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DE4443898C2 - Positionsmeßverfahren und Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Positionsmeßverfahren und Positionsmeßeinrichtung

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DE4443898C2
DE4443898C2 DE4443898A DE4443898A DE4443898C2 DE 4443898 C2 DE4443898 C2 DE 4443898C2 DE 4443898 A DE4443898 A DE 4443898A DE 4443898 A DE4443898 A DE 4443898A DE 4443898 C2 DE4443898 C2 DE 4443898C2
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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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 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.
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.
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.
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.
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.
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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