位置测量装置的制作方法

本发明涉及一种位置测量装置，该位置测量装置适合于高精度绝对位置确定。

背景技术：

为了进行绝对位置确定，已知位置测量装置的不同的变型方案。这样，一方面存在如下系统，所述系统在所扫描的标尺（maβstab）方面具有多个平行布置的、有不同的测量刻度（messteilung）的轨道，例如一个具有绝对编码的测量刻度的轨道以及一个或多个其他的具有递增测量刻度的轨道。通过计算在扫描中获得的低分辨的绝对位置信息和高分辨的增量信息可以进行准确的绝对位置确定。

对于这样的多轨道系统示例性地在这一点上应参考ep2182330a2。该出版物公开了一种位置测量装置，该位置测量系统的标尺沿着测量方向具有第一轨道，该第一轨道具有周期性结构，用于产生增量信号。垂直于测量方向移动地布置有第二轨道，该第二轨道具有绝对位置编码。为了扫描标尺，在扫描单元方面针对周期性结构和绝对位置编码设置有单独的传感器装置或检测器装置，其中这些装置未被详细描述。该系统的缺点一方面是在标尺与扫描单元垂直于测量方向相对移动的情况下公差小。另一方面，也仅仅存在关于标尺和扫描单元围绕垂直于测量刻度平面的轴的可能的相对扭转的小公差。

除了这种多轨道系统之外，此外存在如下位置测量装置，这些位置测量装置在标尺上仅具有唯一的轨道，该轨道具有测量刻度，从对该测量刻度的扫描中不仅可以获得绝对位置信息而且可以获得增量信息。这种随后也被称为单轨道系统的位置测量装置相对于多轨道系统具有关于更紧凑的结构以及更大的安装（anbau）和运行公差的优点。在此情况下，针对线性的而且针对旋转的测量任务存在这种单轨道系统；此外已知了也与不同的扫描原理组合的相应的系统，即用于光学、磁、电感和电容扫描。

对于这样的单轨道系统示例性地应例如列举us8,698,892b2中的已知的设备。在该出版物的图4中所示出的实施例的标尺具有沿着测量方向周期性地布置的结构元件，垂直于该测量方向经由结构元件的造型对绝对位置信息编码。为了扫描测量刻度设置有照相机。作为该系统的缺点，尤其应列举该系统垂直于测量方向的小的移动公差以及需要的耗费的图像处理。

此外，从de102010045355a1中已知另一单轨道系统。该单轨道系统在标尺侧具有可光学扫描的编码轨道，该编码轨道具有反射或透射光栅装置。光栅装置包括多个不同地构成的光栅区域，所述光栅区域排成队地沿着扫描线布置并且通过至少一个光栅特性来区分。该设备的缺点是，因此仅仅相对粗略地分辨的绝对位置测量是可能的。由于只有非常小的扫描场，扫描此外非常容易污染。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是说明一种用于高分辨的绝对位置确定的位置测量装置，该位置测量装置具有大的安装和运行公差并且在该位置测量装置中确保了尽可能无干扰的具有高的污染不敏感性的信号产生。

该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的位置测量装置得以解决。

根据本发明的位置确定装置的有利的实施方式从在从属权利要求中提及的措施得出。

根据本发明的用于绝对位置确定的位置测量装置由标尺以及扫描单元构成，该扫描单元相对于标尺沿着至少一个测量方向可移动地布置。为了产生可扫描的信号图案，该标尺具有测量刻度，该测量刻度沿着测量方向包括条形元件的以标尺纵向周期布置的光栅。为了沿着垂直于测量方向定向的横向进行绝对位置编码，条形元件具有周期性结构，该周期性结构具有标尺横向周期。为了扫描信号图案，该扫描单元包括二维检测器装置，该二维检测器装置具有多个检测器元件，所述检测器元件由多个检测器列构成，所述检测器列分别具有多个检测器元件。沿着测量方向的检测器列和沿着横向的检测器元件分别周期性地布置。这样，从对信号图案的扫描可以产生关于沿着测量方向的相对运动的至少三个周期性的、相移的部分增量信号以及每个检测器列至少一个绝对位置信号。

优选地，条形元件中的周期性结构由周期性地以标尺横向周期布置的结构元件构成，其中结构元件在横向上的伸展沿着测量方向变化。

在此情况下，结构元件的相位位置可以用于条形元件的绝对位置编码。

也可能的是，标尺横向周期用于条形元件的绝对位置编码。

在此情况下可以分别规定，经由条形元件中的绝对位置编码可以分别产生至少两个不同的代码值并且经由多个代码值构成代码序列，该代码序列对测量区域之内的位置进行绝对编码。

结构元件可以菱形地构成或具有至少近似余弦形的边界轮廓。

此外可能的是，标尺在横向上与条形元件相邻地具有至少一个附加的测量刻度轨道，该测量刻度轨道具有在测量方向上延伸的高分辨的增量刻度。

优选地，为了产生n个周期性的相移的部分增量信号，沿着测量方向经由至少n个检测器列进行每个条形元件的扫描，其中选择n≥3。

在此情况下，可能的是，周期性的相移的部分增量信号分别由对每个检测器列的检测器元件单个信号的求和产生。

也可以规定，周期性的相移的部分增量信号分别由对检测器元件单个信号的与位置有关的方差的确定产生。

在一种有利的实施方式中，为了产生至少一个绝对位置信号，在横向上经由检测器装置的至少m行的检测器元件进行每个结构元件的扫描，其中选择m≥2。

在此情况下，可以规定，每个检测器列的至少一个绝对位置信号由检测器元件和信号的计算产生，所述检测器元件和信号分别由检测器列的每m个检测器元件的接线形成。

有利地，信号处理单元被设立和构成，

-以便从周期性的相移的部分增量信号中确定增量位置，以及

-以便针对一组被扫描的条形元件分别选择检测器列并且从所选择的检测器列的绝对位置信号和所保存的解码表中确定粗略的绝对位置，以及

-以便将增量位置和粗略的绝对位置计算为高分辨的绝对位置。

在此情况下，信号处理单元此外可以被设立和构成用于从绝对位置信号中获得关于扫描单元和标尺在横向上的移动的信息和/或关于扫描单元和标尺围绕垂直于测量刻度平面的旋转轴的扭转的信息。

在一种可能的实施方式中，扫描单元此外包括光源，检测器元件被构成为光电子检测器元件并且标尺上的测量刻度被构成为光学幅度光栅或光学相位光栅。

根据本发明的位置测量装置可以结合不同的扫描原理来使用；除了光学扫描之外也可能的是设置磁、电感或电容扫描。同样，根据本发明的位置测量装置不仅可以被用于检测线性的相对运动而且可以被用于检测旋转的相对运动。

此外，在根据本发明的位置测量装置中，因此可达到的大的安装公差和运行公差被证明为特别有利的。这样，对位置测量的干扰性影响、如温度改变、在旋转系统的情况下的偏心误差或者也可以非最优地定位的扫描部件因此可以被补偿。此外可能的是，除了主要感兴趣的位置信息之外获得关于扫描单元和标尺的相对位置、例如关于分度盘的可能存在的偏心率的附加信息，该分度盘在旋转情况下用作标尺。

此外，周期性的增量信号的仅仅小的干扰通过绝对位置编码来确保。由此，增量信号可以被高度内插，由此在位置测量时高分辨率是可能的。

此外，不仅在测量方向上的周期性光栅的所设置的单场扫描而且在横向上为此设置的绝对位置编码的所设置的单场扫描保证相对于标尺的污染的高的不敏感性或鲁棒性。

附图说明

将根据对根据本发明的设备的实施例的随后描述结合图来解释本发明的其他的细节和优点。

图1示出根据本发明的位置测量装置的第一实施例的扫描光路；

图2示出图1中的设备的标尺的一部分的俯视图；

图3a示出图1中的设备的检测器装置的一部分的俯视图；

图3b示出用于借助图3a中的检测器装置进行信号处理的图示；

图4a-4f分别示出用于详细地解释第一实施例中的信号产生的不同图示；

图5示出替代的标尺变型方案的一部分的俯视图，该标尺变型方案可以使用在根据图1的第一实施例中；

图6示出根据本发明的位置测量装置的第二实施例的扫描光路；

图7示出图6中的设备的标尺的一部分的俯视图；

图8a、图8b分别示出用于关于标尺和扫描单元的相对位置的附加信息的可能的产生的图示；

图9示出根据本发明的位置测量装置的第三实施例的扫描光路；

图10示出根据本发明的位置测量装置的第四实施例的扫描光路；

图11示出图10中的设备的标尺的一部分的俯视图；

图12示出适合于图10中的设备的标尺的替代变型方案的俯视图；

图13示出根据本发明的位置测量装置的第五实施例的标尺的一部分的俯视图，该位置测量装置利用磁扫描构成；

图14示出用于扫描图13中的标尺的检测器装置的一部分的俯视图；

图15示出根据本发明的位置测量装置的第六实施例的标尺的一部分的俯视图，该位置测量装置利用电感扫描构成；

图16示出用于扫描图15中的标尺的检测器装置的一部分的俯视图。

具体实施方式

根据本发明的用于绝对位置确定的位置测量装置的第一实施例随后根据图1、图2、图3a、图3b以及图4a-4f予以描述，所述位置测量装置被构成为光学位置测量装置。图1在此情况下以示意性形式示出扫描光路，图2示出标尺上的测量刻度的一部分的俯视图，并且图3a示出检测器装置的一部分的俯视图；借助图3b以及图4a-4f解释可能的信号处理。

根据本发明的位置测量装置的第一实施例用于沿着线性测量方向x进行绝对位置测量。沿着测量方向x，标尺10和扫描单元20相对于彼此可移动地布置在确定的测量段之内。在此情况下，例如标尺10可以固定地布置并且扫描单元20可以可移动地布置；相反的布置同样也是可能的。标尺10和扫描单元20与未在图中示出的对象连接，所述对象相对于彼此可移动地布置。这些对象例如可以是机器部件，所述机器部件沿着测量方向x在确定的测量区域之内相对于彼此可移动。借助根据本发明的位置测量装置，以关于沿着测量方向x的相对运动的至少三个周期性的相移的部分增量信号a¹、b¹、c¹、...以及一个或多个绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...的形式产生多个与位置有关的信号。所产生的信号可以被计算为绝对位置xabs，由此于是例如可以高精度地说明扫描单元20沿着测量段的当前位置。这样产生的关于绝对位置的信息于是可以由同样未被示出的后续电子设备继续处理，例如由用于定位机器部件的机器控制装置继续处理。

替代于在根据本发明的位置测量装置中的信号计算，当然也可能的是，将所产生的与位置有关的信号传输给后续电子设备并且在那里被计算为绝对位置xabs。

在根据本发明的位置测量装置的第一实施例中，为了信号产生，设置有标尺10的透射光扫描形式的光学扫描原理。所使用的标尺10包括透明的载体11，在该载体上布置有测量刻度12。测量刻度12被构成为光学幅度光栅并且具有交替地布置的、透光的和不透光的光栅区域。为了详细地描述所使用的测量刻度12，应参考随后的尤其图2的描述。在扫描单元20中，在标尺10的一侧上布置有光源21以及准直光学器件22，该准直光学器件在射束传播方向上布置在光源21上游。在标尺10的相对的侧上，在扫描单元20中设置有二维检测器装置23，该检测器装置具有多个布置在检测器列中的光电子检测器元件。关于检测器装置23的细节也应参考随后的描述，尤其参考图3a。示意性表明地，在图1中还示出了信号处理单元26，该信号处理单元当前被布置在扫描单元20中并且承担由检测器装置23产生的针对绝对位置xabs的不同的与位置有关的信号的处理或计算；关于信号处理的细节应参考随后的描述。

在图2中示出了根据本发明的位置测量装置的第一实施例的测量刻度12的部分俯视图。为了在检测器装置23的检测平面中产生可扫描的信号图案，测量刻度12沿着测量方向x具有条形元件13的周期性地布置的光栅；条形元件的周期性随后被称为标尺纵向周期mx。

测量刻度12中的各个条形元件13的纵向沿着方向y延伸，该方向垂直于测量方向x定向并且在下文中被称为横向y。沿着横向y，条形元件13具有绝对位置编码，该绝对位置编码通过周期性结构形成并且由周期性地沿着横向y布置的结构元件14构成。随后，结构元件14沿着横向y的周期性也被称为标尺横向周期my。借助条形元件13的相应的绝对位置编码，可以给相应的条形元件13分配所定义的代码值，例如0或1。经由多个相继的代码值，以这种方式构成代码序列，该代码序列于是对测量区域之内的位置进行绝对编码。

在图2中明亮地被示出的结构元件14透光地构成，测量刻度12的深色地被示出的区域不透光地构成。在横向y上，结构元件14沿着测量方向x的伸展变化。在此，在所示出的实施例中，结构元件的横向伸展分别从相应的条形元件13的左边界出发直至条形元件13的中心增大并且然后直至相应的条形元件13的右边界又减小。具体而言，在图2的实例中，结构元件14菱形地构成，其中菱形的角分别在测量方向x上和在横向y上定向。菱形的结构元件14在横向y上的伸展在该实例中因此在0与标尺横向周期my之间变化了100%。同样内容也适用于结构元件14在测量方向x上的伸展，即在测量方向x上的伸展在0与标尺纵向周期mx之间变化了100%。当然，在替代的实施例中，也可以设置伸展在横向y和/或测量方向x上的更小的变化，其中原则上大于10%的伸展变化总是有利的。

从这样构成的测量刻度12或因此可产生的信号图案的扫描可以结合随后还要解释的检测器装置产生关于标尺10和扫描单元20沿着测量方向x的相对运动的至少三个周期性的部分增量信号a¹、b¹、c¹、......。此外，从在横向y上的信号图案扫描可以获得每个检测器列的至少一个绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...。部分增量信号a¹、b¹、c¹、...和每个检测器列的至少一个绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...于是被计算为高分辨的绝对位置xabs。

上面已经提及的对绝对位置xabc的编码在所示出的实施例中经由条形元件13沿着横向y的横向移动进行，这由于条形元件13的周期性布置对应于相移。这意味着：可以给条形元件13的确定的相对移动分配所定义的代码值。在此情况下经由条形元件13的相位位置至少设置有两个代码值的明确的分配。例如，在此可以涉及在测量方向x上延伸的伪随机代码（prc）的代码值0、1；给测量刻度12中的每个条形元件13在此情况下要么分配代码值0要么分配代码值1。在测量方向x上相继的条形元件13的多个这种代码值于是形成代码序列或代码字，该代码字对测量区域之内的位置进行绝对编码。为了从代码序列解码和确定绝对位置，使用在存储器中所存放的解码表（查找表），在该解码表中给每个代码序列明确地分配了确定的绝对位置xabs。

原则上，本发明并不限于使用具有仅仅两个代码值的代码。在需要情况下，经由条形元件13中的结构元件14的相应地选择的相位位置也可以产生多于两个的这种代码值，由此关于适合于绝对位置确定的代码的选择产生大的灵活性。例如，从结构元件14的相应地选择的相位位置产生三个不同的代码值也是可能的，如这在图2的实施例中具体设置的那样。在那里，与从左开始第三和第四条形元件13一样，例如可以给从左开始第一条形元件13分配代码值0，在所述第三和第四条形元件中结构元件14沿着横向y分别在相对于第一条形元件13没有相对相移的情况下被布置。可以给与此相对地具有在横向y上移动地布置的结构元件14的从左开始第二条形元件13分配代码值1，并且给具有再次沿着横向移动了另一数值的结构元件14的从左开始第五条形元件13分配代码值2。

在根据本发明的位置测量装置的当前的第一实施例中，标尺10上的如上文所解释的那样构成的测量刻度12利用准直光来照射。由此，在阴影中的测量刻度结构作为可扫描的信号图案s被映射或转移到检测器装置23的检测平面中，该检测器装置在扫描单元20中处于标尺10的相对的侧上。在图3中示出了检测器装置23中的检测平面的一部分的俯视图；同样在该图的右半部中示出了所转移的信号图案s的具有测量刻度的两个结构元件的阴影轮廓的一部分。在具有测量刻度结构的准直照射和阴影映射的当前实施例中，信号图案s在检测平面中沿着测量方向x具有周期性mx。该周期性mx对应于标尺纵向周期mx或测量刻度12的条形元件13的宽度。与此类似地，沿着横向y产生信号图案s的周期性my，该周期性对应于标尺横向周期my或测量刻度12的结构元件14的横向伸展。

如从图3a中可看出的那样，检测器装置23被构成为二维检测器装置或检测器矩阵，其在这里由多个光电子检测器元件24构成；在此例如光电二极管用作合适的检测器元件。各个检测器元件24在整个检测器装置23中相同地构成并且在当前的实施例中分别具有矩形形状。矩形纵轴平行于测量方向x延伸并且矩形横轴平行于横向y延伸。检测器元件24由信号图案扫描提供信号，所述信号在图和随后的描述中被称为检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...。在一列之内由信号图案s的扫描提供同相的检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...的检测器元件24在图3a中分别相同地被示出。由于在所示出的实例中每四个横向的检测器元件24提供同相的信号，在此上下文中也将谈到在横向y上的四相扫描。

根据本发明的设备的检测器装置23包括多个周期性地沿着测量方向x布置的检测器列25.1-25.8，在所述检测器列中分别布置有多个检测器元件24。图3a在此示出仅仅八个检测器列25.1-25.8，其分别具有八个布置在其中的检测器元件24。在实践中，相应的检测器装置23可以具有明显更多的检测器列25.1-25.8；同样每个检测器列25.1-25.8自然也可以设置多于八个检测器元件24。

检测器列25.1-25.8在检测器装置23中沿着测量方向x的周期性在图3a中用dx表示；随后在此上下文中也将谈到检测器纵向周期dx。在各个检测器列25.1-25.8之内，各个检测器元件24沿着横向y同样周期性地、即以检测器横向周期dy布置。

如此外从图3a中可看出的那样，由矩形的检测器基本单元de沿着测量方向x并且沿着横向y的相邻的多重布置产生完整的检测器装置23。检测器基本单元de如在图3a中可识别的那样在所示出的具有阴影透射扫描的实例中具有如下伸展，该伸展适合于在信号图案s中的测量刻度的结构元件的阴影轮廓的完全扫描。沿着测量方向x，检测器基本单元de因此具有如下长度，该长度对应于标尺纵向周期mx，沿着横向y，检测器基本单元de具有如下长度，该长度对应于标尺横向周期my。在根据图3a的检测器装置23的部分俯视图中，示出了总共四个这种检测器基本单元de，所述检测器基本单元沿着方向x和y分别彼此相邻地布置。在一种可能的实施方式中，例如在测量方向x上设置有20个检测器基本单元de并且在横向y上设置有4个检测器基本单元de。

在检测器基本单元de之内当前周期性地沿着测量方向x布置有n=4个检测器元件24以及周期性地沿着横向y布置有m=4个检测器元件24。所选择的n、m的值由要产生的相移的信号的数量得出。原则上，n、m的值在此应分别选择为大于2或者大于等于2，即n>2和m≥2；n、m在此并不一定是整数。关于测量方向x具有相同位置的所有检测器基本单元de因此形成检测器条形元件。

借助这样构成的检测器装置23可以经由在检测平面中产生的信号图案s的扫描和在信号处理单元26中的随后的信号处理，产生至少三个相移的部分增量信号a¹、b¹、c¹、...以及每个检测器列25.1-25.8的至少一个绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...，所述信号于是可以被计算为高分辨的绝对位置xabs。在此，t^j,i表示在第i个检测器条形元件之内的第j个检测器列的绝对位置信号。适合于此的方式将随后借助图3a、图3b和图4a-4f予以解释。

如上面已经提及的那样，检测器装置23的不同相的检测器元件24在标尺在测量方向x上相对移动的情况下提供检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...。在图3a中，给所示出的检测器元件24的至少一部分分配了分别因此产生的检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...。

如此外从图3a中可看出的那样，在每个检测器列25.1-25.8中，同相的检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...被联接成总共m=4个检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4、...，即。由第一检测器列25.1产生的m=4个检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4的变化例如在图4a中示出。

此外，在每个检测器列25.1-25.8中，如在图3a中所表明的那样，检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4、b¹1、b¹2、b¹3、b¹4、...被累加为部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...，即。图4b示范性地示出部分增量信号a¹的变化，该部分增量信号由第一检测器列25.1的检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4的累加并且因此由第一检测器列25.1的所有检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...的累加产生。对于增量信号获得的这种方式而言具有特征的是，部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...尽最大可能地与在检测器条形元件中检测到的绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...无关。

在图4c中示出了所有四个分别相移了90°的部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹的变化，所述部分增量信号这样从前四个检测器列25.1-25.4获得。

如在图3a中表明的那样，以这种方式获得的部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...被连接成四个相移的增量信号a、b、c、d，所述增量信号分别同样相对彼此具有相对的90°的相位偏移；即增量信号b相对于增量信号a相位偏移了90°，增量信号c相对于增量信号a相位偏移了180°并且增量信号d相对于增量信号a相位偏移了270°。为此，分别将所有同相的部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...根据a=a¹+a²+…、b=b¹+b²+…、…累加为增量信号a、b、c、d。

从这样产生的增量信号a、b、c、d于是根据关系

确定纵向相位或纵向增量相位。由此针对在一个信号周期之内高分辨的增量位置xinc得出值

[信号周期]。

纵向增量相位的变化针对在测量方向x上标尺移动的情况在图4d中示例性地予以阐明。为了更好的可读性，所有相位值（不仅纵向相位值而且横向相位值）在所有图中被定标（skaliert）（类似于上面的用于xinc的计算规则）并且以信号周期来说明。

此外，部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...在根据本发明的位置测量装置中也可以以替代于上面所解释的方式的途径来获得；该方法基于根据a¹=a¹1+a¹2+a¹3+a¹4、b¹=b¹1+b¹2+b¹3+b¹4、...关于所有横向检测器元件和信号的简单求和。

在替代的方式的范围中利用：不仅检测器元件和信号的逐列的和（或逐列的平均值）而且其方差具有沿着测量方向x的周期性。为了阐明该关系，应参考图4a，在该图中例如针对x=0.625不仅四个信号的和而且所述信号的方差采取最大值。而在x=1.125的情况下，所述信号的和最小并且值基本上相等，即方差同样最小。作为用于该方差的量度，例如可以利用经验标准偏差或方差。

例如，第一列（对于所有其他列类似）的部分增量信号a¹在四个检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4的情况下在这种方式的范围内于是如下来确定：

在此情况下，是检测器元件和信号的平均值并且部分增量信号a¹除了常数因子之外对应于经验标准偏差。

自然，第一列（对于所有其他列类似）的部分增量信号a¹以相同或相似的方式也可以直接由第一列的检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...或检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...的与位置有关的方差来确定。在最简单情况下，为此仅仅检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、...应分别如在最后一段中所说明的那样通过检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...的和来代替。 

原则上，为了产生部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...，此外也可以利用在检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、...或检测器元件单个信号a¹1、b¹1、...与部分增量信号a¹、b¹、c¹、d¹、a²、b²、c²、d²、...之间的其他函数关系。

该方法的优点是，要计算的值可能已经在确定横向相位时如在下一段中所解释的那样作为中间结果产生并且因此已经为了继续处理而存在。

从这样获得的纵向增量相位或增量位置xinc与绝对粗略位置xabs,g的计算中，于是可以确定所期望的高分辨的绝对位置xabs，绝对粗略位置的产生随后被解释。

为了确定绝对粗略位置xabs,g，针对每个检测器列25.1-25.4使用当前四个检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4，所述检测器元件和信号如上面所解释的那样形成。从检测器元件和信号a¹1、a¹2、a¹3、a¹4或b¹1、b¹2、b¹3、...中针对每列于是根据如下关系

确定横向相位形式的绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...。在图4e中，示例性地在标尺相对运动的情况下阐明了来自从左开始前四个检测器列25.1-25.4的绝对位置信号t^1,1、t^2,1、t^3,1、t^4,1的变化。如从该图中可看出的那样，在每个检测器列25.1-25.4中这样形成的绝对位置信号t^1,1、t^2,1、t^3,1、t^4,1在该实例中可以分别采取三个离散值，所述离散值在根据本发明的位置测量装置中可以用作绝对位置编码的代码值。因此可以给测量刻度的经由检测器列25.1-25.8分别所扫描的条形元件中的每个条形元件分配三个所定义的代码值0、1或2中的一个。

为了进行绝对位置确定，在根据本发明的设备的一种有利的实施方式中，并非使用所有绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...，所述绝对位置信号在检测器元件基本单元de之内由相应的检测器列25.1-25.4如所描述的那样产生。更确切地说，针对一组所扫描的条形元件选择检测器列并且继续使用由该检测器列产生的绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...或相关的代码值。从扫描条形元件的四个相邻的检测器列25.1-25.4在此优选地选择如下检测器列25.1-25.4，该检测器列距信号图案中的相邻的条之间的过渡部最远。为此，在所确定的纵向增量相位（图4d）与要选择的检测器列（在下文中也被称为通道）之间存在静态关系。替代地，检测器条形元件的部分增量信号也可以被用于选择合适的通道。在图4a-4f的所示出的实例中，例如适用：如果0.125≤<0.375，选择通道1；如果0.375≤<0.5或-0.5≤<-0.375，选择通道2；如果-0.375≤<-0.125，选择通道3；如果-0.125≤<0.125，选择通道4。图4f中的虚线示出的曲线（所选择的通道作为标尺位置的函数）因此直接由图4d中所示出的纵向相位的变化产生。图4f中实线示出的在所选择的通道中的横向相位值从图4e中的信号图示得出，由此逐块地接收分别所选择的通道的相位。

针对测量刻度的每个所扫描的条形元件，由分别被设置用于条形元件扫描的四个检测器列以这种方式确定绝对位置信号t^1,i、t^2,i、...并且经由相应的检测通道选择给每个条形元件分配当前三个代码值0、1或2中的一个代码值。产生代码序列，该代码序列在解码表中被分配有绝对粗略位置xabs,g。

从增量位置xinc和绝对粗略位置xabs,g的计算，紧接着于是可以确定感兴趣的高分辨的绝对位置xabs。

根据本发明的具有光学透射扫描和准直照射的位置测量装置的上面所解释的第一实施例可以在标尺侧被修改，以便尤其以替代的方式对条形元件中的绝对位置编码。在图5中示出了相应的替代的标尺或替代的测量刻度12'的部分俯视图。

虽然在上述实施例中为了绝对位置编码分析了测量刻度的条形元件中的结构元件在横向y上的相位位置，但在根据图5的当前变型方案中规定，为了绝对位置编码，使用标尺横向周期my，即条形元件13'中的横向于测量方向x布置的结构元件14'的周期性。为此，测量刻度12'的不同地被编码的条形元件13'具有至少两个不同的标尺横向位置my1、my2。在图3的所示出的实例中，针对在这些条形元件13'中布置的结构元件14.1、14.2例如设置有两个不同的标尺横向周期my1、my2。如从图3中可看出的那样，这里也又菱形地构成的结构元件14.1、14.2于是具有相应地不同的大小。给不同的标尺横向周期my1、my2于是分配相应地不同的代码值，例如给标尺横向周期my1分配代码值0并且给标尺横向周期my2分配代码值1。

为了扫描产生的信号图案，应关于横向扫描以合适的方式适配图3中的检测器装置。这样，检测器基本单元在横向y上必须优选地具有长度，使得在其中可以布置不同地被编码的条形元件13'中的整数数量的不同的结构元件14.1、14.2。

部分增量信号的产生类似于上面所解释的实施例进行。

将这样产生的信号计算为绝对位置信息xabs于是可以紧接着如在第一实施例中那样进行。

作为特别的优点，关于该实施例还应提及的是，也可以使用算法上更简单的分析方法。此外，经由两个要检测的频率的差频的检测可以完全地识别出标尺在横向上的更大的移动。

根据本发明的位置测量装置的第二实施例在下文中根据图6和图7予以解释；图6在此示出具有扫描光路的示意性剖视图；图7示出标尺的部分俯视图。随后，与在紧接着的实施例中一样仅仅探讨相对于第一实施例的最重要的区别。

根据本发明的位置测量装置的第二实施例同样又被构成为光学位置测量装置，其中然而现在设置有发散入射光扫描。此外，该位置测量装置与第一实例不同地用于检测标尺110和扫描单元120围绕旋转轴r的相对运动；测量方向x因此并不线性地伸展，而是圆形地伸展。标尺110在此情况下被构成为所谓的分度盘，该分度盘包括圆形的载体111，具有径向定向地布置的光栅区域的圆形的测量刻度112位于该载体上。测量刻度112又被构成为光学幅度光栅，但是现在由于所选择的扫描原理而由交替地沿着测量方向x布置的具有不同反射率的光栅区域、即由反射性的和非反射性的光栅区域构成。在图7中测量刻度112的反射性的光栅区域明亮地被示出，非反射性的光栅区域深色地被示出。

在扫描单元120中，在共同的平面中不仅放置有光源121而且放置有二维检测器装置123；后者又包括多个被布置成列的光电子检测器元件。经由光源121在没有布置在上游的准直光学器件的情况下发散地照射测量刻度112并且此外将在阴影中的信号图案转移到检测器装置123的检测平面中。由于发散照射，产生在检测平面中所转移的信号图案以放大倍数m的放大，该放大倍数如下得出：

m=(u+v)/u

其中：

m:=在测量刻度结构阴影转移(schattenwurf-übertragung)为检测平面中的可扫描的信号图案时的放大倍数

u:=光源与测量刻度之间的间距

v:=测量刻度与检测平面之间的间距

在u=v的情况下，利用上面的等式例如产生放大倍数m=2。

如从图7中的测量刻度112的一部分的俯视图中可看出的那样，沿着测量方向x又周期性地布置有条形元件113。与上述实施例不同地，这里此外选择反射性地构成的结构元件114的形状，所述结构元件周期性地沿着横向y布置在条形元件113中。这样，结构元件114不再菱形地构成，而是具有近似余弦形的边界轮廓。经由这样构成的边界轮廓，尤其在所产生的增量位置信号中可以减少否则将负面地影响信号产生的不期望的谐波分量和与代码有关的错误。为了进一步减少所产生的信号中的不期望的谐波分量和与代码有关的干扰，也还可以以合适的方式选择所选择的光源121的大小和形状。

在下文中将借助于旋转式位置测量装置的实施例来解释，如何还可以附加地利用所产生的绝对位置信号来获得关于扫描单元和标尺在横向上的移动的信息（偏心误差）和/或关于扫描单元和标尺的切向偏移的信息。

这样，图8a示出所选择的绝对位置信号t¹、t²、t³...，所述绝对位置信号针对两种不同的情况借助检测器装置获得，该检测器装置由总共14个相邻的检测器条形元件或检测器列构成。在第一种情况下，存在分度盘或实物量具（maßverkörperung）相对于扫描单元中心地准确地定位的正确的安装情形；在此情况下产生分别在左侧示出的所选择的绝对位置信号t¹、t²、t³...。在第二种情况下存在分度盘的偏心率或不理想的安装情形；产生分别在右侧示出的绝对位置信号t¹、t²、t³...。从绝对位置信号t¹、t²、t³...的共同的相移于是可以估计存在的安装偏心率δy并且在进一步的信号处理中加以考虑；替代地该信息也可以用于确保正确的安装。

在图8b中示出了根据本发明的位置测量装置的旋转式变型方案的产生的、所选择的绝对位置信号t¹、t²、t³...，所述绝对位置信号又借助由总共14个相邻的检测器条形元件构成的检测器装置获得。然而，现在存在扫描单元相对于分度盘的切向移动。如从图8b中可看出的那样，这导致，绝对位置信号t¹、t²、t³...的值相对于理想安装位置分别移动了如下值，该值线性地与所检测的结构元件在相应的检测器列中的位置有关。以这种方式可以确定并且改正偏移或在进一步的测量中考虑该偏移。

经由所解释的对扫描单元和分度盘的可能存在的径向和切向的偏移的检测，除了对正确的安装的控制之外，轴承损坏的及早识别也是可能的，所述轴承损坏通常通过与理想安装位置的偏差增大而使人感觉到。

根据本发明的位置测量装置的第三实施例在下文中根据图9来解释，该图9示出具有扫描光路的示意性剖视图。

这里又设置测量刻度212的光学入射光扫描；标尺210和扫描单元220可以沿着线性测量方向x相对彼此移动。与先前的实施例不同，在扫描单元220中的光源221上游布置有发射光栅222，该发射光栅这里由可透射的和不可透射的光栅区域在y方向上周期性的布置构成。发射光栅222被布置在透明的扫描板226的被分配给光源221的侧上。在扫描板226的该侧上直接相邻地还放置有检测器装置223，由此确保了，发射光栅平面和检测平面与测量刻度212等间隔地布置在扫描光路中。借助在扫描光路中设置的发射光栅222也可以将测量刻度212的与在没有发射光栅222的情况下将可能的相比更精细的结构转移到检测平面中。因此在位置确定中可以实现更高的分辨率。

原则上，替代地构成的发射光栅变型方案也可以使用在根据本发明的位置测量装置中。所述发射光栅变型方案分别包括不透光的元件，所述元件具有一个或多个透明的开口，来自光源的射束穿过所述开口朝扫描光路中的随后的元件的方向射出。开口的数量和形状在此应以合适的方式适配于相应的扫描。

根据本发明的位置测量装置的第四实施例以及其变型方案根据图10、图11和图12来描述；图10示出具有扫描光路的示意性剖视图；图11和12示出在该实施例中可以使用的标尺或测量刻度的不同的变型方案的部分俯视图。

如在上述实例中那样，设置有标尺310的光学入射光扫描，其中标尺310和扫描单元320沿着线性测量方向x相对于彼此可移动。

布置在标尺310上的测量刻度在该实例中被实施为反射性的相位光栅，该相位光栅的光栅区域对入射到其上的并且被反射的射束具有不同的移相的作用。标尺在此被实施为多轨道或双轨道系统并且具有在横向y上相邻地布置的第一和第二测量刻度轨道312.1、312.2，所述第一和第二测量刻度轨道沿着测量方向x延伸。

如从图11中的部分俯视图中可看出的那样，在第一测量刻度轨道312.1中设置有条形元件313的周期性布置。所述条形元件313在此基本上由宽度mx/2的具有在横向y上周期性地布置的结构元件314的中央条形元件区域313.1构成。此外，在测量方向x上侧向地与中央条形元件区域313.1相邻地分别布置宽度mx/4的具有偏转光栅的条形元件区域313.2。偏转光栅在此由横向上未结构化的具有周期性pa的光栅构成。在此证明为有利的是，过渡部如在图11中所表明的那样在两个区域313.1、313.2之间尽可能连续地构成，使得在横向y上周期性的区域313.1与区域313.2中的偏转光栅之间不存在硬分离。

在横向y上与第一测量刻度轨道312.1相邻地布置的第二测量刻度轨道312.2中设置有在测量方向x上延伸的高分辨的增量刻度（inkrementalteilung）。该增量刻度类似于条形元件区域313.2中的偏转光栅来构成并且沿着测量方向x具有周期性pinc。增量刻度的周期性pinc在此不仅可以与偏转光栅的周期性pa相同地选择而且可以与偏转光栅的周期性pa不同地选择。

在扫描侧，如在先前的实施例中那样在扫描单元320中的光源321上游布置有发射光栅322，该发射光栅在此也又由可透射的和不可透射的光栅区域在y方向上周期性的布置构成。发射光栅322布置在透明的扫描板326的被分配给光源321的下侧上。在扫描板326的相同侧上直接相邻地也放置检测器装置，该检测器装置当前由两个分开的部分检测器装置323.1、323.2构成。在此情况下在第二部分检测器装置323.2上游布置有扫描光栅327，该扫描光栅同样布置在扫描板326的下侧上。

在标尺上被第一测量刻度轨道312.1反射回的射束到达第一部分检测器装置323.1上；第二部分检测器装置323.2由如下射束加载，所述射束在该标尺上被具有增量刻度的第二测量刻度轨道312.2反射回。第二部分检测器装置323.2因此用于产生高分辨的增量信号，而借助第一部分检测器装置323.1和因此进行的对第一测量刻度区域312.1的扫描类似于上述实施例可以产生至少一个绝对位置信号以及多个部分增量信号。所述部分增量信号在此情况下具有比高分辨的增量信号更低的分辨率并且用于产生所谓的连接增量信号（anschluss-inkrementalsignal），其对于将不同的信号计算为高分辨的绝对位置是有利的。

从高分辨的增量信号与更低分辨率的部分增量信号以及从绝对位置信号获得的绝对粗略位置的计算于是可以以已知的方式确定高分辨的绝对位置。

替代于具有两个不同地构成的测量刻度区域312.1、312.2的测量刻度，在根据本发明的位置测量装置的该实施例中也可以使用单轨道系统形式的具有唯一的测量刻度312'的标尺，其中在图12中示出了该标尺的部分俯视图。该测量刻度312'的唯一的轨道在此情况下与图11中的实施例的第一测量刻度区域312.1相同地构成。

在检测器侧，在这种测量刻度的情况下可以规定，单独的检测器一方面被用于产生高分辨的增量信号并且另一方面被用于产生更低分辨率的部分增量信号以及绝对位置信号。该实施变型方案的优点尤其是，可以进行扫描单元的任意安装，即可以不考虑关于在横向上的安装公差的限制条件。原则上，在此也可能的是，将扫描单元扭转180°布置，而位置测量装置的功能能力将不受影响。

同样，在这样的测量刻度的情况下将可以实现，借助唯一的检测器装置进行测量刻度的扫描；为此于是将还应在扫描光路中设置以合适的方式构成的发射光栅。

第五实施例在下文中根据图13和图14来解释，其中图13示出标尺的部分俯视图并且图14示出检测器装置423的部分俯视图。

虽然在到目前为止所解释的实施例中仅仅将光学扫描原理使用在根据本发明的位置测量装置中，但是现在设置有所使用的标尺的磁扫描。标尺为此包括磁性测量刻度412，该磁性测量刻度具有周期性地以标尺纵向周期mx在测量方向x上布置的条形元件413。每个条形元件413在此设置有非磁性的或恒定磁化的具有宽度mx/4的区域413.1以及布置在其间的具有宽度mx/2和在横向y上周期性地磁化的结构的区域413.2。在横向y上的周期性结构当前通过交替地以标尺横向周期my布置的磁性北极和南极区域414.1、414.2形成。

二维检测器装置423用于扫描通过测量刻度412预给定的磁场分布形式的产生的信号图案，该二维检测器装置的检测器元件424被构成为磁阻性检测器元件424。类似于光学实例，磁阻性检测器元件424逐列地周期性地沿着测量方向x布置。每个检测器列425在此情况下设置有多个周期性布置的检测器元件424。

类似于所解释的第一实施例进行信号产生和处理。

最后将根据图15和16来描述第六实施例。图15示出标尺的部分俯视图，图16示出检测器装置523的部分俯视图。

在该实例中设置有对所使用的标尺的电感扫描。该标尺具有电感性测量刻度512，该电感性测量刻度包括周期性地以标尺纵向周期mx在测量方向x上布置的条形元件513。每个条形元件513设置有两个不导电的具有宽度mx/4的区域513.1以及布置在其间的具有宽度mx/2和在横向y上周期性的结构的区域513.2。在横向y上的周期性结构通过交替地以标尺横向周期my布置的导电的区域514.1和不导电的区域514.2形成。

二维检测器装置523用于扫描确定的电场分布形式的产生的信号图案，该二维检测器装置的检测器元件524被构成为电敏感的导体环。类似于光学实例，导体环或检测器元件524逐列地周期性地以标尺纵向周期mx沿着测量方向x布置。每个列525设置有多个周期性布置的导体环或检测器元件524。在扫描侧，在该实施例中，此外设置有励磁线圈526用于产生振荡的电磁励磁场。

同样又类似于所解释的第一实施例进行信号产生和处理。

除了具体描述的实施例之外在本发明的范围中当然还存在其他设计可能性。