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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotatorische Positionsmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannte optische Drehgeber umfassen üblicherweise eine rotierende Teilscheibe mit einer inkrementalen und/oder absolut-codierten Transmissions-Meßteilung. Stationär hierzu sind auf Seiten des Drehgebergehäuses eine Lichtquelle, ein oder mehrere phasenversetzte Abtastteilungen sowie denselben zugeordnete Detektorelemente vorgesehen. Als nachteilig an derartigen Drehgebern ist mitunter ein relativ großer Montage- und Justageaufwand anzusehen. Insbesondere sei in diesem Zusammenhang die Justage der Abtastteilungen in Bezug auf die restlichen Komponenten des Drehgebers erwähnt. Desweiteren sind auf diesem Prinzip basierende Drehgeber anfällig hinsichtlich Verschmutzungen der Meß- und/oder Abtastteilungen, wodurch wiederum Fehler bei der Positionsbestimmung resultieren kennen.
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Eine gattungsgemäße rotatorische Positionsmeßeinrichtung, bei der die erwähnten Probleme zumindest teilweise gelöst sind, ist aus der
EP 0 646 796 A1 bekannt. Dort wird in
12 eine Positionsmeßeinrichtung vorgeschlagen, welche eine statorseitige Baueinheit umfaßt, die gegenüber einer rotierenden Baueinheit angeordnet ist. Auf der Unterseite der Stator-Baueinheit ist eine Lichtquelle in Form einer LED angeordnet, die ein Strahlenbündel in Richtung der Rotor-Baueinheit emittiert. Vorher wird das emittierte Strahlenbündel in der Stator-Baueinheit mehrmals umgelenkt und in ein rotationssymmetrisches flächiges Strahlenbündel umgewandelt, das eine zylindrische Transmissions-Abtastteilungsspur durchtritt, welche auf Seiten der Stator-Baueinheit angeordnet ist. In der Rotor-Baueinheit trifft das einfallende Strahlenbündel auf eine ebenfalls zylindrisch ausgebildete Transmissions-Meßteilungsspur, die am äußeren Umfang der Rotor-Baueinheit und damit konzentrisch zur Abtastteilungsspur angeordnet ist. Anschließend wird das flächige Strahlenbündel über ein konisches Umlenkelement wieder in ein Strahlenbündel mit kreisförmigem Querschnitt umgewandelt und trifft nach Verlassen der Rotor-Baueinheit auf ein Detektorelement in der Stator-Baueinheit. Das Detektorelement ist hierbei auf der Oberseite der Stator-Baueinheit angeordnet.
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Trotz der resultierenden Vorteile der Rundum-Abtastung weist diese Positionsmeßeinrichtung eine Reihe von Nachteilen auf. So erfordert die Anordnung des Detektorelementes auf der Oberseite der Stator-Baueinheit, daß dieses durch die Stator-Baueinheit hindurch kontaktiert werden muß. Dies wiederum hat einen beträchtlichen herstellungstechnischen Aufwand zur Folge. Desweiteren emittiert die vorgeschlagene Lichtquelle in Form einer relativ großflächigen LED ungerichtet, was hohe Lichtverluste zur Folge hat. Schließlich ist aufzuführen, daß die vorgesehenen zylinderförmigen Teilungsstrukturen relativ aufwendig herzustellen sind.
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Die
JP 09-196703 A offenbart eine optische Positionsmesseinrichtung mit einem ähnlichen Aufbau wie die eingangs diskutierte Druckschrift
EP 0 646 796 A1 . Auf Seiten der Stator-Baueinheit sind hierbei die Lichtquelle und die Detektorelemente in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet. Diese Konfigurationen erfordern jeweils einen erheblichen Justageaufwand bei der Fertigung einer derartigen Positionsmesseinrichtung.
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Aus der
DE 86 21 057 U1 ist eine optische Positionsmesseinrichtung bekannt, die eine auf einer Welle angeordnete Drehscheibe mit einer optisch abtastbaren Maßverkörperung umfasst. Eine kompakte Bauform wird dadurch erreicht, dass ein Gehäuse der Positionsmesseinrichtung an einem Ende als federnde Membran ausgebildet ist und dass in diese Membran ein Lager der Welle integriert ist. Zur weiteren kompakten Ausgestaltung übernimmt der Abschlussdeckel am anderen Ende des Gehäuses die Funktion einer Platine zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen.
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Die
DE 40 13 936 schlägt eine weitere optische Positionsmesseinrichtung vor, die eine Stator-Baueinheit mit verschiedenen Optoelektronik-Komponenten sowie eine demgegenüber drehbare Rotor-Baueinheit am Ende einer rotierenden Welle mit Umlenkmitteln und einer transmittiven Teilungsstruktur umfasst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße rotatorische Positionsmeßeinrichtung anzugeben, die neben möglichst geringem fertigungstechnischem Aufwand trotzdem eine hinreichende Präzision bei der Positionsbestimmung sicherstellt. Ferner ist eine möglichst kompakte Bauweise gefordert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine rotatorische Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optischen Positionsmeßeinrichtung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt sind.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen gewährleisten nunmehr die herstellungstechnisch einfache Anordnung verschiedenster elektronischer und/oder optoelektronischer Bauelemente auf einer gemeinsamen Seite der Stator-Baueinheit. Hierfür kommen bekannte kostengünstige Bestückungsverfahren in Betracht.
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Desweiteren werden in der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung radiale Teilungsstrukturen als Meß- und Abtastteilungsstrukturen eingesetzt, die einen deutlich geringeren herstellungstechnischen Aufwand erfordern als etwa zylinderförmige Teilungsstrukturen.
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Eine größere Effizienz in der Nutzung der emittierten Strahlung der Lichtquelle wird erfindungsgemäß desweiteren durch die vorgesehene Kollimationsoptik vor der Lichtquelle sichergestellt. Hierbei existieren diverse Möglichkeiten zur Anordnung einer derartigen Kollimationsoptik.
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Eine kompakte Bauweise ist aufgrund des vorgeschlagenen Strahlenganges sowie der Anordnung der verschiedenen Elemente in der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung ebenfalls garantiert.
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Die gewählte Form der Rundum-Abtastung gewährleistet schließlich, daß das System relativ unempfindlich gegenüber eventuellen Verschmutzungen ist und desweiteren die Montagetoleranzen nicht zu eng ausfallen müssen.
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Darüberhinaus ergeben sich vielfältigste Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Positionsmeßeinrichtung an unterschiedlichste Anforderungen anzupassen. So ist die Erzeugung mehrerer phasenversetzter Abtastsignale ebenso möglich wie die Erzeugung von ein oder mehreren Referenzimpulssignalen zur Herstellung eines Absolutbezuges bei der Positionsmessung. Ferner können die verwendeten Teilungsstrukturen innerhalb der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung selbstverständlich auch in bekannter Art und Weise in absolut-codierter Form ausgebildet werden, um derart eine absolute Positionbestimmung zu ermöglichen. Darüberhinaus ist es auch möglich, mehrere Inkrementalsignale zu erzeugen, die bestimmte Phasenbeziehungen zueinander aufweisen, um aus dem jeweiligen Phasenversatz letztlich die Absolutposition der beiden zueinander verdrehbaren Teile zu bestimmen etc..
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Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen.
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Dabei zeigt
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1a eine schematische seitliche Schnitt-Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung;
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1b–1d je eine Teilansicht des ersten Ausführungsbeispieles aus 1a;
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2 eine schematische seitliche Schnitt-Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung.
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Anhand der schematischen Teilansichten in den 1a–1d sei nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung beschrieben.
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Die erfindungsgemäße rotatorische Positionsmeßeinrichtung besteht im wesentlichen lediglich aus den beiden Baueinheiten 10, 20, die die entscheidenden funktionsrelevanten Komponenten umfassen, wie nachfolgend noch erläutert wird. Es ist demzufolge ein äußerst einfacher bzw. kompakter Aufbau gewährleistet, der sowohl im Hinblick auf die Fertigung als auch bezüglich der Montage entscheidende Vorteile bietet.
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Mit dem Bezugszeichen 10 sei nachfolgend die Stator-Baueinheit 10 bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 20 wird die um die Rotationsachse 1 drehbare Rotor-Baueinheit der Positionsmeßeinrichtung bezeichnet. Stator-Baueinheit 10 und Rotor-Baueinheit 20 sind beispielsweise mit zueinander um die Rotationsachse 1 verdrehbaren Maschinenteilen verbunden, deren relative und/oder absolute Position zueinander bestimmt werden soll. Hierbei kann es sich etwa um entsprechende Maschinenteile in einer Werkzeugmaschine handeln. Die von der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung erzeugten positionsabhängigen Signale werden zur Weiterverarbeitung z. B. an eine übliche numerische Werkzeugmaschinensteuerung übertragen. Zur Verbindung mit einem der gegeneinander rotierenden Maschinenteile, z. B. mit einer entsprechenden Welle oder dgl., weist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Rotor-Baueinheit 20 eine geeignete zylinderförmige Aufnahme 22 auf. Selbstverständlich kann die Verbindung der rotierenden Baueinheit 20 mit dem jeweiligen Maschinenteil auch anderweitig erfolgen, beispielsweise über geeignete Kupplungen etc.. Ferner wäre es möglich, auf Seiten der Rotor-Baueinheit in axialer Verlängerung eine Zahnradstruktur unmittelbar an diesem Element vorzusehen, die wiederum in Kontakt mit einer ebenfalls rotierenden Zanhradstruktur ist.
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Sowohl die Rotor-Baueinheit 10 als auch die Stator-Baueinheit 20 bestehen aus scheibenförmigen Trägerkörpern 11, 21, die in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem transparenten Kunststoffmaterial wie etwa Polycarbonat gefertigt sind, so daß etwa eine kostengünstige Fertigung derselben über bekannte Spritzgußverfahren möglich ist. Die Wahl derartiger Materialien und Fertigungstechniken für die Trägerkörper 11, 21 erweist sich auch deshalb als günstig, da dann bestimmte optisch-wirksame Elemente in den jeweiligen Baueinheiten 10, 20 als Bestandteile derselben bereits bei der Fertigung in den Trägerkörper 11, 21 integriert werden können. Bei derartigen optisch-wirksamen Elementen kann es sich etwa um Kollimationsoptiken, Teilungsstrukturen, optisch-ablenkende Elemente etc. handeln. Hierzu sei im übrigen auch auf die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Auf der Unterseite der Statur-Baueinheit 20 sind erfindungsgemäß nunmehr neben einer Lichtquelle 12 desweiteren zumindest ein oder mehrere optoelektronische Detektorelemente 14a–14e angeordnet. Ferner sind in den 1a und 1b auf dieser Seite der Statur-Baueinheit 10 weitere Elektronik-Bauelemente 15a, 15b angeordnet, die in den 1a und 1b lediglich schematisiert angedeutet sind. Mit Hilfe dieser Elektronik-Bauelemente 15a, 15b erfolgt etwa bereits auf Seiten der Positionsmeßeinrichtung eine Verarbeitung der über die Detektorelemente 14a–14e erfaßten Abtastsignale. Hierbei kann es sich beispielsweise um geeignete Verstärker-Bausteine, Interpolatoren etc. handeln. Sowohl die elektronischen als auch die optoelektronischen Bauelemente 12, 14a–14e, 15a, 15b sind demzufolge erfindungsgemäß auf einer gemeinsamen Seite der Statur-Baueinheit 10 angeordnet. Dies wiederum gewährleistet die geforderte einfache Fertigung und Montage der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung. So ist es möglich, diese verschiedenen Bauelemente 12, 14a–14e, 15a, 15b über automatisierte Bestückungsmethoden, z. B. über bekannte SMD-Bestückungsverfahren, Flip-Chip-Montage etc. besonders rationell zu montieren. Hierzu kann etwa eine geeignete Leiterplatte, die in den Figuren nicht gezeigt ist, vor der Endmontage bereits mit diesen Bauelementen bestückt werden; bei der Endmontage wird dann lediglich die komplette Leiterplatte mit den Bauelementen auf der entsprechenden Seite der Baueinheit positionsgerecht montiert. Über die als Trägerelement fungierende Leiterplatte erfolgt dabei gleichzeitig die elektrische Kontaktierung der verschiedenen Bauelemente. Hierzu sind wiederum elektrische Leiterbahnen in die Leiterplatte zu integrieren und mit den verschiedenen Bauelementen zu verbinden.
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Nachfolgend sei zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung der optische Strahlengang in einem möglichen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung beschrieben. So durchtritt das von der Lichtquelle 12 emittierte Stahlenbündel zunächst die in dieser Variante auf Seiten der Stator-Baueinheit 10 angeordnete Kollimatoroptik 13, die ein paralleles Strahlenbündel mit kreisförmigem Strahlquerschnitt erzeugt, welches sich in Richtung der Rotor-Baueinheit 20 weiter ausbreitet. Die Lichtquelle 10, z. B. ausgebildet als LED, als auch die Kollimatoroptik 13 sind hierbei jeweils rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 1 angeordnet. Die Kollimatoroptik 13 ist in diesem Beispiel – wie bereits oben angedeutet – als integraler Bestandteil des transparenten Trägerkörpers 11 ausgebildet, der in diesem Bereich zur Erzielung der gewünschten optischen Wirkung geeignet geformt ist. Grundsätzlich könnte an dieser Stelle auch ein vom Trägerkörper 11 separates optisches Element zur Kollimation vorgesehen werden. Auf Seiten der Rotor-Baueinheit 20 trifft das parallele Strahlenbündel anschließend auf erste Teil-Umlenkmittel 23, welche eine Umlenkung bzw. Transformation des einfallenden Strahlenbündels bewirken. Die ersten Teil-Umlenkmittel 23 sind hierbei als kegelförmiger Reflektor ausgebildet, wobei die Kegelachse mit der Rotationsachse 1 zusammenfällt und die äußeren Kegelflächen reflektierend wirken; die Kegelspitze ist dem einfallenden Strahlenbündel zugewandt. Das einfallende Strahlenbündel mit kreisförmigem Strahlquerschnitt wird über die ersten Teil-Umlenkmittel 23 in ein flächiges Strahlenbündel umgewandelt, das sich von der Rotationsachse 1 weg in radialer Richtung im scheibenförmigen Trägerkörper 21 der Rotor-Baueinheit 20 ausbreitet. Am äußeren Rand des Trägerkörpers 21 trifft das sich nunmehr flächig in einer radialen Ebene ausbreitende Strahlenbündel auf zweite Teil-Umlenkmittel 24, die in Form einer rotationssymmetrischen, reflektierenden Schräge am äußeren Rand des Trägerkörpers 21 ausgebildet sind. Über die zweiten Teil-Umlenkmittel 24 erfolgt dann eine Umlenkung bzw. Umwandlung des einfallenden Strahlenbündels in ein Strahlenbündel mit kreisringförmigem Strahlquerschnitt, das sich symmetrisch bezüglich der Rotationsachse 1 zur Stator-Baueinheit 10 hin ausbreitet. Bevor dieses Strahlenbündel letztlich die Rotor-Baueinheit 20 verläßt, durchtritt es eine erste Teilungsspur 22, die an der Unterseite der Rotor-Baueinheit 20 angeordnet ist; unter Unterseite sei hierbei diejenige Seite verstanden, welche der Stator-Baueinheit 10 zugewandt ist. Die erste Teilungsspur 22 besteht aus einer transmittiven Teilungsstruktur mit alternierend angeordneten Teilbereichen unterschiedlicher Transmissionscharakteristik. Im Fall einer üblichen Inkrementalteilung handelt es sich etwa um periodisch angeordnete lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche, wie dies in 1c dargestellt ist, die eine Ansicht der Unterseite der Rotor-Baueinheit 20 bzw. des Trägerkörpers 21 mit der darauf angeordneten radialen ersten Teilungsspur 22 zeigt. In der gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung fungiert die erste Teilungsspur 22 als Meßteilung.
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Grundsätzlich ist es selbstverständlich möglich, auch alternative transmittive Teilungsstrukturen an dieser Stelle anzuordnen. Hierbei kann es sich etwa um absolut-codierte Teilungsstrukturen handeln. Ebenso können auch mehrere benachbarte Teilungsspuren an dieser Stelle vorgesehen werden usw..
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Auf Seiten der Stator-Baueinheit 10 trifft das von der Rotor-Baueinheit 20 kommende Strahlenbündel anschließend auf eine zweite transmittive Teilungsspur 16, die auf der Oberseite des entsprechenden Trägerkörpers 11 angeordnet ist, welche der Rotor-Baueinheit 20 zugewandt ist. Die zweite Teilungsspur 16 ist ebenfalls radial in Bezug auf die Rotationsachse 1 angeordnet und umfaßt wiederum periodisch angeordnete Bereiche unterschiedlicher Transmissivität, beispielsweise alternierend angeordnete durchlässige und undurchlässige Teilbereiche. In der gezeigten Ausführung als inkrementale Positionsmeßeinrichtung sind hierbei mehrere parallel angeordnete zweite Teilungsspuren 16a–16d auf Seiten der Stator-Baueinheit 10 vorgesehen, die die gleiche Teilungsperiode wie die erste Teilungsspur 22 besitzen, aber einen bestimmten Phasenversatz zueinander aufweisen; eine entsprechende Ansicht der Oberseite der Stator-Baueinheit 10 mit insgesamt vier zweiten Teilungsspuren 16a–16d zeigt 1d. Die vier vorgesehenen zweiten Teilungsspuren 16a–16d sind hierbei jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet, so daß darüber in bekannter Art und Weise ausgangsseitig zwei um 90° phasenversetzte Inkrementalsignale erzeugbar sind. In dieser Ausführungsform fungieren die zweiten Teilungsspuren 16a–16d demzufolge als Abtastteilungen.
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In den beiden Darstellungen mit der ersten und zweiten Teilungsspuren 22, 16, 16a–16d in den beiden 1c und 1d ist in den jeweiligen Teilungspuren 22, 16, 16a–16d integriert jeweils noch ein Referenzmarkierungs-Teilbereich 25, 19 erkennbar. Dieser dient zur Erzeugung eines Referenzimpulssignales bei einer definierten Relativposition der beiden zueinander verdrehbaren Teile. In der ersten Teilungsspur 22 als auch in der zweiten Teilungsspur 16 bzw. in den entsprechenden Teilungsspuren 16a–16d ist zu diesem Zweck ein Teilbereich 25, 19 angeordnet, der sich über mehrere Perioden der jeweiligen Inkrementalteilung erstreckt und z. B. vollkommen durchlässig ausgebildet ist. Neben dieser Möglichkeit der unmittelbaren Integration der jeweiligen Referenzmarkierungs-Teilbereiche 19, 25 in die jeweiligen Meß- und Abtastteilungen ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch möglich, die erforderlichen Referenzmarkierungen benachbart zur ersten und zweiten Teilungsspur anzuordnen. Desweiteren können auch mehrere Referenzmarkierungen über den kompletten Umfang vorgesehen werden, die ggf. abstandscodiert ausgebildet sind usw. Ebenso kann die eigentliche Referenzmarkierung auch anders ausgebildet werden, beispielsweise als unregelmäße Abfolge von durchlässigen und undurchlässigen Teilbereichen usw.. Es lassen sich somit eine Vielzahl bekannter Varianten zur Erzeugung von Referenzimpulssignalen im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisieren.
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Die verschiedenen Teilungsstrukturen 22, 16, 16a–16d auf Seiten der Stator- und Rotor-Baueinheit 10, 20 können in vorteilhafter Weise ebenfalls als integraler Bestandteil der jeweiligen Trägerkörper 11, 21 ausgebildet werden. Beispielsweise ist es hierzu möglich, die jeweiligen Seiten der Trägerkörper 11, 21 unmittelbar geeignet zu strukturieren. Zur Strukturierung kommen hierbei bekannte Technologien in Betracht, die die Aufbringung von Gitterteilungen, Linsenflächenarrays etc. ermöglichen. Im Fall von Kunststoff-Trägerkörpern lassen sich etwa mit Hilfe von Lasern entsprechende Strukturen unmittelbar auf der jeweiligen Oberfläche erzeugen; ebenso kommen herkömmliche photolithographische Techniken hierzu in Betracht usw..
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Grundsätzlich ist es ferner möglich, die jeweiligen Teilungsstrukturen als Amplitudenteilungen oder aber als Phasenteilungen auszugestalten. Die im Einzelfall benötigte Teilungsstruktur ist dabei abhängig vom jeweiligen Abtastprinzip, mit dem die positionsabhängigen Signale letztlich erzeugt werden sollen.
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Die durch die zweiten Teilungsspuren 16a–16d tretenden Strahlenbündel werden anschließend von dritten Teil-Umlenkmitteln 18 auf Seiten der Stator-Baueinheit 10 wieder in Richtung der Rotationsachse 1 hin umgelenkt und in ein entsprechendes flächiges Strahlenbündel umgewandelt. Als drittes Teil-Umlenkmittel 18 dient in diesem Fall wiederum eine kreisringförmige schräge Reflektorfläche am äußeren radialen Ende des Trägerkörpers 11 der Stator-Baueinheit 10. Nach Durchlaufen des Trägerkörpers 11 trifft das flächige Strahlenbündel schließlich auf vierte Teil-Umlenkmittel 17, die ebenfalls wiederum symmetrisch zur Rotationsachse 1 angeordnet und als Kegelabschnitt ausgebildet sind, wobei die – fiktive – Kegelspitze zur Unterseite der Stator-Baueinheit 10 hin gerichtet ist. Hierbei wirken die äußeren Kegelflächen als reflektierende Flächen, über die das einfallende Strahlenbündel demzufolge in Richtung von optoelektronischen Detektorelementen 14 bzw. 14a–14e hin umgelenkt werden. Das auf die Kegelflächen auftreffende Strahlenbündel wird wiederum in ein Strahlenbündel mit kreisringförmigem Strahlquerschnitt umgewandelt. Die Detektorelemente 14, 14a, 14e sind hierbei wie oben angedeutet auf der gleichen Seite des Trägerkörpers 11 der Stator-Baueinheit 10 angeordnet wie die Lichtquelle 12. Im gezeigten Ausführungsbeispiel mit den vier zweiten Teilungsspuren 16a–16d bzw. vier phasenversetzten Abtastteilungsspuren sind insgesamt vier Detektorelemente 14a–14d zur Inkrementalsignalerzeugung vorgesehen, die jeweils einer der vier zweiten Teilungsspuren 16a–16d zugeordnet sind. Nachfolgend sei im Zusammenhang mit diesen Detektorelementen von Inkrementalsignal-Detektorelementen die Rede. Desweiteren ist in diesem Beispiel detektorseitig auch mindestens ein Detektorelement 14e zur Erzeugung des Referenzimpulssignales vorgesehen, nachfolgend als Referenzimpulsignal-Detektorelement bezeichnet.
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Eine Ansicht der Ebene mit der Lichtquelle 12, den verschiedenen Detektorelementen 14, 14a–14e und den weiteren Elektronik-Bauelementen 15a, 15b zeigt 1b. In dieser Ansicht ist insbesondere die Geometrie der verschiedenen Detektorelemente 14, 14a–14e zur Erzeugung der Inkremental- und Referenzimpulssignale und deren Relativanordnung erkennbar. In diesem Ausführungsbeispiel sind die vier Inkrementalsignal-Detektorelemente 14a–14e jeweils kreisringsegmentförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Die über diese vier Inkrementalsignal-Detektorelemente 14a–14e erfaßten positionsabhängigen Abtastsignale weisen in dieser Ausführungsform jeweils einen Phasenversatz von 90° zueinander auf und werden in bekannter Art und Weise weiterverarbeitet um ausgangsseitig zwei gleichstromanteilfreie sinusförmige Inkrementalsignale mit 90° Phasenversatz zur Verfügung zu haben.
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Im Kreisringsegment, welches nicht durch die vier Inkrementalsignal-Detektorelemente 14a–14d belegt ist, ist das Referenzimpulssignal-Detektorelement 14e angeordnet, das in bekannter Art und Weise zur Erzeugung eines Referenzimpulssignales dient. In Bezug auf die räumliche Anordnung des Referenzimpulssignal-Detektorelementes 14e ist in dieser Ausführungsform lediglich zu beachten, daß die winkelmäßige Anordnung mit der des zugehörigen Referenzmarkierungs-Teilbereiches 19 in der zweiten Teilungsspur 16 übereinstimmt. Fall keine Erzeugung eines Referenzimpulssignales vorgesehen ist, wären in einer derartigen Ausführungsform entsprechend vollständig kreisringförmige Detektorelemente an dieser Stelle anzuordnen.
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Eine zweite Variante der erfindungsgemäßen rotatorischen Positionsmeßeinrichtung ist in 2 schematisch dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau dieses Ausführungsbeispieles entspricht demjenigen aus den 1a–1d. Unterschiedlich hierzu ist lediglich die Anordnung der Kollimatoroptik 229. Während in der ersten Ausführungsform die Kolimatoroptik integraler Bestandtel des Trägerkörpers der Statur-Baueinheit war, ist nunmehr vorgesehen, die Kollimatoroptik 229 auf Seiten der Rotor-Baueinheit 200 anzuordnen. Auch hier ist die entsprechende Kollimatoroptik 229 integraler Bestandteil des entsprechenden Trägerkörpers 221, der an der Unterseite im Bereich des von der Lichtquelle 212 her einfallenden Strahlenbündels entsprechend geformt ist, um die kollimierende optische Wirkung zu erzielen.
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Neben den beiden gezeigten Beispielen existieren selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen rotatorischen Positionsmeßeinrichtung.
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So sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die oben vorgenommen Zuordnung bezüglich Statur und Rotor selbstverständlich nicht zwingend erfolgen muß. Auch die Rotor-Baueinheit kann etwa mehrere Teilungsspuren umfasssen, die letztlich als Abtastteilungen fungieren. Ebenso ist es möglich, daß die Rotor-Baueinheit auf einer gemeinsamen Seite die Lichtquelle und das mindestens eine Detektorelement trägt.
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Gemeinsam ist den bislang erläuterten bzw. angedeuteten und den im folgenden noch kurz skizzierten weiteren Ausführungsvarianten jeweils der zweiteilige Aufbau mit Stator- und Rotor-Baueinheit, die alle funktionsrelevanten optischen, optotelektronischen und ggf. elektronischen Komponenten umfassen. Zumindest die Lichtquelle als auch das mindestens eine Detektorelement sind hierbei gemeinsam auf einer Seite einer der beiden Baueinheiten angeordnet. Auf Seiten der Rotor-Baueinheit sind erste Umlenkmittel vorgesehen, die eine Umlenkung des einfallenden Strahlenbündels in Richtung einer rotationssymmterischen ersten Teilungsspur hin bewirken. In den obigen Ausführungsbeispielen umfassen dabei die ersten Umlenkmittel die ersten und zweiten Teil-Umlenkmittel. Auf Seiten der Statur-Baueinheit wird lediglich durch eine entsprechende Führung der Strahlenbündel sichergestellt, daß die durch die zweite Teilungsspur fallenden Strahlenbündel auf das mindestens eine Detektorelement gelangen. Grundsätzlich können in den beiden Trägerkörpern die jeweiligen Strahlengänge auch alternativ gewählt werden; diese hat dann selbstverständlich eine andere Form der ersten und zweiten Umlenkmittel zur Folge. Beispielsweise könnte die Umlenkung durch die zweiten Umlenkmittel auf Seiten der Statur-Baueinheit komplett entfallen, wenn die Detektorelemente dann etwa direkt unterhalb der zweiten Teilungssspur auf der Unterseite der Statur-Baueinheit angeordnet würden.
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Ebenso ist es möglich, andere bekannte Abtastprinzipien zur Erzeugung von Inkrementalsignalen im Rahmen der vorliegenden Erfindung einzusetzen.
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So sei neben der oben erläuterten Variante mit der sog. Vierfeld-Abtastung auch erwähnt, daß es möglich ist, eine sog. Vernier-Abtastung zur Erzeugung der positionsabhängigen Abtastsignale zu verwenden. In diesem Fall weisen die erste und zweite Teilungsspur unterschiedliche Teilungsperioden auf, was im Fall der Relativbewegung detektorseitig ein periodisches Streifenmuster verursacht. Entsprechend zum jeweiligen Abtastprinzip ist dann auch das oder die Detektorelemente zu modifizieren. Dies bedeutet, daß dann bevorzugt eine kreissegmentartige Detektorstruktur verwendet wird.
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Ferner kann auch eine sog. Moiré-Abtastung in der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichung eingesetzt werden. Dies erfordert eine erste und zweite Teilungsspur, die geringfügig gegeneinander verkippt angeordnet ist, woraus auf der Detektorseite wiederum ein periodisches Streifenmuster bei der Relativbewegung resultiert. Auch hierbei eignet sich dann eine Detektorstruktur, bei der die einzelnen Detektorelemente kreisringförmig ausgebildet sind.
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Es existieren im Rahmen der vorliegenden Erfindung somit eine Reihe von Ausführungsmöglichkeiten, die sich je nach Anforderung an die Positionsbestimmung geeignet kombinieren lassen.
