DE19830294C2 - Meßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Lage- und/oder Winkelbestimmung zweier relativ zueinander bewegter Objekte. Die Meßvorrichtung ist insbesondere zum Einsatz in mit hoher Genauigkeit arbeitenden Werk­ zeugmaschinen geeignet.

Derartige Meßvorrichtungen weisen ein Meßfeld und ein Abtastfeld auf. Das Meßfeld weist eine periodische Tei­ lung auf, wobei Fenster und Stege in Längsrichtung des Meßfeldes jeweils abwechselnd angeordnet sind und die Fenster sowie die Stege jeweils eine konstante Breite aufweisen. Die Fenster weisen jeweils eine Vorder- und eine Hinterkante auf, die mit den Kanten der jeweiligen Stege identisch sind. Die rechteckigen Fenster des Meß­ feldes sind senkrecht zur Längsrichtung des Meßfeldes angeordnet. Bei einfachen Meßvorrichtungen ist das Ab­ tastfeld identisch zum Meßfeld aufgebaut.

Die Messung der Lage und/oder eines Winkels erfolgt durch Relativbewegung zwischen Meßfeld und Abtastfeld.

Hierbei wird das Abtastfeld beispielsweise von einer Lichtquelle homogen durch das Meßfeld hindurch ausge­ leuchtet und von einem gegenüber der Lichtquelle ange­ ordneten Photoelement die Lichtintensität des durch die Meßvorrichtung fallenden Lichts gemessen. Das Maximum des von dem Photoelement abgegebenen Meßsignals ist somit dann erreicht, wenn sich die Fenster des Meßfel­ des mit den Feldern des Abtastfeldes überdecken. Ent­ sprechend ist das Meßsignal minimal, wenn die Stege des Meßfeldes auf Höhe der Fenster des Abtastfeldes ange­ ordnet sind. Statt des photoelektrischen Abtastprinzips kann auch ein magnetisches, induktives oder kapazitives Abtastprinzip eingesetzt werden.

Wenn Meßfeld und Abtastfeld im Aufbau identisch sind, entsteht durch die Relativbewegung der beiden Felder zueinander ein periodisches, dreieckförmiges Meßsignal. Dreieckförmige Meßsignale weisen Oberwellen auf. Ins­ besondere bei langen Übertragungswegen werden Meßsigna­ le mit Oberwellen verzerrt, so daß das Meßergebnis ver­ fälscht wird.

Aus US 3 427 463 ist eine Meßvorrichtung bekannt, mit der ein Meßsignal erzeugt wird, bei dem eine Oberwelle unterdrückt ist. Hierzu sind die Fenster des Abtastfel­ des jeweils um den gleichen Kippwinkel gekippt, so daß ihre Kanten schräggestellt sind. Die Kanten sind zuein­ ander parallel, so daß der Umriß der Fenster jeweils ein Parallelogramm bildet. Je nach Wahl des für sämt­ liche Fenster gleichen Kippwinkels kann eine Oberwelle einer bestimmten Ordnung unterdrückt werden. Damit ist aber ein oberwellenfreier Signalverlauf grundsätzlich nicht erreichbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung zu schaffen, bei der mehrere Oberwellen zumindest abge­ schwächt und insbesondere vollständig unterdrückt wer­ den.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß weisen die Kanten der Fenster des Ab­ tastfeldes gegenüber der Längsrichtung nicht den glei­ chen Kippwinkel, sondern unterschiedliche Kippwinkel auf. In dem Abtastfeld ist eine Vielzahl von Kanten mit unterschiedlichen Kippwinkeln vorgesehen. Die Kippwin­ kel der Kanten sind so gewählt, daß die Anzahl derje­ nigen Kanten, bei denen der Betrag des Kippwinkels in einem Winkelintervall vorgegebener Größe liegt, mit steigendem Kippwinkel zunimmt. Zur Bestimmung der Kipp­ winkel wird der Bereich zwischen Null und dem maximalen geforderten Kippwinkel in gleichgroße beliebig gewählte Intervalle unterteilt. Die Anzahl der in jedem Inter­ vall vorgesehenen Kippwinkel wird so gewählt, daß sie mit der Größe der Kippwinkel zunimmt, so daß in dem ersten Intervall die geringste und in dem letzten In­ tervall die höchste Anzahl an Kippwinkeln enthalten ist.

Durch eine derartige Wahl und Anordnung unterschiedli­ cher Kippwinkel im Abtastfeld können mehrere Oberwellen gleichzeitig teilweise oder ganz unterdrückt werden. Durch das Verkippen der Kantender Fenster wird das bei senkrechten Fenstern erzeugte dreieckförmige Signal ge­ rundet, so daß das Signal in den Extrema parabelförmig ist. Durch die erfindungsgemäße Wahl einer Vielzahl un­ terschiedlicher Kippwinkel der Kanten kann ein sinusähnliches Signal erzeugt werden, das im wesentlichen oberwellenfrei ist. Mit einem sinus-ähnlichen Signal können auch sehr genaue Meßer­ gebnisse über lange Übertragungswege ohne störende Verzerrungen übertragen werden. Es ist nicht unbedingt erfoderlich, daß in­ nerhalb desselben Abtastfeldes alle Kanten unterschiediche Kippwinkel haben, jedoch sollte die Anzahl der Kippwinkel mög­ lichst groß sein. Sie beträgt vorzugsweise mindestens 5 und insbesondere mindestens 10. Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Kanten mindestens 15 unterschiedliche Kippwinkel aufweisen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für das Unter­ drücken von Oberwellen nicht die Breite, die Form oder der Ab­ stand der Fenster ausschlaggebend ist, sondern die Lage der Kanten der Fenster bzw. Stege.

Die Kanten sind vorzugsweise gerade. Ferner können die Kanten als Polygone ausgebildet sein, so daß die Kanten nicht über die gesamte Höhe des Abtastfeldes gerade sind. Sämtliche Winkel der einzelnen Kanten sind so gewählt, daß die Anzahl derjenigen Kanten bzw. Polygonabschnitte, bei denen der Betrag des Kipp­ winkels in einem Winkelintervall vorgegebener Größe liegt, mit steigendem Kippwinkel zunimmt.

Vorzugsweise sind die Kanten der Fenster im wesentli­ chen parallel zueinander, so daß die Kippwinkel der vorderen und hinteren Kanten je Fenster identisch sind und im wesentlichen ein Parallelogramm bilden. Ebenso können die Kanten auch so im Abtastfeld angeordnet sein, daß die Fenster die Form eines symmetrischen oder unsymmetrischen Trapezes haben.

Die Größe der Kippwinkel der Kanten kann so gewählt werden, daß zwischen dem Kippwinkel benachbarter Kanten keine Beziehung besteht, d. h. die Kanten in beliebiger Reihenfolge angeordnet sind. Ebenso können jeweils meh­ rere Kanten den gleichen Kippwinkel aufweisen. Vor­ zugsweise sind die Kanten jedoch so angeordnet, daß die Größe der Kippwinkel von einem Ende des Abtastfeldes zum anderen Ende hin zunimmt. Es ist ferner möglich, Gruppen von Kanten zu bilden, wobei innerhalb der Grup­ pen der Kippwinkel zunimmt und die Gruppen identisch sind. Bei sämtlichen vorstehenden Anordnungsmöglichkei­ ten der Kanten sowie bei Kombinationen dieser Anord­ nungsmöglichkeiten ist es erfindungswesentlich, daß das Abtastfeld eine Vielzahl von Kanten mit unterschiedli­ chem Kippwinkel aufweist.

Vorzugsweise sind die Vorder- und Hinterkanten der Fen­ ster so angeordnet, daß eine senkrecht zur Längsrich­ tung des Abtastfeldes verlaufende Linie nicht gleich­ zeitig die Vorder- und die Hinterkante zweier benach­ barter Fenster schneidet. Somit überschneiden sich be­ nachbarte Fenster senkrecht zur Längsrichtung nicht. Mit anderen Worten: Jede senkrecht zur Längsrichtung verlaufende Linie schneidet stets nur eine Kante eines einzigen Fensters oder keine Kante.

Die Kippwinkel der einzelnen Kanten können durch nach­ stehende Gleichung exakt bestimmt werden, um ein ober­ wellenfreies Meßsignal zu erzeugen:

Hierbei ist N die Gesamtzahl der Kanten des Abtastfel­ des, H die Höhe des Abtastfeldes senkrecht zur Längs­ richtung, P die Länge einer Periode, n der Laufindex der einzelnen Kanten und α_n der Kippwinkel der n-ten Kante.

Zur Bestimmung des Kippwinkels α_n einer bestimmten Kan­ te n muß zunächst die Gesamtanzahl N der Kanten festge­ legt werden. Die Gesamtanzahl N der Kanten ist bei­ spielsweise durch den vorhandenen Platz sowie durch die geforderte Oberwellenfreiheit bestimmt. Ebenso muß die Höhe H des Abtastfeldes und die Periodenlänge P festge­ legt werden. Anschließend wird zur Berechnung des Kipp­ winkels der ersten Kante der Laufindex n auf 1 gesetzt und der Kippwinkel α₁ solange variiert, bis die Glei­ chung gelöst ist. Die Kippwinkel weiterer Kanten werden auf die gleiche Weise berechnet, indem der Laufindex n der einzelnen Fenster jeweils um 1 erhöht wird und der Kippwinkel α_n so lange verändert wird, bis die Glei­ chung für die n-te Kante erfüllt ist.

Durch das n-malige Lösen der Gleichung ergeben sich n unterschiedliche Kippwinkel. Ist die Gesamtzahl N der Kanten des Abtastfeldes mit den errechneten n Kippwin­ keln identisch, so wird ein Abtastfeld erzeugt, bei dem alle Kippwinkel unterschiedlich sind. Um beispielsweise Fenster in Form von Parallelogrammen zu erzeugen, muß jeder Kippwinkel zweimal vorkommen, da die Vorder- und die Hinterkante jedes Fensters denselben Kippwinkel α_n aufweist. Die errechnete Anzahl n unterschiedlicher Kippwinkel ist somit halb so groß wie die Gesamtzahl N der Kanten des Abtastfeldes mit parallelogrammförmigen Fenstern. Entsprechendes gilt, wenn ein Kippwinkel viermal, sechsmal oder öfter im Abtastfeld vorhanden sein soll.

Der Laufindex n dient lediglich zur Berechnung der ein­ zelnen Kippwinkel α_n der Kanten. Durch den Laufindex n ist die Reihenfolge der Kanten innerhalb des Abtastfel­ des nicht festgelegt. Es ist somit möglich, die einzel­ nen Kippwinkel α_n der Kanten zu berechnen und die Kan­ ten anschließend in einer beliebigen oder nach anderen Kriterien ausgewählten Reihenfolge im Abtastfeld anzu­ ordnen, sowie innerhalb eines Abtastfeldes Kanten mit gleichem Kippwinkel vorzusehen, wobei die unterschied­ lichen Kippwinkel unterschiedlich häufig vorkommen kön­ nen. Vorzugsweise ist der Laufindex n mit der Reihen­ folge der Kanten identisch.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische vergrößerte Darstellung eines Meßfeldes und einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtastfeldes,

Fig. 2 eine Wertetabelle der in einem Abtastfeld nach Fig. 1 enthaltenen Kippwinkel,

Fig. 3 ein Diagramm der sich aus Fig. 2 ergebenden Anzahl der Kippwinkel je Winkelintervall,

Fig. 4 eine schematische vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtastfeldes,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines entlang ei­ nes Kreisbogens angeordneten Abtastfeldes und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Abtastein­ heit mit vier Abtastfeldern.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines langgestreckten Meß­ feldes 10 und eines langgestreckten Abtastfeldes 12 dargestellt. Das Meßfeld 10 weist mehrere Fenster 14 und Stege 16 auf, die abwechselnd zueinander angeordnet sind. Die Fenster 14 und die Stege 16 sind jeweils rechteckig, wobei die Fenster 14 lichtdurchlässig und die Stege 16 lichtundurchlässig sind.

Das Abtastfeld 12 weist ebenfalls in Längsrichtung 18 abwechselnd angeordnete Fenster 20 und Stege 22 auf. Die Fenster 20 des Abtastfeldes 12 sind gegenüber der in Längsrichtung 18 verlaufenden Mittellinie 24 ge­ kippt.

Zur Erzeugung eines Meßsignals sind das Meßfeld 10 und das Abtastfeld 12 auf einer Höhe angeordnet, so daß sich das Meßfeld 10 und das Abtastfeld 12 in Längsrich­ tung überdecken. Auf einer Seite der Anordnung des Meß­ feldes 10 und des Abtastfeldes 12 ist eine Lichtquelle und auf der gegenüberliegenden Seite ein Photoelement angeordnet, das die durch die Fenster 14 und 20 fallen­ de Lichtmenge mißt. Bei einer Relativverschiebung zwi­ schen Meßfeld 10 und Abtastfeld 12 in Längsrichtung 18 entsteht ein sinusähnliches Meßsignal.

Das Meßfeld 10 weist eine konstante Teilungsperiode P auf. Die Teilungsperiode P ist jeweils durch ein Fen­ ster 14 und einen Steg 16 in zwei gleichgroße Abschnit­ te unterteilt, so daß die Fenster 14 und die Stege 16 jeweils eine der halben Teilungsperiode P/2 entspre­ chende Breite aufweisen. In dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Meßfeld 10 ein langgestreckter gerader Streifen, der zur Längen- oder Abstandsmessung eingesetzt wird. Die Länge des Meßfeldes ist auf das Einsatzgebiet angepaßt, so daß auch große Weglängen gemessen werden können.

Der Umriß der Fenster 20 des Abtastfeldes 12 entspricht einem Parallelogramm mit jeweils zueinander parallelen Vorderkanten 26 und Hinterkanten 28. Die Fenster 20 und die Stege 22 des Abtastfeldes 12 weisen auf Höhe der in Längsrichtung 18 verlaufenden Mittellinie 24 die glei­ che Breite auf. In dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel entspricht die Breite der Fenster 20 und der Ste­ ge 22 auf Höhe der Mittellinie 24 jeweils der halben Teilungsperiode P/2. Somit entspricht die Teilungsperi­ ode P des Abtastfeldes 12 auf Höhe der Mittellinie 24 der Teilungsperiode P des Meßfeldes 10.

Die Kippwinkel α₁ bis α₄ der schrägstehenden Kanten 26, 28 sind zwischen einer senkrecht zur Mittellinie 24 verlaufenden Linie 29 und den jeweiligen Kanten 26, 28 bestimmt. Der Kippwinkel α nimmt in Fig. 1 von links nach rechts zu, so daß α_{1 <} α₂ < α₃ < α₄ ist. Da die Fenster 20 der in Fig. 1 dargestellten speziellen Aus­ führungsform des Abtastfeldes 12 Parallelogramme sind, tritt jeder Kippwinkel α zweimal auf, da die Vorderkan­ te 26 und die Hinterkante 28 eines Fensters 20 den gleichen Kippwinkel α aufweist. Die Kippwinkel α sind über die gesamte Länge des Abtastfeldes 12 so bestimmt, daß sie stets von einem Ende 30 zum anderen Ende 32 des Abtastfeldes zunehmen.

Die Kippwinkel α zweier benachbarter Fenster 20 sind mit der Breite des dazwischenliegenden Steges 22 so abgestimmt, daß eine zur Mittellinie 24 senkrecht ver­ laufende Linie 34 stets allenfalls die Kanten 26, 28 ei­ nes einzigen Fensters 20 schneidet. Die Linie 34 kann somit in Längsrichtung 18 beliebig verschoben werden und schneidet in keiner Stellung eine Vorderkante 26 eines Fensters 20 und gleichzeitig eine Hinterkante 28 des benachbarten Fensters 20. Durch eine derartige Be­ stimmung der Winkel α in Abhängigkeit der Abmessungen des Abtastfeldes ist sichergestellt, daß sich benach­ barte Fenster 20 senkrecht zur Längsrichtung 18 nicht überschneiden.

Die Kippwinkel α sind durch nachstehende Gleichung be­ stimmbar:

Hierin beschreibt N für die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform die Gesamtzahl der Vorder- oder Hinter­ kanten 26, 28 des Abtastfeldes 12, H die Höhe des Ab­ tastfeldes senkrecht zur Längsrichtung 18, P die Peri­ odenlänge des Abtastfeldes 12 und n den Laufindex der Vorder- oder Hinterkanten 26, 28. Der Winkel α₁ wird dadurch bestimmt, daß der Laufindex n auf 1 gesetzt wird und die bekannten Größen für die Variablen N, H und P eingesetzt werden. Die Größe der Variablen α₁ wird so lange verändert, bis die Gleichung gelöst ist. Entsprechend wird zur Bestimmung des Kippwinkels α₂ n = 2 gesetzt, usw.

Die, in Fig. 2 dargestellte Wertetabelle zeigt die bei Lösung der Gleichung für n = 1 bis 20 erhaltenen Kipp­ winkel α. Hierbei wurde die Höhe des Abtastfeldes H und die Periodenlänge P auf 1 gesetzt. Die Größe der Win­ kelintervalle wurde hier zu 5,3° gewählt. Die Größe der Intervalle ist frei wählbar, wobei aber alle Intervalle gleichgroß sind. In der Tabelle sind die einzelnen In­ tervalle I2 bis I5 durch dicke Querstriche voneinander getrennt.

Um das in Fig. 1 dargestellte Abtastfeld mit parallelo­ grammförmigen Fenstern 20 zu erhalten, werden jeweils zwei Kanten 26, 28 mit demselben errechneten Kippwinkel vorgesehen. Das Abtastfeld weist somit insgesamt vier­ zig Kanten auf, wobei jeweils die Vorderkante 26 und die Hinterkante 28 eines Fensters 20 denselben Kippwin­ kel hat, so daß das Abtastfeld 12 insgesamt zwanzig unterschiedliche Kippwinkel α aufweist.

In der Fig. 3 ist die Anzahl m der Kanten innerhalb der einzelnen Winkelintervalle I1 bis I5 als Säulendiagramm dargestellt, wobei auf der Abszisse die Winkelinterval­ le I1 bis I5 aufgetragen sind und auf der Ordinate die Anzahl m der Kanten aufgetragen ist. In dem Diagramm ist die Anzahl m der Vorder- oder Hinterkanten, d. h. der zwanzig in dem Abtastfeld vorgesehenen Kanten mit unterschiedlichen Kippwinkeln, aufgetragen.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß in einem ersten Winkelintervall I1 zwischen 0° und 5,3° keine Kante mit einem entsprechenden Winkel vorhanden ist. In dem zweiten Intervall I2 von 5,3° bis 10,6° ist eine Kante enthalten. Es handelt sich hierbei um die Kante mit dem Laufindex n = 20, deren Kippwinkel 9° beträgt (Fig. 2). In dem dritten Intervall I3 von 10,6° bis 16° sind vier Kanten vorhanden. Es handelt sich hierbei um die Kanten mit den Laufindices 16 bis 19. Entsprechend sind in dem vierten Intervall I4 sechs Kanten mit den Laufindices n = 10 bis 15 und in dem fünften Intervall I5 neun Kanten mit den Laufindices n = 1 bis 9 vorhan­ den. Mit steigendem Kippwinkel nimmt die Anzahl m der in einem Winkelintervall I1 bis I5 vorhandenden Kanten zu.

In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fenster 20 und Stege 22 trapezförmig. Die Vorder- und Hinterkanten 26, 28 sind so in dem Abtastfeld 12 angeordnet, daß jeweils die einen Steg 22 begrenzenden Kanten 26, 28 betragsmäßig den gleichen Kippwinkel auf­ weisen. Die Kippwinkel α nehmen in Fig. 4 von links nach rechts zu, wobei α₁ < α₂ < α₃ < α₄ ist. Durch Sor­ tieren der Kippwinkel α der Vorderkanten 26 oder der Hinterkanten 28 ergibt sich eine qualitativ der in Fig. 3 dargestellten Verteilung entsprechende Verteilung der Anzahl m von Vorderkanten 26 oder Hinterkanten 28 je vorgegebenem Winkelintervall I. Durch die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform wird ebenfalls ein ober­ wellenfreies Meßsignal erzeugt, wenn die Winkel α durch vorstehende Gleichung bestimmt werden.

Zur Erzeugung eines solchen oberwellenfreien Signals ist es nicht erforderlich, die Kanten 26, 28 so anzuord­ nen, daß die Fenster 20 bzw. die Stege 22 parallelo­ grammförmig (Fig. 1) oder trapezförmig (Fig. 4) sind. Ebenso können die Kanten 26, 28 beliebig vertauscht wer­ den.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform des Abtastfeldes 12 handelt es sich um ein entlang eines Kreisbogens angeordnetes gebogenes Abtastfeld. Das in Fig. 5 nicht dargestellte Meßfeld ist auf einem ent­ sprechenden Kreisbogen angeordnet, so daß durch Rela­ tivbewegungen zwischen dem Abtastfeld 12 und dem Meß­ feld Winkeländerungen gemessen werden können. Entspre­ chend den in den Fig. 1 und 4 dargestellten Abtastfel­ der 12 weist auch das in Fig. 5 dargestellte Abtastfeld entlang der in Längsrichtung 18 verlaufenden Mittelli­ nie 24 abwechselnd Fenster 20 und Stege 22 auf. Die Kippwinkel α werden zwischen den Kanten 26, 28 der ein­ zelnen Fenster 20 und der senkrecht zur Mittellinie 24 verlaufenden Linien 29 bestimmt.

Im Unterschied zu den in Fig. 1 dargestellten Fenstern 20 handelt es sich bei den in Fig. 5 dargestellten Fen­ stern 20 aufgrund der gebogenen Form des Abtastfeldes nicht um Parallelogramme. Der Abstand zwischen den bei­ den radial verlaufenden Kanten 26, 28 der Fenster 20 nimmt von innen nach außen, d. h. mit zunehmendem Radius des Abtastfeldes, zu.

Eine Besonderheit des gebogenen Abtastfeldes besteht darin, daß es zu einer Symmetrielinie 48 symmetrisch ist. Bezogen auf die Symmetrielinie 48 sind die Kipp­ winkel α der in der Fig. 5 links von der Symmetrielinie 48 angeordneten Kanten 26, 28 negativ und die Kippwinkel α der rechts von der Symmetrielinie 48 angeordneten Kanten 26, 28 positiv. Zwei in gleichem Abstand zu der Symmetrielinie 48 angeordnete Kanten 26, 28 weisen somit betragsmäßig den gleichen Kippwinkel α auf, wobei der Betrag des Kippwinkels α nach außen in Richtung der Enden 30, 32 jeweils zunimmt.

Werden die Kippwinkel α der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform betragsmäßig der Größe nach sortiert und ein Winkelintervall festgelegt, so nimmt die Anzahl der innerhalb eines Winkelintervalls liegenden Kanten mit steigendem Kippwinkel α ebenfalls zu.

Auch bei dieser Ausführungsform sind die Kippwinkel α in Abhängigkeit der Abmessungen des Abtastfeldes 12 so gewählt, daß eine senkrecht zur Mittellinie 24 verlau­ fende Linie 34, d. h. eine radial verlaufende Linie, in jeder beliebigen Stellung stets nur die Kanten 26, 28 eines einzigen Fensters 20 schneidet. In keiner Stel­ lung schneidet die Linie 34 somit sowohl die Kante 28 eines Fensters 20, als auch die Kante 26 des benachbar­ ten Fensters 20. Im Grenzfall, d. h. wenn die Linie 34 zwischen den beiden äußersten Fenstern 20 eingezeichnet ist, werden die Kanten 28, 26 zweier benachbarter Fen­ ster 20 durch die Linie 34 gerade auf Höhe der äußeren Ränder 50, 52 des Abtastfeldes 12 berührt.

Eine in Fig. 6 dargestellte Abtasteinheit 54 weist vier Abtastfelder 12 auf. Die Abtastfelder 12 der Abtastein­ heit 54 entsprechen jeweils prinzipiell dem in Fig. 5 dargestellten Abtastfeld 12. Zwei in Fig. 6 übereinan­ der angeordnete Abtastfelder 12 bilden jeweils ein Ab­ tastfeldpaar 56. Die Abtastfelder 12 eines Abtastfeld­ paares 56 sind jeweils um die halbe Teilungsperiode P/2 zueinander versetzt angeordnet. Die beiden Abtastfeld­ paare 56 sind um ein Viertel der Teilungsperiode P/4 zueinander versetzt.

Da es sich bei den Abtastfeldern 12 der Abtasteinheit 54 um gekrümmte Abtastfelder handelt, ist zu berück­ sichtigen, daß der Radius des jeweiligen Kreisbogens r₁ und r₂ bei der Berechnung der Kippwinkel berücksichtigt werden muß. Die in Fig. 6 unteren Abtastfelder 12 un­ terscheiden sich somit geringfügig von den oberen Ab­ tastfeldern 12.

Hinter den Abtastfeldern 12 ist ein Meßfeld mit kon­ stanter Teilung vorgesehen, dessen Höhe sich über die Höhe der beiden Abtastfeldpaare 56 erstreckt. Das Meß­ feld ist ein frei drehbarer Ring. Zur Justierung des Meßfeldes gegenüber der Abtasteinheit 54 ist ein Ju­ stierring 58 vorgesehen. Jedem Abtastfeld 12 ist ein Photoelement und eine Beleuchtungsquelle zugeordnet.

Die Abtastfelder 12 können auch durch eine gemeinsame Beleuchtungsquelle beleuchtet werden. Die vier Photo­ elemente erzeugen jeweils ein Meßsignal. Da Photodioden nur ein Halbwellensignal erzeugen können, sind die Meß­ signale zweier Abtastfelder 12 antiparallel geschaltet, um ein Vollwellensignal als Meßsignal zu erhalten. Auf diese Weise werden zwei um 90° zueinander phasenver­ setzte Signale erzeugt.

Claims (11)

1. Meßvorrichtung zur Lage- oder Winkelbestimmung, mit einem Fenster (14) und Stege (16) mit konstan­ ter Teilung aufweisenden Meßfeld (10) und einem in Längsrichtung (18) ebenfalls abwechselnd Fenster (20) und Stege (22) aufweisenden Abtastfeld (12), wobei in dem Abtastfeld (12) die vorderen Kanten (26) und die hinteren Kanten (28) der Fenster (20) bzw. Stege (22) gegenüber der Längsrichtung (18) schräggestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abtastfeld die Kanten (26, 28) eine Vielzahl unterschiedlicher Kippwinkel (α) aufwei­ sen, wobei die Anzahl derjenigen Kanten (26, 28), bei denen der Betrag des Kippwinkels (α) in einem Winkelintervall vorgegebener Größe liegt, mit steigendem Kippwinkel (α) zunimmt.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine geradzahlige Anzahl Kanten (26, 28) betragsmäßig denselben Kippwinkel (α) auf­ weist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (26, 28) der Fenster (20) oder der Stege (22) jeweils parallel zuein­ ander sind.

4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Größe der Kippwinkel (α) von einem Ende (30) des Abtastfeldes (12) zum anderen Ende (32) hin zunimmt.

5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß eine senkrecht zur Längsrichtung (18) verlaufende Linie (34) eine der Kanten (26, 28) oder keine der Kanten (26, 28) des­ selben Fensters (20) schneidet, so daß sich be­ nachbarte Fenster (20) senkrecht zur Längsrichtung (18) nicht überschneiden.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kippwinkel (α) durch die Funktion
bestimmt sind, wobei n der Laufindex der Kanten (26, 28), N die Gesamtzahl der Kanten (26, 28), H die Höhe des Abtastfeldes (12), P die Länge der Periode und α_n der Kippwinkel der n-ten Kante ist.

7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, da­ durch gekennzeichnet, daß die schrägstehenden Fen­ ster (20) oder Stege (22) des Abtastfeldes (12) untereinander gleiche Breite, vorzugsweise eine der halben Teilungsperiode (P/2) entsprechende Breite, aufweisen.

8. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter schrägstehender Fenster (20) oder Stege (22) in dem Abtastfeld (12) auf Höhe der Längsmittellinie (24) des Abtastfeldes (12) konstant ist, vorzugs­ weise eine Teilungsperiode (P) beträgt.

9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Abtastfeld (12) ent­ lang eines Kreisbogens angeordnet ist.

10. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Abtastfelder (12) ein Paar (56) bilden, wobei die zwei Abtastfelder (12) zueinander um die halbe Teilungsperiode (P/2) versetzt sind.

11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Abtastfeldpaare (56) vor­ gesehen sind, die zueinander um ein Viertel der Teilungsperiode (P/4) versetzt sind.