DE4443898C2 - Positionsmeßverfahren und Positionsmeßeinrichtung - Google Patents
Positionsmeßverfahren und PositionsmeßeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Positionsmeßverfahren
und eine Positionsmeßeinrichtung zum Messen der
Relativlage zweier Objekte.
Positionsmeßeinrichtungen, die bei der Abtastung
eines Teilungsträgers positionsabhängige periodi
sche Abtastsignale erzeugen, werden auch inkremen
tale Positionsmeßeinrichtungen genannt. Sie werden
zur Weg-, Winkel- oder Geschwindigkeitsmessung ein
gesetzt. Durch Triggerung der analogen Abtastsi
gnale im Nulldurchgang werden Zählsignale erzeugt,
die einem Vor-Rückwärtszähler zugeführt werden.
Eine Teilungsperiode des Teilungsträgers wird da
durch im einfachsten Fall in zwei Inkremente unter
teilt. Im Zuge steigender Anforderungen an die Meß
genauigkeit war man bestrebt, die Auflösung zu er
höhen. Da der Verkleinerung der Teilungsperiode
technische Grenzen gesetzt sind, wird die Auflösung
üblicherweise durch weitere Unterteilung
(Interpolation) der Abtastsignale erhöht. Um 90° gegeneinander phasen
verschobene analoge Abtastsignale werden digitalisiert einer Interpolati
onstabelle zugeführt und dadurch jede Teilungsperiode in eine Vielzahl
von Intervallen unterteilt, indem jedem digitalisierten Wertepaar ein Posi
tionswert innerhalb der Teilungsperiode zugeordnet wird. Zur Bildung des
absoluten Positionsmeßwertes über die gesamte Meßlänge wird der Inter
polationswert mit dem Zählerstand, der die momentane Teilungsperiode
angibt, verknüpft.
In der DE 27 29 697 A1 ist ein Verfahren zur Interpolation beschrieben,
bei dem die digitalisierten analogen Abtastsignale vor der Interpolation
korrigiert werden. Hierzu werden die Korrekturwerte in einem Rechner
abgespeichert.
Aus der DE 34 17 015 C2 ist ein Interpolationsverfahren bekannt, bei dem
versucht wurde, die Interpolationstabelle derart aufzubauen, daß eine,
den Abtastsignalen angepaßte Interpolation ermöglicht wird. Vor der ei
gentlichen Positionsmessung werden in einem Einmeßlauf die tatsächli
chen Signalformen der sin- und cos-Abtastsignale über die gesamte
Meßlänge aufgenommen und daraus eine gemittelte Signalform für eine
Teilungsperiode berechnet.
Diese Werte der gemittelten Signalform werden in Tabellenform abge
speichert und bei der Messung zur Interpolation herangezogen. Da bei
der Interpolation bereits die tatsächliche Signalform berücksichtigt wird,
ist eine relativ genaue Messung von Positionen möglich.
Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, wurde in der DE 34 13 855 A1 ein
anderes Verfahren vorgeschlagen. Demnach wird beispielsweise der
Teilungsfehler dadurch berücksichtigt daß man den Teilungsträger und
einen Eichmaßstab parallel abtastet und in einem Festwertspeicher eine
Korrekturtabelle für die Abweichungen speichert. Beim späteren Meßvor
gang wird das von jeder Teilungsperiode erhaltene Abtastsignal um den
für dieses Inkrement abgespeicherten Korrekturwert korrigiert und erst
dieses Signal der Interpolationseinrichtung zugeführt.
Dieses Verfahren versuchte man weiter zu verbessern, indem einer Inter
polationstabelle normierte Abtastsignale zugeführt werden. Bei der Abta
stung der zuerst anfallenden Teilungsperiode werden Korrekturfaktoren
errechnet, mit denen diese und die weiteren Abtastsignale beaufschlagt
werden. Bei der Normierung, d. h. bei der Errechnung der Korrekturfakto
ren wird von mathematisch idealen sinus- bzw. cosinus-förmigen Signalen
ausgegangen, was den Nachteil hat, daß bei der Interpolation relativ
große Fehler auftreten, da die Abtastsignale teilweise erheblich vom ma
thematisch idealen sin- bzw. cos-Verlauf abweichen.
In der DE 34 25 472 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur digita
len Bestimmung der Umdrehungszahl eines sich drehenden Körpers mit
tels eines inkrementalen Meßsystems angegeben. Bei dieser Vorrichtung
erfolgt eine Korrektur von unterschiedlich langen Impulsperioden getrig
gerter Abtastsignale. Dabei wird der Mittelwert der Impulsperiodendauer
über eine gesamte Umdrehung ermittelt und dieser Mittelwert mit dem
aktuellen Wert verglichen und für jede Impulsperiode ein individueller Kor
rekturwert abgespeichert, mit dem später eine individuelle Korrektur durch
Multiplikation erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Positionsmeßverfahren und eine Positi
onsmeßeinrichtung anzugeben, mit dem/der eine hohe Auflösung mit ho
her Meßgenauigkeit erzielt werden kann. Mit dem Verfahren soll eine
einfache und schnelle Korrektur der positionsabhängigen Abtastsignale
ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspru
ches 1 und des Anspruches 17 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß bereits bei
der Interpolation relativ genaue Positionsmeßwerte ermittelt werden kön
nen, und daß diese Positionsmeßwerte besonders einfach und schnell zu
korrigieren sind. Die Korrektur wird durch den Einsatz von Korrekturtabel
len, die in handelsüblichen Speichern abgespeichert sind, ermöglicht.
Weiterhin ist die korrekte Zuordnung zwischen dem Interpolationswert
und dem Korrekturwert in besonders einfacher Weise gewährleistet.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 16
angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Positions
meßeinrichtung zur Bildung eines Positions
meßwertes,
Fig. 2 eine Korrektureinrichtung 24 gemäß Fig. 1
im Detail,
Fig. 3 eine Korrektureinrichtung 29 gemäß Fig. 1
im Detail,
Fig. 4a und 4b Signaldiagramme zur Offset-Bestimmung und
Fig. 5 eine weitere Korrektureinrichtung im Detail.
In Fig. 1 ist eine lichtelektrische inkrementale Längenmeßeinrichtung mit
einer Auswerteeinheit schematisch dargestellt. Ein Teilungsträger 1 mit
einer inkrementalen Teilung, bestehend aus ab
wechselnd transparenten und nicht transparenten
Bereichen, wird von einer Lichtquelle 2 beleuchtet.
Das den Teilungsträger 1 durchdringende Licht ge
langt durch ein Abtastgitter 3 auf lichtempfind
liche Elemente 4 und 5. Das Abtastgitter 3 ist ge
genüber dem Teilungsträger 1 so angeordnet, daß an
dem lichtempfindlichen Element 4 ein analoges
sinusförmiges Abtastsignal 6 und am Element 5 ein
cosinusförmiges Abtastsignal 7 ansteht. Zur Posi
tionsmessung ist der Teilungsträger 1 beispiels
weise am Maschinentisch und die Abtasteinheit -
bestehend aus Lichtquelle 2, Abtastgitter 3 und
lichtempfindlichen Elementen 4, 5 - am Maschinen
bett einer Werkzeugmaschine angeordnet. Wird der
Teilungsträger 1 relativ zur Abtasteinheit um eine
Teilungsperiode T in Meßrichtung X verschoben,
steht am Ausgang des Elementes 4 ein sin-Abtast
signal 6 mit einer ganzen Signalperiode und am Aus
gang des Elementes 5 ein cos-Abtastsignal 7 mit
einer ganzen Signalperiode an.
Die beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen
Abtastsignale 6, 7 werden in bekannter Weise einer
Triggerstufe 8 zur Bildung von richtungsabhängig
zählbaren Rechtecksignalen 9, 10 zugeführt. Durch
die Triggerung der beiden Abtastsignale 6, 7 wird
jede Teilungsperiode T des Teilungsträgers 1 in
vier gleiche Teile aufgeteilt, so daß ein nachge
schalteter Zähler 11 pro Teilungsperiode T vier
Zählschritte entsprechend den vier Quadranten einer
Signalperiode erfaßt.
Diese Unterteilung ist für heutige Anforderungen zu
gering, so daß die Abtastsignale 6, 7 in an sich
bekannter Weise weiter unterteilt (interpoliert)
werden. Hierzu werden die Abtastsignale 6, 7 in
A/D-Wandlern 12, 13 digitalisiert und die Digital
signale 14, 15 über eine Korrektureinrichtung 24
einer Interpolationseinrichtung 27 zugeführt. Die
Interpolationseinrichtung 27 enthält einen Tabel
lenspeicher, in dem für jede Kombination der korri
gierten Digitalsignale 25, 26 ein Interpolations
wert 28 abgespeichert ist. Die Digitalsignale 25,
26 sind die Adressen zum Auslesen des entsprechen
den Interpolationswertes 28. Der Interpolationswert
28 teilt jede Teilungsperiode T in eine Vielzahl
von Inkrementen auf.
Die Tabelle der Interpolationseinrichtung 27 ent
hält die über mehrere Signalperioden der Abtast
signale 6, 7 gemittelten digitalisierten Signalfor
men. Die Erstellung dieser Tabelle ist in der DE 34
17 015 C2 ausführlich erläutert. Durch den Einsatz
von den Abtastsignalen 6, 7 angepaßten Signalformen
bei der Interpolation wird bereits eine relativ
hohe Meßgenauigkeit erreicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
diese Meßgenauigkeit weiter erhöht, indem sowohl
die Digitalsignale 14, 15, als auch der Interpola
tionswert 28 korrigiert werden. Hierzu sind zwei
Korrektureinrichtungen 24 und 29 vorgesehen, in
denen Korrekturwerte abgelegt sind. In der Korrek
tureinrichtung 24 werden Offset- und Amplituden
fehler vor der Interpolation korrigiert. Den Ein
gangswerten 14, 15 werden in Abhängigkeit von dem
Zählerstand, welcher die momentane Periodennummer
23 angibt, Korrekturwerte zugeordnet. In der Kor
rektureinrichtung 29 werden Periodenanfangs- und
Periodenlängenfehler korrigiert. Auch hier werden
jedem Interpolationswert 28 in Abhängigkeit von
dem Zählerstand 23 Korrekturwerte zugeordnet. Be
sonders vorteilhaft ist es, wenn die Korrekturein
richtungen 24, 29 als Tabellen organisiert sind,
bei denen die anstehende Periodennummer 23 als Ad
resse für einen dazu auszulesenden Korrekturwert
dient. Der jeweilige Korrekturwert wird mit dem zu
korrigierenden Wert verknüpft, so daß am Ausgang
ein korrigierter Wert ansteht. Als Verknüpfungs
glied kann entweder ein Addierer oder eine Tabelle
dienen.
Im Addierglied 31 werden die Periodennummer 23 und
der korrigierte Interpolationswert 30 addiert, so
daß sich der absolute Positionsmeßwert 32 ergibt,
der einer Anzeige- und/oder Steuereinheit 33 zuge
führt wird.
Die gemittelten digitalisierten Signalformen der
Abtastsignale 6, 7 werden in einem Einmeßlauf er
rechnet, indem der Teilungsträger 1 über den gesam
ten Meßbereich abgetastet wird und die Abtastwerte
abgespeichert werden. Vorteilhaft ist es, wenn der
gesamte Meßbereich mehrmals überfahren wird, und
aus den einzelnen Berechnungen mehrerer Mittelwerte
der Signalform wiederum ein gemeinsamer Mittelwert
gebildet wird.
Im gezeigten Beispiel sind zwei lichtempfindliche
Elemente 4, 5 zur Bildung von zwei um 90° gegenein
ander phasenverschobenen Abtastsignalen 6, 7 darge
stellt. Die Erfindung ist auch einsetzbar, wenn in
an sich bekannter Weise diese um 90° phasenver
schobenen Abtastsignale von drei, vier oder mehre
ren lichtempfindlichen Elementen erzeugt werden.
Weiterhin müssen die Abtastsignale 6, 7 nicht sin-
bzw. cos-förmig sein, sie können auch annähernd
dreieck- oder rechteckförmig sein, oder eine andere
beliebige Form aufweisen, da ja gemäß der Erfindung
diese Form bei der Interpolation durch die abge
speicherten gemittelten tatsächlichen Signalformen
berücksichtigt ist. Ebenso ist auch eine von 90°
verschiedene Phasenverschiebung zwischen Sinus- und
Cosinus-Signal berücksichtigt. Die Erfindung ist
aber auch einsetzbar, wenn nur ein Abtastsignal
erzeugt wird.
Um eine exakte Interpolation zu erreichen, ist es
vorteilhaft, wenn gemittelte Signalformen für meh
rere verschiedene Signalamplituden in der Interpo
lationseinrichtung 27 abgespeichert werden und bei
der späteren Positionsmessung die entsprechende Ta
belle in Abhängigkeit von der augenblicklichen Si
gnalamplitude der Abtastsignale verwendet wird.
Somit können Schwankungen der Beleuchtungsstärke
der Lichtquelle 2 berücksichtigt werden.
Um eine Synchronisation zwischen Periodennummer 23
und Interpolationswert 28 und den Korrekturwerten
zu gewährleisten, ist eine Logik 20 vorgesehen.
Dieser Logik 20 werden der sin-Digitalwert 14 sowie
aus dem Zähler 11 die Information über den momenta
nen Quadranten 16 der Periodennummer 17 zugeführt.
In der an sich bekannten Logik 20 erfolgt ein Qua
drantenvergleich nach folgender Beziehung:
Ergibt der Digitalwert 14, daß die erste Hälfte einer Teilungsperiode T abgetastet wird und die Quadranteninformation 16 aus dem Zähler 11, daß das letzte Viertel (4. Quadrant) einer Teilungsperiode T abgetastet wird, wird das Korrekturwort K= +1 ge bildet. Die Periodennummer 17 wird um +1 erhöht, indem das Korrekturwort K im Addierglied 22 zu der Periodennummer 17 addiert wird.
Ergibt der Digitalwert 14, daß die erste Hälfte einer Teilungsperiode T abgetastet wird und die Quadranteninformation 16 aus dem Zähler 11, daß das letzte Viertel (4. Quadrant) einer Teilungsperiode T abgetastet wird, wird das Korrekturwort K= +1 ge bildet. Die Periodennummer 17 wird um +1 erhöht, indem das Korrekturwort K im Addierglied 22 zu der Periodennummer 17 addiert wird.
Ergibt der Digitalwert 14, daß die zweite Hälfte
einer Teilungsperiode T abgetastet wird und die
Quadranteninformation 16, daß das erste Viertel (1.
Quadrant) einer Teilungsperiode T abgetastet wird,
wird das Korrekturwort K= -1 gebildet und im Addier
glied 22 der Periodennummer 17 überlagert.
Die Korrekturwerte werden in einem vor der eigent
lichen Positionsmessung durchgeführten Einmeßlauf
ermittelt und abgespeichert. In den Korrekturein
richtungen 24, 29 sind vorteilhaft für jede Peri
odennummer 23 und somit für jede Signalperiode ei
nes Abtastsignales 6, 7 mehrere Korrekturwerte ab
gespeichert. Die Ermittlung und Art dieser Korrek
turwerte wird im Detail anhand der Fig. 2, 3 er
läutert.
In der Korrektureinrichtung 24 werden Offset- und
Amplitudenfehler vor der eigentlichen Interpolation
korrigiert. Für die Korrektur des Offsetfehlers
wird in dem Einmeßlauf vor der eigentlichen Positi
onsmessung für jede Teilungsperiode T - also für
jede Periodennummer 23 - die Differenz zwischen dem
mittleren Offset des gesamten Maßstabes und dem
Offset für das sin- und das cos-Abtastsignal be
stimmt und in den Tabellen 240, 243 abgespeichert.
Bei der eigentlichen Positionsmessung wird zu den
Digitalsignalen 14, 15 der Korrekturwert aus den
Tabellen 240 und 243 mittels der Addierglieder 242,
245 addiert.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung des Off
sets bedient sich der Ermittlung der Halbwellen
abweichung. Die Halbwellenabweichung H ist de
finiert durch
(Länge der positiven Halbwelle der aktuellen Peri
ode minus halbe Periodendauer der aktuellen Peri
ode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode.
Die Ermittlung der aktuellen positiven Halbwelle
sowie der aktuellen Periodendauer erfolgt in dem
Einmeßlauf vor der eigentlichen Positionsmessung.
Die Ermittlung der Längen erfolgt beispielsweise
durch Zeitmessung zwischen zwei Nulldurchgängen der
Abtastsignale 6, 7. Aus den Halbwellenabweichungen
lassen sich unter Zuhilfenahme der mittleren Kur
venformen die sin- und cos-Offsets für jede Peri
odennummer 23 berechnen und in Tabellen 240, 243
abspeichern, so daß sie dann für die eigentliche
Positionsmessung zur Verfügung stehen.
Die Ermittlung des Offsets aus der Halbwellenabwei
chung ist nachfolgend im Detail erläutert:
Da Nulldurchgänge der Signale im Einmeßlauf ohnehin bereits ermittelt werden, bietet sich die Offsetbe stimmung über die Halbwellenabweichung an.
Da Nulldurchgänge der Signale im Einmeßlauf ohnehin bereits ermittelt werden, bietet sich die Offsetbe stimmung über die Halbwellenabweichung an.
Das Verfahren zur Ermittlung des Offsets für die
sin-Kurve (Abtastsignal 6 bzw. 14) ist in Fig. 4a
und b dargestellt.
- 1. Bestimmung der Periodendauer T der aktuellen Periode: Durch Interpolation zwischen dem letzten nega tiven Meßwert und dem ersten positiven Meßwert werden die Nulldurchgänge mit der erforderli chen Genauigkeit bestimmt.T = tsin3-tsin1
- 2. Bestimmung der Dauer der positiven Halbwelle der aktuellen Periode: TH = tsin2-tsin1
- 3. Berechnung der absoluten Halbwellenabweichung der aktuellen Periode im Zeitmaßstab: h = TH-1/2T
- 4. Berechnung der relativen Halbwellenabweichung:
- 5. Berechnung der absoluten Halbwellenabweichung im Ortsmaßstab: H = hrel * P mit P = normierte Perioden länge, gemessen in Interpolationsinter vallen
- 6. Berechnung des Offsets: N1 = "SIN" (1/2H) = Wert der mittleren Kurvenform an der Stelle 1/2H.
Für die Korrektur des Amplitudenfehlers wird eben
falls in dem Einmeßlauf für jede Periodennummer 23
das Verhältnis A der Amplitude des sin-Digital
signals 14 zur Amplitude des cos-Digitalsignals 15
ermittelt und als relativer Amplitudenfehler A in
einem Speicher 247 abgespeichert. Im fehlerfreien
Fall ist das Verhältnis sin-Digitalsignal 14 divi
diert durch cos-Digitalsignal 15 gleich 1. Bei der
eigentlichen Positionsmessung wird das cos-Digi
talsignal 15 mit dem unter der augenblicklichen
Periodennummer 23 abgespeicherten Amplitudenfehler
A multipliziert. Hierzu ist ein Multiplizierer 249
vorgesehen.
Bei der Herstellung des Teilungsträgers ist nicht
gewährleistet, daß alle Teilungsperioden T die
gleiche Länge aufweisen. Aus diesem Grund ist es
vorteilhaft, auch den Fehler der Periodenlänge zu
korrigieren. Diese Korrektur erfolgt vorzugsweise
nach der Interpolation mittels der Korrekturein
richtung 29 gemäß Fig. 3.
Zur Bildung dieser Korrekturwerte L wird auch hier
wieder von der beim Einmeßlauf ermittelten mittle
ren Signalform ausgegangen. Für jede Teilungsperi
ode T und somit für jede Periodennummer 23 wird ein
Korrekturwert L errechnet und in einem Speicher 292
in Tabellenform abgespeichert. Jeder Korrekturwert
L wird beim Einmeßlauf aus der aktuellen Perioden
länge geteilt durch die mittlere Periodenlänge er
rechnet. Bei der späteren Positionsmessung dient
die Periodennummer 23 als Adresse zum Auslesen des
individuellen Korrekturwertes L, der daraufhin mit
dem Interpolationswert 28 multipliziert wird und
somit eine Streckung oder Stauchung der aktuellen
Periode bewirkt. Diese Multiplikation erfolgt vor
zugsweise mittels einer Tabelle 290 ohne Benutzung
eines Rechenwerkes, um Rechenzeit einzusparen. Als
Adresse für diese zweidimensionale Tabelle 290
dient der Korrekturwert L sowie der Interpolations
wert 28, so daß am Ausgang der längenkorrigierte
Interpolationswert 293 ansteht.
Ein weiterer Fehler, der gemäß der Erfindung nach
der Interpolation besonders einfach zu korrigieren
ist, ist der Ortsfehler des Beginns jeder Teilungs
periode T. Diese individuelle Differenz B des Be
ginns jeder Teilungsperiode T und somit jeder Peri
odennummer 23 ist beispielsweise definiert als Po
sitionsfehler des positiven Nulldurchgangs des sin-
Abtastsignales 6 und wird durch Vergleich mit einem
Referenzmaßstab während eines Einmeßlaufes ermit
telt und in einem Speicher 296 als Tabelle abge
speichert. Bei der späteren Positionsmessung dient
wiederum die Periodennummer 23 als Adresse zum Aus
lesen des Korrekturwertes B, der mittels eines
Addierers 294 zum Interpolationswert 293 addiert
wird. Am Ausgang des Addierers 294 steht der kor
rigierte Interpolationswert 30 an, der mit der Pe
riodennummer 23 den korrigierten absoluten Posi
tionsmeßwert 32 ergibt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in
Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Variante erfolgt
vor der Interpolation ausschließlich die Korrektur
des relativen Amplitudenfehlers mittels der in
Fig. 2 dargestellten Elemente 247 und 249. Die Kor
rektur der Halbwellenabweichung und somit des Off
sets erfolgt nach der Interpolation. Die Korrek
tureinrichtung 29 besteht dabei aus einem Speicher
181 zur Korrektur der Halbwellenabweichung H1 des
sin-Abtastsignales 6 und einem weiteren Speicher
182 zur Korrektur der Halbwellenabweichung H2 des
cos-Abtastsignales 7. Die Halbwellenabweichung H
ist definiert durch
(Länge der positiven Halbwelle der aktuellen Periode minus halbe Periodendauer der aktuellen Periode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode.
(Länge der positiven Halbwelle der aktuellen Periode minus halbe Periodendauer der aktuellen Periode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode.
Die Ermittlung der Längen der aktuellen positiven
sowie der aktuellen Gesamtperiode erfolgt in einem
Einmeßlauf. Ebenso wird in einem Einmeßlauf die
Länge der mittleren Periode sowie der positiven
Halbwelle der gemittelten Signalperiode ermittelt.
Bei einem Einmeßlauf wird der gesamte Teilungsträ
ger 1 abgetastet und die Halbwellenabweichungen H1,
H2 für alle Signalperioden beider Abtastsignale 6,
7 errechnet. Die Ermittlung der Längen erfolgt bei
spielsweise durch Zeitmessung zwischen jeweils zwei
Nulldurchgängen der Abtastsignale 6, 7. Die Werte
für die Halbwellenabweichungen H1, H2 werden in den
Speichern 181, 182 in Tabellenform für jede Peri
odennummer 23 abgespeichert und stehen für die ei
gentliche Positionsmessung zur Verfügung.
Für jede Teilungsperiode T des Teilungsträgers 1
ist jeweils ein Wert für die Halbwellenabweichung
H1 des sin-Abtastsignales 6 sowie ein Wert für die
Halbwellenabweichung H2 des cos-Abtastsignales 7
abgespeichert. Die abgespeicherten Werte H1, H2
können nicht unmittelbar zur Korrektur des Inter
polationswertes 28 benutzt werden, da die erforder
liche Korrektur von der Lage des aktuellen Interpo
lationswertes 28 innerhalb einer Periode abhängt.
Am Anfang und Ende jeder Periode ist keine Korrek
tur der Halbwellenabweichung H1, H2 erforderlich,
wogegen der Korrekturwert in der Periodenmitte sein
Maximum hat. Um diese Anpassung zu gewährleisten,
ist jedem Speicher 181, 182 eine Anpaßschaltung
183, 184 nachgeordnet. Jede Anpaßschaltung 183, 184
enthält eine Tabelle mit einer Anpaßfunktion mit
Faktoren zwischen 0 und 1, mit denen die Halbwel
lenabweichungen H1, H2 in Abhängigkeit des momenta
nen Interpolationswertes 28 zu multiplizieren sind.
Die Multiplikation der Halbwellenabweichungen H1,
H2 mit den Anpaßfaktoren ergibt Korrekturwerte H3,
H4, die mittels Addierer 185, 186 zu dem Interpola
tionswert 28 addiert werden.
Bei der Herstellung des Teilungsträgers ist nicht
gewährleistet, daß alle Teilungsperioden T die
gleiche Länge aufweisen. Aus diesem Grund ist es
vorteilhaft, auch den Fehler der Periodenlänge zu
korrigieren.
Zur Bildung des Korrekturwertes L, welcher den Feh
ler der Periodenlänge angibt, wird auch hier wieder
von der beim Einmeßlauf ermittelten mittleren Si
gnalform ausgegangen. Für jede Teilungsperiode T
und somit für jede Periodennummer 23 wird ein Kor
rekturwert L errechnet und in einem Speicher 291 in
Tabellenform abgespeichert. Jeder Korrekturwert L
wird beim Einmeßlauf aus der aktuellen Perioden
länge geteilt durch die mittlere Periodenlänge er
rechnet. Bei der späteren Positionsmessung dient
die Periodennummer 23 als Adresse zum Auslesen des
individuellen Korrekturwertes L, der daraufhin mit
dem bereits um die Halbwellenabweichungen H1, H2
korrigierten Interpolationswert 171 multipliziert
wird und somit eine Streckung oder Stauchung der
aktuellen Periode bewirkt. Diese Multiplikation
erfolgt vorzugsweise mittels einer Tabelle 290 ohne
Benutzung eines Rechenwerkes, um Rechenzeit einzu
sparen. Als Adresse für diese zweidimmensionale Ta
belle 290 dient der Korrekturwert L sowie der In
terpolationswert 171, so daß am Ausgang der längen
korrigierte Interpolationswert 293 ansteht.
Der individuelle Ortsfehler B des Beginns jeder
Teilungsperiode T sowie der individuelle Fehler L
der Periodenlänge wird also bei diesem Beispiel wie
zu Fig. 3 erläutert ermittelt. Als Eingangsgröße
dient dabei anstelle des Interpolationswertes 28
der um die Halbwellenabweichungen H1, H2 korrigier
te Interpolationswert 171.
In den Fig. 1, 2 und 3 wurden die Speicher 27,
240, 243, 247, 292 und 296 als einzelne Speicher
bausteine dargestellt. Es liegt auch im Rahmen der
Erfindung, hierfür mehrere Einzelspeicher zu einem
entsprechend größeren Speicher zusammenzufassen.
Die Erfindung ist bei Längen- und Winkelmeßeinrich
tungen einsetzbar und nicht auf die lichtelektri
sche Erzeugung der positionsabhängigen Abtastsigna
le 6, 7 beschränkt.
Gemäß der Erfindung können die im Einmeßlauf für
jede Teilungsperiode T ermittelten Abweichungen N1,
N2, H1, H2 A, L und B auf vorgegebene zulässige
Toleranzbereiche untersucht werden, wobei Abwei
chungen N1, N2, H1, H2, A, L und B nur bei Über
schreiten dieser Toleranzbereiche abgespeichert und
bei der späteren Positionsmessung berücksichtigt
werden.
Claims (17)
1. Positionsmeßverfahren zum Messen der Relativlage
zweier Objekte, bei dem die Teilung eines mit
dem einen Objekt verbundenen Teilungsträgers (1)
von einer mit dem anderen Objekt verbundenen
Abtasteinheit (2, 3, 4, 5) abgetastet wird und
zumindest ein Abtastsignal (6, 7) einer Inter
polationseinrichtung (27) zugeführt wird, wobei
für mehrere Teilungsperioden (T) zumindest eine
individuelle Abweichung (N1, N2, H1, H2, A, L,
B) einer über mehrere Teilungsperioden (T) des
Teilungsträgers (1) gemittelten Signalform des
Abtastsignales (6, 7) von dem bei der Abtastung
des Teilungsträger (1) gewonnenen individuellen
Abtastsignales (6, 7) in einem Speicher (240,
243, 247, 292, 296, 181, 182) als Korrekturwert abgespeichert ist,
und daß die Interpolationswerte (28) und/oder
die Abtastsignale (14, 15) einer Teilungsperiode
(T) mit zumindest einem für diese Teilungsperi
ode (T) abgespeicherten Korrekturwert (N1, N2,
H1, H2, A, L, B) beaufschlagt werden, wobei in
der Interpolationseinrichtung (27) die über
mehrere Teilungsperioden des Teilungsträgers (1)
gemittelte Signalform des Abtastsignales (6, 7)
abgespeichert ist, und die Interpolation des bei
der Positionsmessung gewonnenen Abtastsignales
(6, 7) mit Hilfe dieser gespeicherten Signalform
erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß zumindest eine Abweichung (N1,
N2, H1, H2, A, L, B) der gemittelten Signalform
von dem bei der Abtastung des Teilungsträgers
(1) gewonnenen Abtastsignales (6, 7) für jede
Teilungsperiode (T) des Teilungsträgers (1) ab
gespeichert ist, und daß bei der Positionsmes
sung die Interpolationswerte (28) jeder Tei
lungsperiode (T) mit zumindest einem für diese
Teilungsperiode (T) abgespeicherten Korrektur
wert (H1, H2, A, L, B) beaufschlagt wird.
3. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest
eine Abtastsignal (6, 7) weiterhin einem Zähler
(11) zugeführt wird, und daß jeder Interpola
tionswert (28) in Abhängigkeit vom momentanen
Zählerstand (23) durch zumindest einen Korrek
turwert (N1, N2, H1, H2, A, L, B) korrigiert
wird, und daß zur Bildung eines absoluten Posi
tionsmeßwertes (32) der korrigierte Interpola
tionswert (30) mit dem Zählerstand (23) ver
knüpft wird.
4. Positionsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Inter
polationseinrichtung (27) gemittelte Signalfor
men für mehrere verschiedene Signalamplituden
des Abtastsignales (6, 7) abgespeichert sind,
und daß zur Interpolation die abgespeicherte
Signalform in Abhängigkeit von der momentanen
Signalamplitude herangezogen wird.
5. Positionsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpo
lationseinrichtung (27) zwei um 90° gegeneinan
der phasenverschobene Abtastsignale (6, 7) zuge
führt werden, und daß in der Interpolationsein
richtung (27) die über mehrere Teilungsperioden
(T) des Teilungsträgers (1) gemittelten Signal
formen beider Abtastsignale (6, 7) abgespeichert
sind.
6. Positionsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Si
gnalperiode eines Abtastsignales (6, 7) in einem
Vermessungsvorgang die Offsetfehler (N1, N2)
ermittelt und in Speichern (240, 243) abgespei
chert werden.
7. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß für jede Signalperiode zur
Bestimmung der Offsetfehler (N1), (N2) die Halb
wellenabweichung nach folgender Beziehung ermit
telt wird:
(Länge TH der positiven Halbwelle der aktuellen Periode minus halbe Periodendauer T/2 der aktuellen Periode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode T.
(Länge TH der positiven Halbwelle der aktuellen Periode minus halbe Periodendauer T/2 der aktuellen Periode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode T.
8. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Positionsmessung die
für jede Signalperiode abgespeicherten Offset
fehler (N1, N2) zu den Digitalwerten (14, 15) der
digitalisierten Abtastsignale (6, 7) vor der Interpolation addiert werden.
9. Positionsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Sig
nalperiode eines Abtastsignales (6, 7) in einem
Vermessungsvorgang ein Korrekturwert für die Längenabweichung (L) er
mittelt und in einem Speicher (292) abge
speichert wird.
10. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß für jede Signalperiode der
Korrekturwert für die Längenabweichung (L) nach folgender
Beziehung ermittelt wird:
aktuelle Periodenlänge geteilt durch gemittelte Periodenlänge.
aktuelle Periodenlänge geteilt durch gemittelte Periodenlänge.
11. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Positionsmessung der
Interpolationswert (28) mit dem Korrekturwert
(L) für die Längenabweichung multipliziert wird.
12. Positionsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Sig
nalperiode eines Abtastsignales (6, 7) in einem
Vermessungsvorgang ein Korrekturwert (B) für den
Beginn dieser Signalperiode ermittelt und in
einem Speicher (296) abgespeichert wird.
13. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Positionsmessung der
um die Periodenlänge (L) korrigierte Interpola
tionswert (293) mit dem für die aktuelle Signal
periode abgespeicherten Korrekturwert (B) für
den Beginn dieser Signalperiode addiert wird.
14. Positionsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Sig
nalperiode eines Abtastsignales (6, 7) in einem
Vermessungsvorgang die Halbwellenabweichung (H1,
H2) ermittelt und in einem Speicher (181, 182)
abgespeichert wird.
15. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß für jede Signalperiode ein
Wert für die Halbwellenabweichung (H1, H2) nach
folgender Beziehung ermittelt wird:
(Länge TH der positiven Halbwelle der aktuellen Periode minus halbe Periodendauer T/2 der aktuellen Periode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode T.
(Länge TH der positiven Halbwelle der aktuellen Periode minus halbe Periodendauer T/2 der aktuellen Periode) geteilt durch Länge der aktuellen Periode T.
16. Positionsmeßverfahren nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Positionsmessung die
für jede Signalperiode abgespeicherte Halbwel
lenabweichung (H1, H2) einer Anpaßschaltung
(183, 184) zugeführt wird, und daß die Halbwel
lenabweichung (H1, H2) in Abhängigkeit des ak
tuellen Interpolationswertes (28) mit einem
Faktor multipliziert wird, und das Ergebnis als
Korrekturwert (H3, H4) mit dem Interpolations
wert (28) addiert wird.
17. Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativ
lage zweier Objekte, bei der die Teilung eines
mit dem einen Objekt verbundenen Teilungsträgers
(1) von einer mit dem anderen Objekt verbundenen
Abtasteinheit (2, 3, 4, 5) abtastbar ist und
eine Interpolationseinrichtung (27) zur Unter
teilung zumindest eines Abtastsignales (6, 7) in
Interpolationswerte (28) vorgesehen ist, mit zumindest einer Korrektur
einrichtung (24, 29), in der ein Speicher (240,
243, 247, 292, 296, 181, 182) zur Abspeicherung
von individuellen Abweichungen (N1, N2, H1, H2,
A, L, B) zwischen einer über mehrere Teilungs
perioden (T) des Teilungsträgers (1) gemittelten
Signalform des Abtastsignales (6, 7) und dem bei
der Abtastung des Teilungsträgers (1) gewonnenen
individuellen Abtastsignal (6, 7) sowie zumin
dest eine Überlagerungseinrichtung (245, 249,
290, 294, 185, 186) zur Beaufschlagung der Ab
weichung (N1, N2, H1, H2, A, L, B) mit den In
terpolationswerten (28) der individuellen Tei
lungsperiode (T) vorgesehen ist, wobei in der
Interpolationseinrichtung (27) die über mehrere
Teilungsperioden des Teilungsträgers (1) gemit
telte Signalform des Abtastsignales (6, 7) abge
speichert ist, und die Interpolation des bei der
Positionsmessung gewonnenen Abtastsignales (6,
7) mit Hilfe dieser gespeicherten Signalform
erfolgt.
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