppe (steigende)
43: dritte Gerade-Gruppe (fallend)
44: 0-Position bei inkrementeller Positionscodierung 12
45: 1-Position bei inkrementeller Positionscodierung 12
51: Beträge der Differenzwerte (|a| bis |k|)
52: steigende Geraden bei absoluter Positionscodierung 10
53: fallende Geraden bei absoluter Positionscodierung 10
54: steigende Gerade an Modalwert bei X = 0
55: fallende Gerade an Modalwert bei X = 0
56: 1-Position bei absoluter Positionscodierung 10
57: 0-Position bei absoluter Positionscodierung 10
58: Geradenwert bei X = 0
PN: Pseudo-Zufalls-Code
IH: erster Sequenzblock, der 1 eines PN-Codes entspricht
IL: erster Sequenzblock, der 0 eines PN-Codes entspricht
H, L: Wertelemente der Positionscodierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1403623 B1 [0006]
WO 2010/049046 A1 [0007]
EP 1400778 A2 [0008]

Claims

Positionsmessvorrichtung (1) mit einer absoluten Positionscodierung (10), einer Detektoranordnung (20) mit mehreren Sensorelementen (25) zur Abtastung eines Abschnittes der Positionscodierung (10) durch die Detektoranordnung (20), sowie einer Dekodieranordnung (30), die mit der Detektoranordnung (20) derart gekoppelt ist, dass Ausgangssignale der Sensorelemente (25) an die Dekodieranordnung (30) übermittelt werden, und ausgestaltet ist, eine Positionsinformation aus dem abgetasteten Abschnitt der Positionscodierung (10) zu dekodieren, wobei die Positionscodierung (10) zueinander benachbarte Sequenzelemente (11) umfasst, die jeweils eines von zwei Wertelementen (H, L) einer binären Codierung darstellen und die Sensorelemente (25) in Richtung der Positionscodierung (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander benachbart auf der Positionscodierung (10) angeordneter Sequenzelemente (11) einen Sequenzblock (IH, IL) formen, wobei ein Sequenzblock (IH, IL) jeweils wenigstens 3 Sequenzelemente (11) der Positionscodierung (10) umfasst, die Anordnung der zueinander benachbarten Sequenzblöcke (11) auf der Positionscodierung (10) der Anordnung von Werten einer Codesequenz entspricht, die einen Messbereich eindeutig codiert, und dass die Sensorelemente (25), deren Ausgangssignale durch die Dekodieranordnung (30) auszuwerten sind, auswählbar sind und die Dekodieranordnung (30) mit der Detektoranordnung (20) derart gekoppelt ist, dass die Dekodieranordnung (30) die Auswahl der auszuwertenden Ausgangssignale der Sensorelemente (25) regeln kann.
Positionsmessvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekodieranordnung (30) und die Detektoranordnung (20) in einem Gehäuse integriert sind.
Positionsmessvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein analoges Ausgangssignal bereitgestellt wird, und das analoge Ausgangssignal dem Ausgangssignal einer inkrementellen Positionsmessvorrichtung nachempfunden ist.
Positionsmessvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Ausgangssignal durch analoge Verschaltung der Sensorelemente generiert wird.
Positionsmessvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Ausgangssignal aus der ermittelten Positionsinformation generiert wird.
Positionsmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codesequenz, die einen Messbereich eindeutig codiert, einem Pseudo-Zufalls-Code (PN) entspricht, wobei der Pseudo-Zufalls-Code (PN) zwei binären Pseudo-Zufalls-Werte aufweist und eine Länge größer 10 Pseudo-Zufalls-Elemente hat, die binären Wertelemente (H, L) der Positionscodierung (10) eines Sequenzblockes (IH, IL) alternierend in dem Sequenzblock (IH, IL) angeordnet sind, jeder Sequenzblock (IH, IL) die gleiche Länge hat, und ein Sequenzblock (IH, IL), der einem Pseudo-Zufalls-Wert entspricht, invertiert zu einem Sequenzblock (IL, IH) ist, der dem anderen Pseudo-Zufalls-Wert entspricht.
Positionsmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenzelemente (11) der Positionscodierung (10) jeweils in Bezug auf die benachbarten Sequenzelemente (11) der Positionscodierung (10) abgetastet werden.
Verfahren zur Positionsmessung (1) durch eine mehrfache Abtastung einer Positionscodierung (10), wobei die Positionscodierung (10) Sequenzelemente (11) umfasst und jeweils wenigstens 3 zueinander benachbarte Sequenzelemente (11) einen Sequenzblock (IH, IL) bilden, wobei die Anordnung der zueinander benachbarten Sequenzblöcke (11) auf der Positionscodierung (10) der Anordnung von Werten einer Codesequenz entspricht, die einen Messbereich eindeutig codiert und die Codesequenz einem Pseudo-Zufalls-Code (PN) entspricht, wobei Sequenzelemente (11) eines Abschnittes der Positionscodierung (10) an Abtastpunkten (APN) mit einer Periode entsprechend der Länge eines Sequenzblockes (IH, IL) abgetastet werden, Sequenzelemente (11) in einem Intervall zwischen zwei ausgewählten Abtastpunkten (APN) mit einer Periode entsprechend eines oder mehrerer Sequenzelemente (11) der Positionscodierung (10) abgetastet werden, aus der Abtastung der Sequenzelemente (11) des Intervalls die Lage der Abtastpunkte (APN) in Bezug auf einen Sequenzblock (IH, IL) bestimmt wird, aus der ersten Abtastung eine Folge von Sequenzblöcken (IH, IL) bestimmt wird, die Position eines Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes (PN), der der Folge der Sequenzblöcke (IH, IL) entspricht, bestimmt wird, und aus der Lage der Abtastpunkte (APN) in Bezug auf einen Sequenzblock (IH, IL) und der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes (PN) eine Position bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten und/oder zweiten Abtasten der Sequenzelemente (11) diese in Bezug auf jeweils benachbarte Sequenzelemente (11) ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer oder mehreren Abtastungen die Positionscodierung (10) mittels weiterer Sensorelemente (25) zusätzlich um die Länge eines halben Sequenzelementes (11) verschoben abgetastet wird, die jeweilige Abtastung bewertet wird und zur weiteren Auswertung die besser bewertete Abtastung ausgewählt wird, wobei die Auswahlentscheidung bei der Bestimmung der Position berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt eines Sequenzblockes (IH, IL) ausgewählt wird, der ausgewählte Abschnitt eines Sequenzblockes (IH, IL) abgetastet wird oder im Folgenden Abtastwerte einer vorherige Abtastung genutzt werden, die Lage der Abtastung mit einer höheren Auflösung als der Länge eines Sequenzelementes (11) bestimmt wird und aus dem Abschnitt des Pseudo-Zufalls-Codes (PN), der Lage der Abtastpunkte (APN) in dem Sequenzblock (IH, IL) und der Lage der Abtastung in einem Sequenzelement (11) eine Position bestimmt wird.
Verfahren zur Positionsmessung durch eine für die Positionsmessung einmalige Abtastung einer Positionscodierung (10), wobei die Positionscodierung (10) Sequenzelemente (11) umfasst und jeweils wenigstens 3 zueinander benachbarte Sequenzelemente (11) einen Sequenzblock (IH, IL) formen, wobei die Anordnung der zueinander benachbarten Sequenzblöcke (IH, IL) auf der Positionscodierung (10) der Anordnung von Werten einer Codesequenz entspricht, die einen Messbereich eindeutig codiert und die Codesequenz einem Pseudo-Zufalls-Code (PN) entspricht, wobei die Positionscodierung (10) in einem Intervall mit einer Periode kleiner oder gleich der Länge eines Sequenzelementes (11) der Positionscodierung (10) abgetastet wird, die Lage der Abtastung in Bezug auf einen Sequenzblock (IH, IL) bestimmt wird, eine Folge von Sequenzblöcken (IH, IL) aus der Abtastung bestimmt wird, die Position eines Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes (PN), der der Folge der Sequenzblöcke (IH, IL) entspricht bestimmt wird, und eine Position der Abtastung aus der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes (PN) und der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzblöcke (IH, IL) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung mit Bezug auf eine mittlere Abtastungsintensität ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung der Sequenzelemente (11) jeweils mit Bezug auf das benachbarte Sequenzelement (11) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer von der Länge der Sequenzelemente (11) abweichenden Abtastperiode die Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzelemente (11) aus der Differenz der Abtastwerte benachbarter Sequenzelemente (11) oder dem Betrag dieser Differenz bestimmt wird, eine Folge von abgetasteten Sequenzelemente mittels der Lage der Abtastung in Bezug auf ein Sequenzelement bestimmt wird und eine Position der Abtastung aus der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes (PN), der Lage der Abtastung in Bezug auf einen Sequenzblock (IH, IL) und aus der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzelemente (11) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt eines Sequenzblockes (IH, IL) auf Basis der Lage der Abtastung in Bezug auf den Sequenzblock (IH, IL) ausgewählt wird, der Abschnitt des ausgewählten Sequenzblockes (IH, IL) abgetastet wird oder im Folgenden Abtastwerte der vorherige Abtastung genutzt werden, die Lage der Abtastung des Abschnitt des Sequenzblockes (IH, IL) in Bezug auf die Sequenzelemente (11) mit einer höheren Auflösung als der Länge eines Sequenzelementes (11) bestimmt wird und eine Position der Abtastung aus der Position des Abschnittes des Pseudo-Zufalls-Codes (PN), der Lage der Abtastung in Bezug auf den Sequenzblock (IH, IL) und aus der Lage der Abtastung in Bezug auf die Sequenzelemente (11) bestimmt wird.