DE19815438A1 - Positionsmeßeinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Positionsmeßeinrichtung. Insbesondere lassen sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen in Verbindung mit einer inkre­ mentalen Positionsmeßeinrichtung vorteilhaft einsetzen.

Bekannte inkrementale Positionsmeßeinrichtungen ermöglichen neben der Übertragung von bereits digitalisierten bzw. rechteckförmigen Inkremental­ signalen auch die Übertragung von sinusförmigen, analogen Inkrementalsignalen an eine nachgeordnete Auswerteeinheit. Die analogen Inkrementalsignale können dabei auf unterschiedlichste Art und Weise er­ zeugt werden, beispielsweise über die optische, magnetische, induktive oder aber kapazitive Abtastung einer körperlich ausgebildeten Maßstabteilung. Daneben können die analogen, positionsabhängigen Inkrementalsignale auch über ein Interferometer generiert werden, wobei dann anstelle einer körperlichen Maßstabstruktur die Lichtwellenlänge bzw. entsprechende Bruchteile hiervon das Teilungsnormal bildet. Ebenso wäre grundsätzlich denkbar, Bruchteile anderer Wellenformen als Teilungsnormale zu verwen­ den, z. B. beim Einsatz von Mikrowellen, akust. Wellen etc.

Bei einer vorgesehenen Übertragung von analogen Inkrementalsignalen er­ folgt erst auf Seiten der Auswerteeinheit eine Weiterverarbeitung der Si­ gnale, beispielsweise eine weitere Unterteilung in Form einer Interpolation. Die Übertragung der analogen Inkrementalsignale von der jeweiligen Positi­ onsmeßeinrichtung an die Auswerteeinheit bietet einige Vorteile, wie etwa eine niedrige Übertragungsfrequenz bei gleichbleibenden Meßschritt sowie eine relativ hohe zulässige Verfahrgeschwindigkeit auch bei einem kleinen Meßschritt.

Werden nunmehr Positionsmeßeinrichtungen mit einer hohen Auflösung und entsprechend kleiner Signalperiode eingesetzt, beispielsweise Laser-Inter­ ferometer oder aber interferentiell arbeitende optische Positionsmeßeinrich­ tungen, so können bei der Übertragung analoger Inkrementalsignale eine Reihe von Problemen resultieren. Liegen z. B. die Signalperioden derartiger Positionsmeßeinrichtungen im Bereich von etwa 0,5 µm, so ergeben sich bereits bei relativ langsamen Verfahrgeschwindigkeiten von 1 m/sec hohe Signalfrequenzen der analogen Inkrementalsignale in der Größenordnung von ca. 2 MHz. Zur Verarbeitung derart hochfrequenter analoger Inkremen­ talsignale sind jedoch nicht alle Auswerteeinheiten in der Lage. Zudem erge­ ben sich Probleme bei der möglichst störungsfreien Übertragung der hoch­ frequenten Inkrementalsignale über größere Entfernungen. Im Fall von Stö­ rungen bei der Signalübertragung resultieren wiederum Fehler bei der Posi­ tionsbestimmung über die Auswerteeinheit; so werden insbesondere bei ei­ ner auf Seiten der Auswerteeinheit erfolgenden Signalinterpolation zur Auf­ lösungssteigerung ideale, sinusförmige Inkrementalsignale der Positions­ meßeinrichtung vorausgesetzt.

Darüberhinaus werden bei verschiedenen Anwendungen mitunter ge­ schwindigkeitsabhängig unterschiedliche Anforderungen an die Auflösung der von der Positionsmeßeinrichtung gelieferten analogen Inkrementalsi­ gnale gestellt. Während dabei im Fall hoher Verfahrgeschwindigkeiten in der Regel keine extreme Genauigkeit bei Positionsbestimmung erforderlich ist, resultieren bei kleineren Relativgeschwindigkeiten üblicherweise höhere An­ forderungen an die zur Verfügung stehende Auflösung der analogen Inkre­ mentalsignale der Positionsmeßeinrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Positionsmeßeinrich­ tung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Positionsmeßeinrichtung zu schaffen, über die zum einen die angesprochenen Probleme bei der Ver­ wendung hochauflösender Positionsmeßeinrichtungen mit kleinen Signalpe­ rioden vermieden werden können. Zum anderen sollen auch die geschwin­ digkeitsabhängig unterschiedlichen Anforderungen an die Auflösung der Po­ sitionsmeßeinrichtung erfüllbar sein. Darüberhinaus ist ein möglichst fehler­ freier Meßbetrieb auch über längere Meßstrecken bzw. längere Meßzeiten wünschenswert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 17.

Vorteilhafte Maßnahmen zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positi­ onsmeßeinrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Maßnahmen in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird nunmehr eine variable Signalperiode bzw. -frequenz der von der Positionsmeßeinrichtung an die nachgeordnete Auswerteeinheit übertragenen analogen Ausgangssignale bzw. Inkrementalsignale vorgese­ hen. Insbesondere ist es hierbei möglich, die ggf. zu hohe Signalfrequenz der analogen Inkrementalsignale im Fall hochauflösender Positionsmeßein­ richtungen oder im Fall hoher Relativgeschwindigkeiten zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Signalperioden-Variationseinheit vorgesehen, die beispielsweise der Positionsmeßeinrichtung zugeordnet werden kann oder aber zwischen der Positionsmeßeinrichtung und der nachgeordneten Auswerteeinheit angeordnet ist. Selbstverständlich können neben den derart modifizierten Inkrementalsignalen mit veränderter Signal­ periode respektive -frequenz auch die unveränderten analogen Inkremental­ signale zwischen der Positionsmeßeinrichtung und der nachgeordneten Auswerteeinheit übertragen werden.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist somit gewährleistet, daß auch hochauflösende inkrementale Meßsysteme in Verbindung mit Auswer­ teeinheiten eingesetzt werden können, die grundsätzlich keine derart hohen Eingangsfrequenzen der analogen Inkrementalsignale zulassen. Ferner sind auch hohe Verfahrgeschwindigkeiten möglich, da die Signalperiode dann geeignet vergrößert werden kann, was in diesem Einsatzfall für eine Positi­ onsbestimmung mit hinreichender Präzision ausreicht. Auf Seiten der Aus­ werteeinheit kann dann zur Auflösungssteigerung eine weitere elektronische Unterteilung bzw. Interpolation der übertragenen sinus- und/oder cosinus­ förmigen Inkrementalsignale in bekannter Art und Weise erfolgen.

Die Variation der Signalperiode der an die Auswerteeinheit übertragenen analogen Inkrementalsignale kann dabei sowohl automatisiert, beispiels­ weise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, oder aber manuell durch den Anwender erfolgen, wenn beispielsweise die zugehörige Auswerteein­ heit nur eine bestimmte maximale Eingangsfrequenz der analogen Inkre­ mentalsignale verarbeiten kann.

Die erfindungsgemäßen Überlegungen lassen sich sowohl bei Positions­ meßeinrichtungen mit körperlich ausgebildeter Maßstabteilung einsetzen wie auch bei Positionsmeßeinrichtungen, die als Teilungsnormal z. B. die Licht­ wellenlänge öder Bruchteile hiervon nutzen, d. h. bei Interferometern. Insbe­ sondere im letztgenannten Fall ergeben sich auf Grundlage der vorliegenden Erfindung weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten. Diese bieten insbesondere Vorteile, wenn bei derartigen Positionsmeßeinrichtungen eine Konvertierung der Inkrementalsignal-Einheiten in bestimmte, vorzugebende - Einheiten gefordert ist und/oder diverse Umgebungseinflüsse zu kompensie­ ren sind. Desweiteren gewährleisten die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch einen fehlerfreien Betrieb einer derartigen Positionsmeßeinrichtung über längere Meßstrecken und/oder längere Meßzeiten.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Positions­ meßeinrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemä­ ßen Positionsmeßeinrichtung inklusive nach­ geordneter Auswerteeinheit;

Fig. 2 eine Blockschaltbild-Darstellung einer ersten Ausführungsform einer geeigneten Signalperi­ oden-Variationseinheit, wie sie etwa in der Po­ sitionsmeßeinrichtung gemäß Fig. 1 einsetz­ bar ist;

Fig. 3 eine Darstellung des Signalverlaufes im Aus­ führungsbeispiel der Positionsmeßeinrichtung der Fig. 1 kurz vor bzw. kurz nach der Varia­ tion der Signalperiode der analogen Inkremen­ talsignale;

Fig. 4 eine Blockschaltbild-Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Signalperioden-Variati­ onseinheit, wie sie insbesondere in einer als Interferometer ausgebildeten Positionsmeßein­ richtung einsetzbar ist.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Positionsmeßeinrichtung 1 umfaßt eine Maßstabteilung 2 sowie eine relativ dazu bewegliche Abtasteinheit 3. Die von der Positionsmeßeinrich­ tung 1 erzeugten, gegebenenfalls modifizierten analogen Inkrementalsignale SIN', COS' werden über Signalübertragungsleitungen 7a, 7b an eine nach­ geordnete Auswerteeinheit 4 zur Weiterverarbeitung übertragen. Die Maß­ stabteilung 2 und die Abtasteinheit 3 sind etwa mit zueinander beweglichen Teilen einer Werkzeugmaschine verbunden, deren Relativposition zueinan­ der hochexakt bestimmt werden soll. Als Auswerteeinheit 4 ist in diesem Fall eine übliche numerische Werkzeugmaschinensteuerung vorgesehen.

Neben dem schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erfassung von linearen Relativbewegungen können selbstverständlich auch rotatori­ sche Positionsmeßeinrichtungen erfindungsgemäß ausgestaltet werden.

Bei der Relativbewegung von Maßstabteilung 2 und Abtasteinheit 3 werden über eine Signalerzeugungseinheit 5 periodisch modulierte, analoge Inkre­ mentalsignale SIN, COS erzeugt. Hierbei sind zumindest zwei, vorzugsweise um 90° phasenversetzte, periodisch modulierte Signale erforderlich, über die sowohl die Positionsinformation bezüglich der Relativlage von Maßstabtei­ lung 2 und Abtasteinheit 3 als auch die entsprechende Richtungsinformation zur Verfügung steht. Grundsätzlich könnte auch ein anderer definierter Pha­ senversatz, beispielsweise 120°, vorgesehen sein.

Die Erzeugung der analogen Inkrementalsignale SIN, COS über die sche­ matisiert angedeutete Signalerzeugungseinheit 5 kann in vielfältigster Form erfolgen, das heißt es können hierzu in bekannter Art und Weise optische, magnetische, induktive oder aber kapazitive Abtastprinzipien eingesetzt werden, wenn z. B. wie in Fig. 1 gezeigt eine geeignete Maßstabteilung 2 abgetastet wird. In Fig. 1 sind deshalb auch keine weiteren Details bezüg­ lich des eigentlichen Abtastprinzipes dargestellt, sondern lediglich die hierzu erforderliche Signalerzeugungseinheit 5 schematisch angedeutet.

Beispielsweise kann im Fall einer optischen Positionsmeßeinrichtung 1 eine reflektierend ausgebildete Maßstabteilung 2 mit der Abtasteinheit 3 abge­ tastet werden. Die zur Erzeugung der analogen Inkrementalsignale SIN, COS erforderliche Signalerzeugungseinheit 5 umfaßt dann ein oder mehrere Lichtquellen sowie optoelektronische Detektorelemente, über die die von der Maßstabteilung 2 reflektierten Strahlenbündel erfaßt werden.

Desweiteren können die nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen grundsätzlich nicht nur in Positionsmeßeinrichtungen mit einer körperlich ausgebildeten Maßstabteilung eingesetzt werden; es ist viel­ mehr ebenso möglich, eine als Interferometer ausgebildete Positionsmeßein­ richtung damit auszustatten, bei der das Teilungsnormal durch die verwen­ dete Lichtwellenlänge vorgegeben wird. Eine in besonderer Weise geeignete Einheit zur Verarbeitung der analogen Inkrementalsignale auf Seiten einer Positionsmeßeinrichtung, die als Interferometer ausgebildet ist, wird anhand der Fig. 4 noch detailliert beschrieben.

Die im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 über die Maß­ stab-Abtastung erzeugten analogen Inkrementalsignale SIN, COS werden einer Signalperioden-Variationseinheit 6 zugeführt, die in der gezeigten Ausführungsform in der Abtasteinheit 3 angeordnet ist. Über die Signalperi­ oden-Variationseinheit 6 kann je nach gewünschter oder erforderlicher Si­ gnalperiode bzw. -frequenz die Signalperiode der analogen Abtastsignale SIN, COS definiert variiert werden. Details bezüglich einer möglichen Aus­ führungsform der Signalperioden-Variationseinheit 6 ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 2, in der eine erste Ausführungsform der Signalperioden-Variationseinheit 6 schematisiert dargestellt ist. Die von der Signalperioden-Variationseinheit 6 modifizierten analogen Inkrementalsi­ gnale SIN, COS werden anschließend über Signalübertragungsleitungen 7a, 7b als modifizierte analoge Inkrementalsignale SIN', COS' an die nachge­ ordnete Auswerteeinheit 4 zur Weiterverarbeitung übertragen. Hierbei wei­ sen die modifizierten Inkrementalsignale SIN', COS' in der Regel eine grö­ ßere Signalperiode bzw. eine geringere Signalfrequenz als die ursprünglich auf Seiten der Positionsmeßeinrichtung 1 generierten analogen Inkremental­ signale SIN, COS auf.

Dargestellt ist in Fig. 1 desweiteren noch eine Steuerleitung 8, die die Aus­ werteeinheit 4 mit der Positionsmeßeinrichtung 1, insbesondere mit der Si­ gnalperioden-Variationseinheit 6 verbindet. Über ein oder mehrere Steuer­ leitungen 8 kann seitens der Auswerteeinheit 4 eine gewünschte oder erfor­ derliche Veränderung der Signalperiode mittels eines definierten Steuersi­ gnales angefordert werden. Als Steuerleitung 8 kann dabei sowohl eine se­ parate, zusätzliche Verbindungsleitung vorgesehen werden; ebenso ist je­ doch auch die Nutzung bereits vorhandener Verbindungsleitungen zwischen der Positionsmeßeinrichtung 1 und der Auswerteeinheit 4 zu diesem Zweck möglich. Im letztgenannten Fall könnte beispielsweise ein entsprechendes Steuersignal auf die Versorgungsleitung oder eine andere geeignete Verbin­ dungsleitung aufmoduliert werden.

In Fig. 1 ist in strichlinierter Form zudem eine unmittelbare Verbindung zwi­ schen der Signalerzeugungseinheit 5 und der Auswerteeinheit 4 angedeutet. Damit soll veranschaulicht werden, daß selbstverständlich auch die Übertra­ gung der unveränderten Inkrementalsignale SIN, COS von der Positions­ meßeinrichtung 1 an die Auswerteeinheit 4 möglich ist, ohne daß demzu­ folge eine Veränderung der Signalperiode über die Signalperioden-Variati­ onseinheit 6 erfolgt. Die Übertragung der unveränderten Inkrementalsignale SIN, COS kann dabei entweder wie in Fig. 1 angedeutet über separate Si­ gnalübertragungsleitungen erfolgen oder aber über die beiden Signalüber­ tragungsleitungen 7a, 7b. Im letztgenannten Fall passieren die analogen In­ krementalsignale SIN, COS demzufolge die Signalperioden-Variationseinheit 6, ohne jedoch in Signalperiode- oder frequenz verändert zu werden.

Eine Veränderung der Signalperiode der analogen Inkrementalsignale SIN, COS, die an die Auswerteeinheit 4 übertragen werden, kann aus verschie­ densten Gründen erforderlich sein. Beispielsweise liefert die hochauflösende Positionsmeßeinrichtung 1 analoge Inkrementalsignale SIN, COS mit einer relativ kleinen Signalperiode, so daß auf Seiten der Auswerteeinheit 4 ein­ gangsseitig hohe Frequenzen der anliegenden Inkrementalsignale resultie­ ren und von dieser nicht weiterverarbeitet werden können. In einem derarti­ gen Fall ist eine Vergrößerung der Signalperiode bzw. eine Verringerung der Signalfrequenz erforderlich.

Daneben können auch bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten zwischen Maß­ stabteilung 1 und Abtasteinheit 3 zu kleine Signalperioden bzw. zu hohe Si­ gnalfrequenzen der übertragenen analogen Inkrementalsignale resultieren und eine Vergrößerung der Signalperiode bzw. eine Verringerung der Si­ gnalfrequenz erforderlich machen. Werden später ggf. wieder geringere Verfahrgeschwindigkeiten erreicht, so kann selbstverständlich wieder auf die kleinere Signalperiode der analogen Inkrementalsignale SIN, COS umge­ schaltet werden und es steht erneut eine höhere Auflösung bei der Positi­ onsbestimmung zur Verfügung.

Vorzugsweise erfolgt im Fall einer erforderlichen Vergrößerung der Signal­ periode eine Multiplikation der jeweiligen Signalperiode mit mindestens ei­ nem Signalperioden-Variationsfaktor n. Beispielsweise können auch meh­ rere derartige - Faktoren n = 2, 4, 8, 16 vorgegeben werden, mit denen die Signalperiode der analogen Inkrementalsignale SIN, COS vergrößert wird, wenn dies aus den oben aufgeführten Gründen nötig ist.

Neben einem ganzzahligen Signalperioden-Variationsfaktor n kann erfin­ dungsgemäß z. B. im Fall eines Interferometers selbstverständlich auch ein entsprechender nicht-ganzzahliger-Variationsfaktor n gewählt werden.

Die erforderliche Variation der Signalperiode der analogen Inkrementalsi­ gnale SIN, COS kann zum einen über die bereits erwähnte Übertragung ei­ nes entsprechenden Steuersignals auf einer Steuerleitung 8 von der Aus­ werteeinheit 4 an die Positionsmeßeinrichtung 1 erfolgen. Daneben kann jedoch alternativ auch vorgesehen werden, eine bestimmte gewünschte Si­ gnalperiode manuell vom Anwender beispielsweise über ein geeignetes - nicht dargestelltes - Schaltelement auf Seiten der Positionsmeßeinrichtung 1 einzustellen.

Im Fall der vorgesehenen Variation der Signalperiode über ein von der Aus­ werteeinheit 4 übertragenes Steuersignal ist es desweiteren möglich, eine geschwindigkeitsabhängige Variation der Signalperiode automatisiert vorzu­ nehmen. Wird dabei etwa eine bestimmte Verfahrgeschwindigkeit über­ schritten, so kann durch die entsprechende Übertragung eines Steuersigna­ les im Meßbetrieb auf die Ausgabe von analogen Inkrementalsignalen SIN', COS' mit geeignet vergrößerter Signalperiode umgeschaltet werden. Ent­ sprechend wird beim Wieder-Unterschreiten dieser Verfahrgeschwindigkeit die Signalperiode der analogen Inkrementalsignale wieder verringert.

Eine derartige geschwindigkeitsabhängige Variation der Signalperiode der übertragenen analogen Inkrementalsignale SIN, COS kann dabei selbstver­ ständlich auch in Verbindung mit mehr als zwei verfügbaren, unterschiedli­ chen Signalperioden realisiert werden. So können etwa für mehrere Ge­ schwindigkeitsbereiche geeignete Signalperioden bzw. Multiplikationsfakto­ ren n für die analogen Inkrementalsignale SIN, COS vorgesehen werden, zwischen denen dann jeweils geschwindigkeitsabhängig umgeschaltet wird usw.

Die zu einer automatisierten Variation der Signalperioden der übertragenen, analogen Inkrementalsignale SIN, COS erforderliche Geschwindigkeitsde­ tektion kann auf mehrere Arten erfolgen. Beispielsweise kann hierzu ein se­ parater Geschwindigkeitsdetektor vorgesehen werden. Ebenso ist es mög­ lich, lediglich die Frequenz der analogen Inkrementalsignale SIN, COS zu erfassen, um auf diese Art und Weise eine Information bezüglich der aktuel­ len Verfahrgeschwindigkeit zur Verfügung zu haben. Die entsprechende Ge­ schwindigkeitsinformation wird von der jeweiligen Auswerteeinheit 4 genutzt, um bei bestimmten Geschwindigkeiten eine Veränderung der Signalperiode der analogen Inkrementalsignale SIN, COS anzufordern.

Eine erste, mögliche Ausführungsform der Signalperioden-Variationseinheit 6 wird nachfolgend anhand der Darstellung in Fig. 2 näher erläutert. Hierbei ist die gezeigte Ausführungsform insbesondere in Verbindung mit der Positi­ onsmeßeinrichtung gemäß Fig. 1 einsetzbar. Die von der Signalerzeu­ gungseinheit 5 generierten analogen Inkrementalsignale SIN, COS werden der Signalperioden-Variationseinheit 6 zugeführt und gelangen eingangssei­ tig auf eine erste und zweite Interpolatoreinheit 9, 10. Während die erste In­ terpolatoreinheit 9 in bekannter Art und Weise eine Vielfachunterteilung der analogen Inkrementalsignale SIN, COS vornimmt, beispielsweise um den Faktor 100, erfolgt in der zweiten Interpolatoreinheit 10 ein Zählen der jewei­ ligen Signal-Nulldurchgänge. Ausgangsseitig liefern die beiden Interpola­ toreinheiten 9, 10 jeweils ein Digitalwort, welches an einen nachgeordneten Speicherbaustein 11 übergeben wird bzw. zur Adressierung desselben dient. Der Speicherbaustein 11 enthält wiederum eine Reihe von Umrech­ nungstabellen für verschiedene Variationsfaktoren n der Signalperioden der analogen Inkrementalsignale SIN, COS. Pro Variationsfaktor n steht dem­ zufolge eine entsprechende Umrechnungstabelle zur Verfügung. Je nach gewünschter Vergrößerung der Signalperiode wird über die Umrechnungs­ tabelle jedem Positionswert der beiden Signale, der sich aus den beiden übergebenen Digitalwörtern ergibt, ein bestimmter veränderter Positionswert zugeordnet, so daß jeweils ein Signalverlauf mit vergrößerter Signalperiode resultiert. Ausgangsseitig liefert der Speicherbaustein 11 nach einer derarti­ gen Signalverarbeitung Ansteuersignale für nachgeordnete D/A-Wandler, die quasi-analoge sinus- und cosinusförmige Inkrementalsignale SIN', COS' erzeugen. Diese modifizierten Inkrementalsignale SIN', COS' werden dann an die Auswerteeinheit übergeben.

Eine Darstellung der Signalform zumindest eines analogen Inkrementalsi­ gnales SIN kurz vor bzw. kurz nach der Variation der Signalperiode SP ist in Fig. 3 dargestellt. In der linken Hälfte von Fig. 3 ist hierbei das von der Signalerzeugungseinheit 5 gelieferte analoge Inkrementalsignal SIN erkenn­ bar, dessen Signalperiode SP verändert werden soll. Zum Zeitpunkt t₀ erfolgt dabei beispielsweise durch die oben erläuterte Übertragung eines Steuersi­ gnales von der Auswerteeinheit die Anforderung, die Signalperiode SP zu vergrößern. Nach einer weiteren Signalperiode SP des analogen Inkremen­ talsignales SIN wird dann zum Umschaltzeitpunkt t_U über die Signal­ perioden-Variationseinheit die Signalperiode SP variiert, d. h. im dargestellten Fall ist eine Vergrößerung der Signalperiode SP um den Faktor n = 4 vorgesehen. Ab dem Umschaltzeitpunkt t_U wird dann das in Signalperiode SP' und -fre­ quenz modifizierte Inkrementalsignal SIN' an die Auswerteeinheit übertra­ gen. Der Umschaltzeitpunkt t_U ist hierbei derart definiert gewählt, daß bei einem Nulldurchgang des analogen Inkrementalsignales SIN die Umschal­ tung auf eine andere Signalperiode SP' erfolgt.

In Fig. 3 ist in stark übertriebener Form die Quantisierung des modifizierten Inkrementalsignales SIN' dargestellt; strichpunktiert ist die ideale sinusför­ mige Form des Inkrementalsignales SIN' eingezeichnet. Das quantisierte Inkrementalsignal SIN' entspricht dabei umso besser dem idealen, sinusför­ migen Inkrementalsignal, je höher die Auflösung der D/A-Wandlereinheiten in der Signalperioden-Variationseinheit gewählt wird.

Eine zweite Ausführungsform einer geeigneten Signalperioden-Variations­ einheit 26 ist in Fig. 4 in einer schematisierten Darstellung gezeigt. Insbe­ sondere eignet sich diese Variante in Verbindung mit einer als Interferometer ausgebildeten Positionsmeßeinrichtung. Selbstverständlich können dabei die am ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Maßnahmen auch in Verbindung mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel realisiert werden.

Neben alternativen Möglichkeiten zur Variation der Signalperiode bzw. der definierten Vorgabe der Signalperiode der an eine Auswerteeinheit übertra­ genen, analogen Inkrementalsignale seien am zweiten Ausführungsbeispiel nachfolgend auch verschiedenste Korrekturmittel beschrieben, die zur Elimi­ nierung von unterschiedlichen Fehlern dienen, die bei der Positionsbestim­ mung auftreten können.

Das von einer bekannten - nicht dargestellten - Interferometer-Anordnung erzeugte Paar phasenversetzter Inkrementalsignale SIN, COS wird wie­ derum der Signalperioden-Variationseinheit 26 zugeführt. Diese übernimmt wie im vorhergehenden Beispiel u. a. die gewünschte Variation der Signalpe­ riode und liefert ausgangsseitig die entsprechend modifizierten analogen Inkrementalsignale SIN', COS', welche über die Signalübertragungsleitun­ gen 37a, 37b an eine - nicht gezeigte - Auswerteeinheit zur Weiterverarbei­ tung übertragen werden. Dort kann beispielsweise eine elektronische Si­ gnalinterpolation erfolgen etc.

Die von der Positionsmeßeinrichtung bzw. vom Interferometer gelieferten Inkrementalsignale SIN, COS werden in der Signalperioden-Variationseinheit 26 einer Interpolatoreinheit 29 sowie einer Richtungserkennungseinheit 23 zugeführt. Über die Interpolatoreinheit 29 erfolgt hierbei eine elektronische weitere Unterteilung der Eingangssignale SIN, COS in bekannter Art und Weise, d. h. die Interpolatoreinheit 29 liefert ausgangsseitig interpolierte Di­ gitalsignale DS bzw. Rechteckimpulse mit einer höheren Frequenz als die Eingangssignale SIN, COS. Mit Hilfe der Richtungserkennungseinheit 23 wird auf Grundlage der beiden um 90° phasenversetzten Inkrementalsignale SIN, COS ein Richtungssignal RS bezüglich der Bewegungsrichtung der beiden zueinander beweglichen Teile erzeugt, deren Relativposition be­ stimmt werden soll.

Die interpolierten Digitalsignale DS wie auch das Richtungssignal RS wer­ den über die Datenleitungen 36 und 38 einer Adreßzählereinheit 24 zuge­ führt. Je nach Bewegungsrichtung bzw. empfangenem Richtungssignal RS erfolgt in der Adreßzählereinheit 24 eine Veränderung des Adreßzählerwer­ tes AZW. Im Fall einer Vorwärtsbewegung wird bei jedem Rechteckimpuls der Adreßzählerwert AZW beispielsweise um einen Wert hochgesetzt bzw. weitergezählt; im Fall der Rückwärtsbewegung erfolgt bei jedem Rechteck­ impuls ein Heruntersetzen des Adreßzählerwertes AZW bzw. ein Zurück­ zählen. Wenn kein Rechteckimpuls bzw. Digitalsignal DS von der Interpola­ toreinheit 29 anliegt bleibt der Adreßzählerwert AZW unverändert.

Der Adreßzählereinheit 24 nachgeordnet ist ein Speicherbaustein 41 vorge­ sehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Umrechnungstabellen 21A, 21B in Form einer Sinus- bzw. Cosinustabelle enthält. Die Umrech­ nungstabellen 21A, 21B bestehen aus jeweils k adressierten Tabellenberei­ chen 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k, wobei in den jeweils k Tabellenbereichen 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k in digitaler Form die Signalamplitudenwerte minde­ stens einer Periode einer Sinus- bzw. Cosinus-Funktion abgelegt sind. Die einzelnen k Tabellenbereiche 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k können über Adreß­ zeiger 34A, 34B von der Adreßzählereinheit 24 angesteuert werden. Die Signalamplitudenwerte der derart angesteuerten Tabellenbereiche 21A₁-­ 21A_k, 21B₁-21B_k werden anschließend jeweils an D/A-Wandlereinheiten 22A, 22B übermittelt, die hieraus wiederum die analogen Inkrementalsignale SIN', COS' erzeugen, welche an die Auswerteeinheit übertragen werden. Den D/A-Wandlereinheiten 22A, 22B kann desweiteren jeweils eine geeig­ nete - nicht dargestellte - Filterelektronik nachgeordnet werden, die die re­ sultierenden analogen Inkrementalsignale SIN', COS' vor der Übertragung an die Auswerteeinheit geeignet glättet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ausgang der Adreßzählereinheit 24 vorgesehen, über den zwei Adreßzeiger 34A, 34B angesprochen werden, die jeweils wiederum eine Umrechnungstabelle 21A, 21B ansteuern.

Daneben sind jedoch auch alternative Ausführungsvarianten im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisierbar. So könnte in einer zweiten Ausfüh­ rungsform die Adreßzählereinheit ausgangsseitig lediglich einen einzigen Adreßzeiger aufweisen, der wiederum lediglich eine einzige Umrechnungs­ tabelle ansteuert. Die Tabellenbereiche der in diesem Fall zu wählenden, kombinierten Umrechnungstabelle besitzen dabei die doppelte Speicher­ breite im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel, so daß dort jeweils in kombinierter Form die digitalen Signalamplitudenwerte der Sinus- und Cosi­ nus-Funktion abgelegt werden können.

In einer dritten Ausführungsform schließlich könnte vorgesehen werden, daß zwei Adreßzeiger der Adreßzählereinheit auf eine einzige Umrechnungsta­ belle zeigen, in der z. B. lediglich die digitalen Signalamplitudenwerte einer Sinus-Funktion abgelegt sind. Zwischen den beiden Adreßzeigern ist jedoch ein Phasenversatz von 90° vorgegeben, so daß auf diese Art und Weise die phasenversetzten Signalamplitudenwerte einer Sinus- und einer Cosinus­ funktion für die Ausgangssignale an die nachgeordneten D/A-Wandler über­ geben werden können.

Die ausgangsseitig variablen Signalperioden SP' der analogen Inkremental­ signale SIN', COS' werden im gezeigten Ausführungsbeispiel auf die nach­ folgend erläuterte Art und Weise erzeugt. Hierbei ist eine Variation der Ein­ gangs-Signalperioden SP um lediglich ganzzahlige Signalperioden-Variati­ onsfaktoren n möglich ist, d. h. SP'= n . SP. So können etwa im Beispiel ausgangsseitig Signalperioden SP' der analogen Inkrementalsignale SIN', COS' von 1 µm, 2 µm, 4 µm und 10 µm erzeugt werden; die ausgangsseitig verfügbaren Signalperioden SP' stehen demzufolge jeweils in einem ganz­ zahligen Verhältnis zueinander. Eingangsseitig ist im Fall der Verwendung eines He-Ne-Lasers mit der Emissionswellenlänge λ ≅ 633 nm im Interfero­ meter eine Signalperiode SP der Signale SIN, COS von λ/2 = 633/2 nm vor­ gegeben. In den beiden Umrechnungstabellen 21A, 21B werden in diesem Beispiel dann die digitalen Signalamplitudenwerte einer Sinus- bzw. Cosi­ nus-Funktion mit einer Signalperiode abgelegt, die das kleinste gemeinsame Vielfache der Ausgangs-Signalperioden SP' darstellt, d. h. Sinus- und Cosi­ nus-Funktionen mit einer Signalperiode von 20 µm.

Je nach ausgangsseitig erforderlicher Signalperiode werden die Adreßzeiger 34A, 34B bei jedem Rechteckimpuls von der Interpolatoreinheit 29 mit unter­ schiedlichen Ansteuer-Schrittweiten inkrementiert, d. h. unterschiedliche Ta­ bellenbereiche 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k der Umrechnungstabellen 21A, 21B angesprochen. Werden dann z. B. ausgangsseitig analoge Inkrementalsi­ gnale SIN', COS' mit der Signalperiode 10 µm gewünscht, so beträgt die An­ steuer-Schrittweite bei jedem Rechteckimpuls 2 Tabellenschritte, d. h. nach dem Tabellenberereich 21A₁ wird anschließend vom Adreßzeiger der Ta­ bellenbereich 21A₃ angesteuert usw. Im Fall einer erforderlichen Signalperiode von 4 µm beträgt die Ansteuer-Schrittweite für die Adreßzeiger 34A, 34B 5 Tabellenschritte etc. Jedem Signalperioden-Variationsfaktor n ist demzufolge eine bestimmte Ansteuer-Schrittweite der Adreßzeiger 34A, 34B zugeordnet.

In den Umrechnungstabellen 21A, 21B werden bei einer derartigen Ausfüh­ rungsform der Signalperioden-Variationseinheit 26 demzufolge die digitalen Signalamplitudenwerte von Sinus- und/oder Cosinus-Funktionen abgelegt, die der größten ausgangsseitig gewünschten Signalperiode SP' der analo­ gen Inkrementalsignale SIN', COS' entspricht oder aber in einem ganzzahli­ gen Verhältnis zu allen gewünschten Signalperioden SP' der analogen In­ krementalsignale SIN', COS' steht.

Alternativ zu einer derartigen Realisierung der variablen Signalperiode der analogen Inkrementalsignale kann ähnlich dem vorhergehend beschriebe­ nen Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgesehen werden, im entsprechen­ den Speicherbaustein der Signalperioden-Variationseinheit für jede ge­ wünschte Auflösung bzw. für jede erforderliche ausgangsseitige Signalperi­ ode eine separate Umrechnungstabelle für die Sinus- und/oder Cosinus-Funktion abzulegen. Selbstverständlich können die beiden erwähnten Mög­ lichkeiten auch geeignet miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist dabei etwa denkbar, bestimmte ganzzahlige Signalperioden-Verhältnisse über die anhand von Fig. 4 erläuterte Variante zu realisieren, während an­ dere Signalperioden der analogen Inkrementalsignale auf der Basis separa­ ter Umrechnungstabellen wie vorab erläutert realisiert werden usw.

Wie bereits oben angedeutet, enthält die Signalperioden-Variationseinheit 26 dieses Ausführungsbeispieles desweiteren verschiedene Korrekturmittel, um Fehler bei der Positionsbestimmung bzw. Signalperioden-Variation zu elimi­ nieren bzw. zu minimieren. Als Korrekturmittel seien dabei eine Eingangs­ zählereinheit 25, eine Durchlaufzählereinheit 38 sowie eine Prozessoreinheit 27 bezeichnet, deren Arbeitsweise innerhalb der Signalperioden-Variations­ einheit 26 nachfolgend erläutert wird.

Die Ausgangssignale der bereits oben erwähnten Interpolatoreinheit 29 in Form von Digitalsignalen DS bzw. Rechteckimpulsen werden über die Da­ tenleitung 28 auch der Eingangszählereinheit 25 zugeführt, d. h. der aktuelle Eingangszählerwert EZW stellt die Anzahl bislang übermittelter Rechteckim­ pulse der Interpolatoreinheit 29 dar. Durch Multiplikation des Eingangs­ zählerwertes EZW mit der vorgegebenen Signalperiode SP, d. h. dem ent­ sprechenden Bruchteil der Wellenlänge des Interferometers in Luft λ_Luft, bei einer Vierfach-Auswertung ohne weitere Interpolation üblicherweise λ_Luft/8, ergibt sich somit der aktuelle Sollpositions-Meßwert SPM bei der laufenden Positionsbestimmung:

SPM = EZW . λ_Luft/8 (Gl. 1)

λ_Luft/8 stellt dabei die Signalperiode SP der Eingangssignale SIN, COS dar.

Eine derartige Ermittlung des Sollpositions-Meßwertes SPM in Form der er­ wähnten Multiplikation erfolgt über die der Eingangszählereinheit 25 nach­ geordnete Prozessoreinheit 27. Die Einheit 27 kann dabei selbstverständlich auch alternativ zu einem Prozessor ausgebildet werden, beispielsweise als geeignete Digital-Logik etc.

Der ebenfalls bereits oben erwähnten Adreßzählereinheit ist eine Durchlauf­ zählereinheit 38 nachgeordnet. Der bestimmte Durchlaufzählerwert DZW stellt damit die Anzahl der bislang erfolgten Durchläufe der Adreßzeiger 34A, 34B durch die Umrechnungstabellen 21A, 21B dar bzw. den Anteil ganzer Signalperioden am aktuellen Istpositions-Meßwert IPM. In Verbindung mit dem gerade aktuellen Adreßzählerwert AZW, der über die Datenleitung 31 an die Prozessoreinheit 27 übergeben wird, läßt sich in der Prozessoreinheit 27 daraus der aktuelle Istpositions-Meßwert IPM bestimmen:

IPM = (DZW + AZW/k) . SP' (Gl. 2)

Nach einer derartigen Ermittlung von Soll- und Ist-Positions-Meßwert SPM, IPM erfolgt anschließend über die Prozessoreinheit 27 ein Vergleich der bei­ den Meßwerte SPM und IPM. Wird eine Abweichung zwischen den beiden Meßwerten SPM und IPM festgestellt, so wird anschließend von der Prozes­ soreinheit 27 über die Datenleitung 30 die Adreßzählereinheit 24 derart an­ gesteuert, daß der Adreßzählerwert AZW korrigierend erhöht oder verringert wird. Als Folge des geeignet erhöhten oder aber verringerten Adreßzähler­ wertes AZW werden von den Adreßzeigern 34A, 34B wiederum andere Ta­ bellenbereiche 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k der Umrechnungstabellen 21A, 21B angesteuert und damit korrigierte analoge Inkrementalsignale SIN', COS' generiert.

Auf diese Art und Weise lassen sich Abweichungen zwischen den Ist- und Sollpositionsmeßwerten IPM, SPM und damit Fehler in der Positionsmes­ sung eliminieren oder zumindest minimieren. Die derart korrigierbaren Fehler können hierbei verschiedene Ursachen haben.

Eine erste Fehlerquelle liegt im nicht-ganzzahligen Verhältnis der einge­ setzten Laser-Wellenlänge λ, d. h. dem verwendeten Teilungsnormal, zu den üblichen Einheiten, wie etwa der vorgegegebenen Signalperiode SP' der analogen Inkrementalsignale SIN', COS', die z. B. in metrischer Form vorge­ geben sind. So ergibt sich bei jedem Durchlauf einer Umrechnungstabelle 21A, 21B und dem Erzeugen der gewünschten Ausgangssignalperiode SP' ein Fehler im ermittelten Istpositions-Meßwert IPM, der u. a. von der Anzahl k der vorgesehenen Tabellenbereiche 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k abhängt. Mit mehrmaligem Durchlaufen der Umrechnungstabellen 21A, 21B resultiert ein kumulativer Fehler, so daß letztlich mit zunehmender Meßdauer und/oder Meßstrecke die Positionsbestimmung immer ungenauer würde.

Aufgrund der vorab erläuterten Maßnahmen ist über die Korrekturmittel und den ständigen Vergleich von Soll- und Istpositions-Meßwert SPM, IPM je­ doch gewährleistet, daß im Fall eines Fehlers, der größer als die kleinste Ansteuer-Schrittweite der Tabellenbereiche 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k ist, eine Korrektur des Adreßzählerwertes AZW erfolgt. Diese Korrektur durch Hinauf- oder Herabsetzen des Adreßzählerwertes AZW erfolgt dabei so­ lange, bis die ermittelte Abweichung zwischen den Werten SPM und IPM kleiner als die kleinste Ansteuer-Schrittweite ist. Eine nochmalige Verbesse­ rung ergibt sich, wenn eine derartige Korrektur des Adreßzählerwertes AZW bereits bei einer Abweichung von Soll- und Istpositionsmeßwert SPM, IPM erfolgt, die größer als die halbe minimale Ansteuer-Schrittweite ist. Damit läßt sich erreichen, daß der maximale Fehler in der Positionsmessung in der Größenordnung der halben Ansteuer-Schrittweite liegt.

Eine weitere Steigerung der Meßgenauigkeit bzw. weitere Fehlerminimie­ rung um den Faktor j läßt sich erreichen, wenn in den Umrechnungstabellen 21A, 21B ein ganzzahliges Vielfaches j der benötigten Signalamplituden­ werte abgelegt wird, d. h. j Signalperioden der entsprechenden Sinus- oder Cosinus-Funktion. Im Grenzfall könnten dabei eine derartige Anzahl j an Si­ gnalperioden abgelegt werden, daß diese der kompletten Meßlänge ent­ sprechen. Die Ursache für die Fehlerminimierung liegt bei einem derartigen Vorgehen darin, daß im Fall mehrerer abgelegter Signalperioden der nicht­ ganzzahlige Rest aus dem Verhältnis zwischen den Signalperioden und der Wellenlänge kleiner ist als z. B. im Fall lediglich einer einzigen Signalperiode. Insgesamt resultiert dabei ein um den Faktor j kleinerer kumulativer Fehler.

Eine zweite Fehlerquelle liegt in den während der Messung schwankenden Umgebungsbedingungen wie etwa Luftdruck p, Temperatur T und Feuchte f. Zu den schwankenden Umgebungsbedingungen zählt desweiteren die je­ weilige Gas-Zusammensetzung im Meßraum.

Mit den Parametern p, T, f und ggf. auch der Gas-Zusammensetzung ändert sich auch die Wellenlänge λ_Luft der im Interferometer eingesetzten Strah­ lungsquelle, d. h. die Signalperiode SP der Inkrementalsignale SIN, COS. Unverändert bleibt jedoch die ausgangsseitige Signalperiode SP' der analo­ gen Inkrementalsignale SIN', COS'. Damit wiederum ist ohne Korrektur nicht gewährleistet, daß die gewünschte Beziehung SP' = n . SP zwischen den ein- und ausgangsseitigen Signalperioden SP und SP' gilt.

Aus diesem Grund ist bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Si­ gnalperioden-Variationseinheit 26 vorgesehen, in die Ermittlung des Sollpo­ sitions-Meßwertes SPM über die Prozessoreinheit 27 auch die Umgebungs­ parameter miteinzubeziehen, d. h. SPM = f(p, T, f). Hierbei gehen die Umge­ bungsparameter p, T, f und ggf. auch die Gas-Zusammensetzung in die bei der Bestimmung von SPM gemäß Gl. (1) herangezogene Wellenlänge λ_Luft ein. Über geeignete Erfassungsmittel 39 werden deshalb sensormäßig lau­ fend die Umgebungsparameter wie Luft-Temperatur, -Feuchte und -Druck sowie evtl. auch die Gas-Zusammensetzung detektiert, über die Datenlei­ tung 33 der Prozessoreinheit 27 zugeführt und bei der Bestimmung des Sollpositions-Meßwertes SPM berücksichtigt. Hierzu wird in der Prozes­ soreinheit 27 laufend die Wellenlänge λ_Luft über die bekannte Edlen-Formel aktualisiert und bei der Bestimmung von SPM berücksichtigt. Über die be­ schriebene Korrektur in Form des Herauf- oder Herabsetzen des Adreß­ zählerwertes AZW im Fall der Abweichung von Soll- und Istpositions-Meß­ wert SPM, IPM werden auch die Umgebungseinflüsse auf die Positionsge­ nauigkeit minimiert. Ausgangsseitig weisen die analogen Inkrementalsignale SIN', COS' dann maximal einen Fehler auf, der in der Größenordnung der Auflösung eines Tabellenbereiches 21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k bzw. eines hal­ ben Tabellenbereiches liegt, je nach gewählter Korrektur-Schrittweite.

Alternativ zur erwähnten Erfassung der Umgebungs-Parameter könnte auch vorgesehen werden, den Brechungsindex der Luft im Meßraum über eine Brechungsindex-Bestimmungseinheit, z. B. über ein Refraktometer direkt zu ermitteln und der Prozessoreinheit 27 zur Weiterverarbeitung zuzuführen. Die Prozessoreinheit 27 zieht die Ausgangssignale des Refraktometer zu­ sätzlich zur Bestimmung des aktuellen Sollpositions-Meßwertes heran.

In Fig. 4 ist desweiteren ein Datenspeicher 40 schematisiert angedeutet, in dem meßanordnungsspezifische Kompensationsdaten KD abgelegt sind. Hierbei handelt es sich im Fall einer Werkzeugmaschine beispielsweise um maschinenspezifische Korrekturdaten bezüglich Spindelsteigungsfehlern, Führungsfehlern, thermischen Fehlern etc., die während der Positionsbe­ stimmung ähnlich den Umgebungs-Parametern p, T, f ebenfalls der Prozes­ soreinheit 27 zugeführt werden. Von der Prozessoreinheit 27 werden diese Daten KD ebenfalls in die laufende Bestimmung des Sollpositions-Meßwer­ tes SPM einbezogen und über die beschriebene Korrektur bei der Ausgabe der analogen Inkrementalsignale berücksichtigt, d. h. SPM = f(KD).

Grundsätzlich kann über die erfindungsgemäße Signalperioden-Variations­ einheit 26 dabei auch ein Signalperioden-Umrechnungsfaktor n=1 gewählt werden, so daß über die damit mögliche Korrektur lediglich bestimmte Fehler bei der Positionsbestimmung eliminiert bzw. minimiert werden, die Ein- und Ausgangs-Signalperiode SP, SP' jedoch unverändert bleibt.

Desweiteren besteht die Möglichkeit etwa im Fall einer Positionsmeßein­ richtung mit körperlich ausgebildeter Maßstabteilung eventuell vorhandene Teilungsfehler vorab zu ermitteln und geeignete Korrekturdaten diesbezüg­ lich in einem Speicher abzulegen. Von der Prozessoreinheit können auch diese meßsystemspezifischen Korrekturdaten im Verlauf der Messung be­ rücksichtigt werden.

Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen existieren selbstverständ­ lich weitere Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Positionsmeßeinrichtung auszugestalten.

Claims (33)

1. Positionsmeßeinrichtung zur Bestimmung der Relativposition zweier zueinander beweglicher Objekte, welche im Fall der Relativbewegung mindestens ein Paar phasenversetzter, analoger Inkrementalsignale (SIN, COS) liefert und über eine Signalperioden-Variationseinheit (6) eine definierte Variation der Signalperioden (SP) der an eine nachge­ ordnete Auswerteeinheit (4) übertragenen analogen Inkrementalsignale (SIN', COS') um mindestens einen Signalperioden-Variationsfaktor (n) möglich ist.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wobei über die Signalperi­ oden-Variationseinheit (6) analoge Inkrementalsignale (SIN', COS') mit mindestens zwei unterschiedlichen Signalperioden (SP') erzeugbar sind, die in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit (4) über mindestens eine Steuerleitung (8) mit der Signalperioden-Va­ riationseinheit (6) verbunden ist, über die die Übertragung eines Steuer­ signales zur Variation des Signalperiode (SP) der analogen Inkremen­ talsignale (SIN, COS) möglich ist.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wobei auch die unverän­ derten Inkrementalsignale (SIN, COS) mit der ursprünglichen Signalpe­ riode (SP) an die nachgeordnete Auswerteeinheit (5) übertragbar sind.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signal­ perioden-Variationseinheit (6) mindestens eine erste Interpolatoreinheit (9) und einen Speicherbaustein (11) mit mindestens einer Umrechnungstabelle zur Ansteuerung mindestens einer ausgangsseitig angeordneten D/A-Wandlereinheit (12A, 12B) umfaßt.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Interpola­ toreinheit (9) zur hochauflösenden Unterteilung der analogen Inkre­ mentalsignale (SIN, COS) dient und desweiteren eine zweite Interpola­ toreinheit (10) in der Signalperioden-Variationseinheit (6) angeordnet ist, über die die Signal-Nulldurchgänge der analogen Inkrementalsignale erfaßbar sind.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signal­ perioden-Variationseinheit (26) ferner Korrekturmittel (25, 27, 38) zur Eliminierung von Fehlern umfaßt, die bei der Signalperiodenvariation resultieren.

8. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signal­ perioden-Variationseinheit (26) mindestens einen Speicherbaustein (41) mit min­ destens einer Umrechnungstabelle (21A, 21B) umfaßt, die mehrere adressierte und ansteuerbare Tabellenbereiche (21A₁-21A_k, 21B₁-­ 21B_k) aufweist, denen jeweils definierte Signalamplitudenwerte der an die Auswerteeinheit zu übertragenden Inkrementalsignale (SIN', COS') zugeordnet sind.

9. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Speicherbaustein (41) pro vorgesehenem Signalperioden-Variationsfaktor (n) mindestens eine Umrechnungstabelle (21A, 21B) umfaßt.

10. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Signal­ perioden-Variationseinheit (26) eingangsseitig eine Interpolatoreinheit (29) zur Er­ zeugung von interpolierten Digitalsignalen sowie eine Richtungserken­ nungseinheit (23) umfaßt, denen jeweils die von der Positionsmeßeinrichtung gelieferten Inkrementalsignale (SIN, COS) zu­ führbar sind und desweiteren den Ausgängen der Interpolatoreinheit (29) und der Richtungserkennungseinheit (23) eine Adreßzählereinheit (24) nachgeordnet ist, über die ausgangsseitig die adressierten Tabel­ lenbereiche (21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k) der mindestens einen Umrech­ nungstabelle (21A, 21B) im Speicherbaustein (41) ansteuerbar sind.

11. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 10, wobei zur ausgangsseiti­ gen Variation der Signalperiode (SP') die Adreßzählereinheit (24) je nach auszugebender Signalperiode (SP') die Umrechnungstabelle (21A, 21B) in einer zugehörigen Ansteuer-Schrittweite ansteuert.

12. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 10, wobei dem mindestens einen Speicherbaustein (41) mindestens eine D/A-Wandlereinheit (22A, 22B) nachgeordnet ist, die aus den vom Speicherbaustein (41) über­ mittelten Signalamplitudenwerten analoge Inkrementalsignale (SIN, COS') zur Übertragung an die nachgeordnete Auswerteeinheit erzeugt.

13. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Signal­ perioden-Variationseinheit (26) als Korrekturmittel (25, 27, 38) eine Eingangs­ zählereinheit (25), eine Durchlaufzählereinheit (38) sowie eine Prozes­ soreinheit (27) umfaßt, wobei

• - der Eingangszählereinheit (25) die Ausgangssignale der Interpola­ toreinheit (29) zuführbar sind, woraus der aktuelle Sollpositions-Meßwert (SPM) ermittelbar ist,
• - die Durchlaufzählereinheit (38) die Anzahl der erfolgten Durchläufe durch die mindestens eine Umrechnungstabelle (21A, 21B) bestimmt und
• - die Prozessoreinheit (27) derart ausgebildet ist, daß sie laufend über die Ausgangssignale der Eingangszählereinheit (25) den aktuellen Soll­ positions-Meßwert bestimmt und mit dem aktuellen Istpositions-Meßwert (IPM) vergleicht, der sich aus dem aktuellen Stand der Adreßzählerein­ heit (24) und dem aktuellen Stand der Durchlaufzählereinheit (38) ergibt und im Fall einer Abweichung von Soll- und Istpositions-Meßwert (SPM, IPM) den Adreßzählerwert (AZW) der Adreßzählereinheit (24) definiert verändert.

14. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Korrekturmittel desweiteren Erfassungsmittel (39) zur laufenden sensormäßigen Be­ stimmung von Parametern (p, T, f) bezüglich der Meßumgebung umfas­ sen und die erfaßten Parameter (p, T, f) der Prozessoreinheit (27) zu­ führbar sind, die diese zusätzlich zur Bestimmung des aktuellen Istposi­ tions-Meßwertes (IPM) heranzieht.

15. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Korrekturmittel desweiteren einen Datenspeicher (40) umfassen, in dem meßanord­ nungs-spezifische Kompensationsdaten (KD) abgelegt sind, die der Prozessoreinheit (27) zuführbar sind, die diese Kompensationsdaten (KD) zusätzlich zur Bestimmung des aktuellen Sollpositions-Meßwertes (SPM) heranzieht.

16. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Korrekturmittel desweiteren eine Brechungsindexbestimmungseinheit umfassen, deren Ausgangssignale der Prozessoreinheit zuführbar sind, die diese Signale zusätzlich zur Bestimmung des aktuellen Sollpositions-Meßwertes her­ anzieht.

17. Verfahren zum Betrieb einer Positionsmeßeinrichtung zur Bestimmung der Relativposition zweier zueinander beweglicher Objekte, die im Fall der Relativbewegung mindestens ein Paar phasenversetzter, analoger Inkrementalsignale (SIN, COS) liefert, wobei über eine Signal­ perioden-Variationseinheit (6) die Signalperioden (SP') der an eine nachgeord­ nete Auswerteeinheit (4) übertragenen analogen Inkrementalsignale (SIN', COS') um mindestens einen Signalperioden-Variationsfaktor (n) definiert variiert werden können.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei über die Signalperioden-Variations­ einheit (6) analoge Inkrementalsignale (SIN, COS, SIN', COS') mit mindestens zwei unterschiedlichen Signalperioden (SP, SP') erzeugt werden, die in einem definierten Verhältnis zueinander stehen.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die mindestens zwei unterschiedli­ chen Signalperioden (SP, SP') in einem ganzzahligen Verhältnis zuein­ ander stehen.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Signalperioden in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit der beiden zueinander beweglichen Objekte variiert werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei im Fall höherer Relativgeschwin­ digkeiten eine größere Signalperiode (SP') über die Signalperioden-Va­ riationseinheit (6) eingestellt wird als im Fall geringerer Relativge­ schwindigkeiten.

22. Verfahren nach Anspruch 17, wobei zur Variation der Signalperiode über eine Steuerleitung (8) zwischen der Signalperioden-Variationsein­ heit (6) und einer nachgeordneten Auswerteeinheit (4) ein Steuersignal zur definierten Umstellung der gerade aktuellen Signalperiode (SP) auf eine andere Signalperiode (SP') von der Auswerteeinheit (4) zur Signal­ perioden-Variationseinheit (6) übertragen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Variation der Signalperiode (SP) der analogen Inkrementalsignale (SIN, COS) zu einem definierten Umschaltzeitpunkt (t_U) vorgenommen wird, an dem ein Nulldurchgang eines der Inkrementalsignale (SIN, COS) vorliegt.

24. Verfahren nach Anspruch 17, wobei auch eine Übertragung unverän­ derter analoger Inkrementalsignale (SIN, COS) von der Positions­ meßeinrichtung (1) an die Auswerteeinheit (4) möglich ist.

25. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die analogen Inkrementalsignale (SIN, COS) über ein oder mehrere Interpolatoreinheiten (9, 10) unterteilt und ein oder mehrere Digitalwörter gebildet werden, die den zugehöri­ gen Positionswerten entsprechen, die Digitalwörter zur Adressierung ei­ nes Speicherbausteines (11) genutzt werden, der mindestens eine Um­ rechnungstabelle für mindestens einen Signalperiode-Variationsfaktor enthält und über den ein Signal mit veränderter Signalperiode gebildet wird und über den Speicherbaustein (11) ausgangsseitig Ansteuersi­ gnale für ein oder mehrere D/A-Wandlereinheiten (12A, 12B) erzeugt werden, so daß ausgangsseitig analoge Inkrementalsignale (SIN', COS') mit veränderter Signalperiode (SP') zur Verfügung stehen.

26. Verfahren nach Anspruch 17, wobei desweiteren über Korrekturmittel (25, 27, 38), die der Signalperioden-Variationseinheit (26) zugeordnet sind, resultierende Fehler bei der Signalperiodenvariation eliminiert wer­ den.

27. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Signalperiode (SP) über minde­ stens eine Umrechnungstabelle (21A, 21B) variiert wird, die der Signal­ perioden-Variationseinheit (26) zugeordnet und in einem Speicherbau­ stein (41) abgelegt ist und mehrere adressierte Tabellenbereiche (21A₁-­ 21A_k, 21B₁-21B_k) aufweist, denen jeweils definierte Signalamplituden­ werte der an die Auswerteeinheit zu übertragenden Inkrementalsignale (SIN', COS') zugeordnet sind.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Paar der von der Positions­ meßeinrichtung gelieferten phasenversetzten Inkrementalsignale (SIN, COS) jeweils einer Interpolatoreinheit (29) sowie einer Richtungserken­ nungseinheit (23) zugeführt wird, deren Ausgängen eine Adreßzäh­ lereinheit (24) nachgeordnet ist und über die Adreßzählereinheit (24) ausgangsseitig die adressierten Tabellenbereiche (21A₁-21A_k, 21B₁- 21B_k) der mindestens einen Umrechnungstabelle (21A, 21B) im Spei­ cherbaustein (41) angesteuert werden.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei zur ausgangsseitigen Variation der Signalperiode (SP') über die Adreßzählereinheit (24) die mindestens eine Umrechnungstabelle (21A, 21B) in vorgegebenen Ansteuer-Schrittweiten angesteuert wird, wobei jedem Signalperioden-Variations­ faktor (n) eine bestimmte Ansteuer-Schrittweite zugeordnet ist.

30. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die den angesteuerten Tabellenbe­ reichen (21A₁-21A_k, 21B₁-21B_k) zugeordneten Signalamplitudenwerte an mindestens eine D/A-Wandlereinheit (22A, 22B) übermittelt werden, die daraus die zur Übertragung an die nachgeordnete Auswerteeinheit vorgesehenen Inkrementalsignale (SIN', COS') erzeugt.

31. Verfahren nach Anspruch 26, wobei zur Korrektur der bei der Messung resultierenden Fehler in der Positionsbestimmung

• - einer Eingangszählereinheit (25) die Ausgangssignale der Interpola­ toreinheit (29) zugeführt werden, die zur Ermittlung des aktuellen Soll­ positions-Meßwertes (SPM) herangezogen werden,
• - die Anzahl der erfolgten Durchläufe durch die mindestens eine Um­ rechnungstabelle (21A, 21B) über eine Durchlaufzählereinheit (38) be­ stimmt wird,
• - über eine Prozessoreinheit (27) laufend der aktuelle Sollpositions-Meßwert (SPM) aus den Ausgangssignalen der Eingangszählereinheit (25) bestimmt und mit dem aktuellen Istpositions-Meßwert (IPM) vergli­ chen wird, der sich aus dem aktuellen Stand der Adreßzählereinheit (24) und dem aktuellen Stand der Durchlaufzählereinheit (38) ergibt, und im Fall einer festgestellten Abweichung von Soll- und Istpositions-Meßwert (SPM, IPM) der Adreßzählerwert (AZW) der Adreßzählereinheit (24) über die Prozessoreinheit (27) definiert verändert wird.

32. Verfahren nach Anspruch 26, wobei zur Korrektur der bei der Messung resultierenden Fehler in der Positionsbestimmung desweiteren laufend Parameter (p, T, f) bezüglich der Meßumgebung erfaßt werden, die der Prozessoreinheit (27) zugeführt und von dieser zusätzlich zur Bestim­ mung des aktuellen Istpositions-Meßwertes (IPM) herangezogen wer­ den.

33. Verfahren nach Anspruch 26, wobei zur Korrektur der bei der Messung resultierenden Fehler in der Positionsbestimmung desweiteren der Pro­ zessoreinheit (27) meßanordnungs-spezifische Kompensationsdaten (KD) zugeführt und von dieser zusätzlich zur Bestimmung des aktuellen Sollpositions-Meßwertes (SPM) herangezogen werden.