(57)【要約】【課題】位置、特にアブソリュート位置を決定するための簡単な測定要素および簡単な測定方法を提供する。【解決手段】実量器を含む円形または直線状のトラック（１２）とトラック（１２）を走査するために設けられた複数のセンサとを備えた測定要素（１０）が提供される。測定要素（１０）には、トラック１２を走査するために少なくとも２つのセンサを含む走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）が設けられている。トラック（１２）は、第１および第２の目盛周期をそれぞれ有する第１および第２の部分トラック（１４，１６）を少なくとも含む。それぞれの走査ヘッドの一方の存在する目盛周期についてこの目盛周期に合わせられたセンサ配列を有する。更に、存在する各目盛周期について走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）の１つがこの目盛周期に合わせられた１つのセンサ配列を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実量器を含むトラック（１２）と、トラック（１２）を走査するために設けられた複数のセンサとを備えた測定要素（１０）であって、
トラック（１２）を走査するためにセンサを含む少なくとも２つの走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）が設けられ、
トラック（１２）は、第１および第２の目盛周期をそれぞれ有する第１および第２の部分トラック（１４，１６）を少なくとも含み、
存在する各目盛周期について走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）の１つが、該目盛周期に合わされた１つのセンサ配列を有することを特徴とする測定要素。
【請求項２】
ちょうど２つの異なる目盛周期を備えた請求項１記載の測定要素。
【請求項３】
ちょうど６つの走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）を備えた請求項２記載の測定要素。
【請求項４】
３つの走査ヘッド（１８，１９，２０）のセンサ配列が第１の部分トラック（１４）の第１の目盛周期に合わせられ、他の３つの走査ヘッド（２２，２３，２４）のセンサ配列が第２の部分トラック（１６）の第２の目盛周期に合わせられている請求項３記載の測定要素。
【請求項５】
部分トラック（１４，１６）の順序と走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）の相互のおよび部分トラック（１４，１６）の順序に関連する配置とは、常に少なくとも１つの走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）が、それぞれの走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）のセンサ配列に一致する目盛周期を有するちょうど１つの部分トラック（１４，１６）を検出するように選ばれている請求項３又は４記載の測定要素。
【請求項６】
異なるセンサ配列を有するそれぞれ２つの走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）が空間的にまとめられている請求項４又は５記載の測定要素。
【請求項７】
各走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）に少なくとも４つのセンサが付設されている請求項１乃至６の１つに記載の測定要素。
【請求項８】
少なくとも１つの走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）が、少なくとも２つの異なって存在する目盛周期に合わせられた１つのセンサ配列を有する請求項１乃至７の１つに記載の測定要素。
【請求項９】
走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）のうちの少なくとも１つの走査ヘッドは、少なくとも２つの異なって存在する目盛周期に合わせられた１つのセンサ配列を有し、走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）のうちの少なくとも１つの走査ヘッドのセンサ配列は、この走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）によって発生可能なセンサ信号に基づいて、この走査ヘッド（１８，１９，２０；２２，２３，２４）が完全に１つの部分トラック（１４，１６）上にあるかどうかの判定と、この部分トラック（１４，１６）がどの目盛周期を持つかの判定とを可能にする判定信号（ＳA;k,q，ＳB;k,q）が形成可能であるように構成されている請求項１乃至８の１つに記載の測定要素。
【請求項１０】
前記トラック（１２）のほかに、アブソリュートトラックとして実施されている他のトラック（３２）が設けられている請求項１乃至９の１つに記載の測定要素。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の１つに記載の測定要素を備えたセンサ。
【請求項１２】
請求項１１記載のセンサを備えた工作機械、生産機械またはロボット。
【請求項１３】
個々のセンサの信号から形成される１つ又は複数の判定信号（ＳA;k,q，ＳB;k,q）が、それぞれの予め与えられたまたは予め与え得る基準の満足に関して評価される請求項１乃至１０の１つに記載の測定要素の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実量器を有する少なくとも１つのトラック（軌道）を備えた測定要素に関する。更に、本発明はこれに関係した測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置、特に、例えば工作機械、生産機械および／またはロボットにおける例えば機械軸等のアブソリュート位置（絶対位置）を決定するためにセンサが使用される。位置を検出するための通常のセンサは、直線要素としてまたは回転要素として存在し得る測定要素を有する。測定要素は、位置を決定するためのセンサによって走査されるインクリメントの形の実量器を備えた１つ又は複数のトラックを有する。
【０００３】
「０」，「１」の形のインクリメントを有するいわゆるＰＲＢＳ（擬似ランダムビットシーケンス）トラックを介してアブソリュート位置が求められるセンサは知られている（例えば、特許文献１参照）。アブソリュート位置の付加的な微細分解がインクリメントの移り変わり位置の検出を介して行なわれる。この場合には、一方では移り変わりの検出のための付加的なセンサ技術が必要であり、他方では位置決定のために一般に８個以上のセンサが必要であるという欠点が生じる。
【０００４】
実量器としてアブソリュートトラック（絶対軌道）とインクリメンタルトラック（増分軌道）とが結合されて唯一の複合トラックを構成し、個々のインクリメントが擬似ランダムに分布させられているようにアブソリュートトラックが構成されている、アブソリュート位置を決定するためのセンサは知られている（例えば、特許文献２参照）。この場合に、位置を求めることができるためには、一般に８個以上のセンサが必要とされるという欠点が発生する。
【０００５】
実量器としてインクリメンタルトラックとアブソリュートトラックとが位置を決定するために使用され、アブソリュートトラックが大まかな段階的な位置検出に用いられ、インクリメンタルトラックの付加的な評価が最終的に高精度の位置値を供給する長さ測定システムは知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
ｓｉｎ／ｃｏｓセンサの基本原理は知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
回転体の位置検出のための位置センサおよび測定方法は知られている（例えば、特許文献５および特許文献６参照）。トラックを備え、このトラックが実量器を有し、実量器が位置決定のために少なくとも２つのセンサによって走査され、センサがそれぞれの出力信号として位置決定のための変調された正弦波状のトラック信号を出力するように、実量器が構成されている測定要素は知られている（例えば、特許文献７参照）。
【０００８】
複合駆動装置のための回転センサは知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００９】
単トラック絶対値パターンと、第１の周期を有する第１のインクリメンタルパターンと、第２の周期を有する第２のインクリメンタルパターンとを有するコード板を含み、単トラック絶対値パターンの最小の読取単位が第１の周期に対応し、第２の周期が整数の２乗である係数だけ第１の周期よりも小さい絶対値コーダは知られている（例えば、特許文献８参照）。検出器部分は、絶対値パターン信号を発生させるために、コード板に対して相対的に移動可能であり、かつ絶対値パターンの検出装置を含んでいる。第１のインクリメンタルパターンの検出装置により第１のインクリメンタルパターン信号が発生され、第２のインクリメンタルパターンの検出装置により第２のインクリメンタルパターン信号が発生される。第１のインクリメンタルパターン信号から、補間によって、周期内においてより短いインクリメンタルパターン信号が発生され、これが第２のインクリメンタルパターン信号に同期化される。絶対値パターン信号、第２のインクリメンタルパターン信号および同期化された第１のインクリメンタルパターン信号が、コード板と検出器部分との間の相対的位置関係を表す。
【００１０】
位置コード化信号を常に発生させるために、２つのトラックが２つのセンサにより走査され、２つのセンサが、常に定められた位相角を有する正弦波状の信号対または類似の周期信号をそれぞれ発生し、信号の周期長さがｍ／（ｍ−１）のように振る舞い、それによって探索される相対距離が両位相角の差から得られる位置コード化センサは知られている（例えば、特許文献９参照）。
【００１１】
更に、従来技術に関して、説明の更なる過程でなおも特別に引用する「２つよりも多いセンサを有する位置測定方法および装置」ついての刊行物（非特許文献２）も参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第０１１６６３６号明細書
【特許文献２】欧州特許第０５０３７１６号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０５３０１７６号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第２７２９６９７号明細書
【特許文献５】独国特許出願第１０２００４００４０９９号明細書
【特許文献６】独国特許出願第１０２００４００４１００号明細書
【特許文献７】独国特許出願第１０２００４０６２２７８号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第４１２３７２２号明細書
【特許文献９】国際特許出願公開第８９／１１０８０号パンフレット
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】“Ｄｒｅｈｓｅｎｓｏｒ  ｆｕｅｒ  ｅｉｎｅｎ  Ｋｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓａｎｔｒｉｅｂ（複合駆動装置のための回転センサ）”，ｗｗｗ．ｉｐ．ｃｏｍ，ＩＰＣＯＭ００００２８６０５Ｄ,Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ Ｎｏｌｔｉｎｇ，Ｈａｎｓ−Ｇｅｏｒｇ  Ｋｏｅｐｋｅｎ，Ｇｕｅｎｔｅｒ  Ｓｃｈｗｅｉｇ，Ｒａｉｎｅｒ  Ｓｉｅｓｓ
【非特許文献２】“Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ  ｕｎｄ  Ｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ ｚｕｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｍｅｓｓｕｎｇ  ｍｉｔ  ｍｅｈｒ  ａｌｓ  ｚｗｅｉ  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ（２つよりも多いセンサを有する位置測定方法および装置）”，ｗｗｗ．ｉｐ．ｃｏｍ，ＩＰＣＯＭ００００３５５４１Ｄ,Ｒｏｌａｎｄ  Ｆｉｎｋｌｅｒ，Ｈａｎｓ−Ｇｅｏｒｇ  Ｋｏｅｐｋｅｎ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、位置、特にアブソリュート位置を決定するための簡単な測定要素および簡単な測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題は本発明によれば請求項１の特徴を有する測定要素によって解決される。このために、実量器を含むトラックと、トラックを走査する複数のセンサとを備えた測定要素において、センサを含みかつトラックに対して相対的に移動可能である少なくとも２つの走査ヘッドが設けられ、トラックが、第１および第２の目盛周期をそれぞれ有する第１および第２の部分トラックを少なくとも含み、存在する各目盛周期について走査ヘッドの１つが該目盛周期に合わされた１つのセンサ配列を有する。
【００１６】
更に、この課題は、これに関する独立請求項の特徴を備えた測定方法によって解決される。このために、個々のセンサの信号から形成される１つ又は複数の判定信号が、予め与えられたまたは予め与え得る基準の満足に関して評価される。満足性を決める基準は、目盛周期とセンサ配列との間の適切な関係に依存する。どの基準が満たされているかが認識されるや否や、センサ信号に基づいて、例えば機械軸の位置を決定することができる。
【００１７】
本発明による測定要素および本発明による測定方法は、実量器として機能する１つの単独トラックのみにより、完全な１回転以内にまたは直線軸の完全な移動範囲以内にアブソリュート位置を求めることを可能にするという利点を有する。
【００１８】
従属請求項は本発明の有利な実施態様に関する。下位請求項において使用される上位への従属関係は、それぞれの下位請求項の特徴による主請求項の対象の更なる発展を指し示す。それらは、上位への従属を関係づけられた下位請求項の特徴組合せに対する独立した共同の保護の獲得を放棄したものとして理解すべきではない。更に、請求項の解釈に関しては、後続の請求項における特徴の更に詳しい具現の際に、それぞれの先行する請求項におけるこの種の制限が存在しないことから出発すべきである。
【００１９】
アブソリュート位置を求めるための比較的簡単な数学的関係は、測定要素が、ちょうど２つの異なる目盛周期に応じて設計されている複数の部分トラックと、６つの走査ヘッドとを有し、それらの走査ヘッドのうち３つの走査ヘッドのセンサ配列が２つの目盛周期のうちの第１の目盛周期に合わせられ、他の３つの走査ヘッドのセンサ配列が２つの目盛周期のうちの第２の目盛周期に合わせられている場合に得られる。
【００２０】
アブソリュート位置を求めるための基礎をなす連立方程式を解くことは、部分トラックの順序と走査ヘッドの相互のおよび部分トラックの順序に関連する配置とが次のように、すなわち、常に目盛周期ごとに、該目盛周期を有する１つの部分トラックが該目盛周期に一致するセンサ配列を有する少なくとも１つの走査ヘッドによって検出されるように選ばれている場合に好都合である。
【００２１】
異なるセンサ配列を有するそれぞれ２つの走査ヘッドが空間的にまとめられている場合、上述の配置が比較的簡単に得られる。
【００２２】
随意的に、アブソリュート位置を検出するために満足のいくように定められた連立方程式を得るために、各走査ヘッドに少なくとも４つのセンサが付設されている。
【００２３】
前記トラックのほかに、アブソリュートトラックとして実施されている他のトラックが設けられているならば、より小さい範囲内の、例えばアブソリュートトラックの１つ又は複数のインクリメント内の精密位置を求めることもできる。したがって、第１のステップにおいてアブソリュートトラックにより粗位置を決定し、第２のステップにおいて他方のトラックにより精密位置を決定することによって、全体としてアブソリュート位置を決定することができる。この場合に、本発明は、このような範囲内において、１つの目盛周期のみを有する唯一のインクリメンタルトラックにより可能であるよりも高い精度にて位置を求めることができるという利点を有する。例えば特許文献８に記載されているような２つ以上のこのようなインクリメンタルトラックの使用に比べて、本発明はアブソリュートトラックのほかには１つの付加的なトラックしか必要としないという利点を有する。
【００２４】
本発明による測定要素を有するセンサは、好ましくは工作機械、生産機械またはロボットなどの技術分野に使用される。ここでは、とりわけ１つのみのトラックの必要性を伴うコンパクトな構造形態の実現が有利であることが判明した。
【００２５】
測定方法の有利な構成は測定要素の有利な構成に類似して得られ、その逆も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は実量器を含む円形トラックを備えた本発明による測定要素を示す概略図である。
【図２】図２は測定要素への使用に適していてその使用のために設けられているようなそれぞれ１つの実量器を含む第１および第２のトラックを備えた円板を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下において、本発明の実施例を図面に基づいて更に詳細に説明する。互いに対応する対象または要素には全ての図において同じ符号が付されている。
【００２８】
実施例または各実施例は本発明を限定するものであると理解すべきではない。むしろ、ここでの開示の枠内おいて数多くの修正および変更が可能であり、とりわけ次のような変形、要素および組合せが可能である。すなわち、例えば、一般的または特別な記載部分に関連して説明されている個々の特徴もしくは要素または方法ステップの組合せまたは変形によって、ならびに、請求項および／または図面において得られる個々の特徴もしくは要素または方法ステップの組合せまたは変形によって、専門家にとって課題解決を顧慮して引き出すことができ、かつ組合せ可能な特徴によって新たな対象または新たな方法ステップもしくは方法ステップ列をもたらすような変形、要素および組合せが可能である。特に、ここでおよび以下において説明する本発明による試みは容易に直線運動の事例に転用可能であるので、実施例は回転運動の事例への限定として理解すべきではない。
【００２９】
例えば２つのインクリメンタルトラックを備えた測定要素は一般的に知られている。同様に、トラックの１つをそれぞれ検出する複数のセンサおよびこれに関するセンサ信号に基づいて、円形の同心トラックにおける位置を、すなわち検出すべき回転角φを、トラックと１つのセンサまたは複数のセンサとの間の相対的な位置関係として求めるための数学的基礎は知られている。ｍもしくはｎ個の目盛周期を有する２つのインクリメンタルトラックの場合、例えば、各インクリメンタルトラックにはそれぞれ１つの走査ヘッドが付設され、各走査ヘッドはそれぞれ２つのセンサを有する。このようなトラックを含む円板が同形の回転運動を行なう際に、各センサが正弦波信号を供給し、走査ヘッドごとの両信号は９０°位相がずれている。それにともなって、検出すべき回転角φに応じて次のセンサ信号が生じる。
ｘm（φ）＝Ａm・ｓｉｎ（ｍφ＋γm）                        （１０ａ）
ｙm（φ）＝Ａm・ｃｏｓ（ｍφ＋γm）                        （１０ｂ）
ｘn（φ）＝Ａn・ｓｉｎ（ｎφ＋γn）                        （１０ｃ）
ｙn（φ）＝Ａn・ｃｏｓ（ｎφ＋γn）                        （１０ｄ）
ただし、γm，γnはセンサの位置に応じた定数である。ｓｉｎ／ｃｏｓセンサ原理（特許文献４参照）にしたがって、（１０ａ，１０ｂ）からｍφが、そして（１０ｃ，１０ｄ）からｎφが次のとおりに決定される。
ｍφ＝−γm＋ａｔａｎ２（ｙm，ｘm）＋ｋm・２π
＝−γm＋ａｒｇ（ｘm＋ｊ・ｙm）＋ｋm・２π              （２０ａ）
ｎφ＝−γn＋ａｔａｎ２（ｙn，ｘn）＋ｋn・２π
＝−γn＋ａｒｇ（ｘn＋ｊ・ｙn）＋ｋn・２π              （２０ｂ）
【００３０】
なお、実数ａ，ｂを有するａｔａｎ２（ｂ，ａ），ａｒｇ（ａ＋ｊｂ）は複素数ａ＋ｊｂの偏角を意味し、ｋm，ｋnは当初は０とｍ−１との間もしくは０とｎ−１との間の未知の整数を表わし、すなわち、
ｋm∈｛０，１，…，ｍ−１｝                                  （３０ａ）
ｋn∈｛０，１，…，ｎ−１）                                  （３０ｂ）
である。
【００３１】
ｍで（２０ａ）を割算し、ｎで（２０ｂ）を割算することによって、次の式が得られる。
φ＝−γm／ｍ＋ａｔａｎ２（ｙm，ｘm）／ｍ＋ｋm・２π／ｍ
＝−γm／ｍ＋ａｒｇ（ｘm＋ｊ・ｙm）／ｍ＋ｋm・２π／ｍ    （４０ａ）
φ＝−γn／ｎ＋ａｔａｎ２（ｙn，ｘn）／ｎ＋ｋn・２π／ｎ
＝−γn／ｎ＋ａｒｇ（ｘn＋ｊ・ｙn）／ｎ＋ｋn・２π／ｎ    （４０ｂ）
【００３２】
ｍ，ｎは約数がない、すなわちｍ，ｎの最小公倍数（ｋｇＶ）がｍとｎとの積に等しい、すなわち、
ｋｇＶ（ｍ，ｎ）＝ｍ・ｎ                                      （５０）
であるという前提のもとに、連立方程式（４０ａ，４０ｂ）は付随条件（３０ａ，３０ｂ）下で、まさしく１つの解を有する。したがって、この場合にはセンサ信号ｘm，ｙm，ｘn，ｙnから一義的に回転角φを決定することができる。
【００３３】
回転角φの決定方法は、例えば次のとおりである。
【００３４】
方程式（４０ａ），（４０ｂ）の両右辺を等しいと置いて、ｍｎ／２πを掛け、そして移項整理することによって、
ｋmｎ−ｋnｍ＝［ｎγm−ｍγn＋ｍ・ａｔａｎ２（ｙn，ｘn）−
ｎ・ａｔａｎ２（ｙm，ｘm）］／２π      （５２）
なる方程式が得られる。
【００３５】
方程式（５２）の右辺は、測定されたセンサ信号ｘm，ｙm，ｘn，ｙnおよび既知量ｍ，ｎ，γm，γnから得られる。左辺と等量であることから、ここでは理論上、整数が得られる。実際には測定精度に基づいて近似的にしか整数がもたらされない。したがって、右辺に関して得られる値は最も近い整数に丸められる。そのようにして得られる方程式に関して、今や付随条件（３０ａ），（３０ｂ）のもとで整数解ｋm，ｋnを求めることができる。（４０ａ）または（４０ｂ）への代入が、得ようとする回転角φの解を生じる。この場合に実際には、ｍ＞ｎについては（４０ａ）への代入が、そしてｍ＜ｎについては（４０ｂ）への代入が、得ようとする回転角φのより正確な値を提供する。
【００３６】
φを決定するための代替方法が特許文献９から得られる。それには、｜ｍ−ｎ｜＝１の場合についてｍφ，ｎφからφを決定する方法が記載され、ｍφ，ｎφがｓｉｎ／ｃｏｓセンサ原理に基づいて方程式（２０ａ，２０ｂ）にしたがって決定される。この方法の当然の一般化において、｜ｍ−ｎ｜≠１についても、｜ｍ−ｎ｜φをｍφ，ｎφから求めることができる。一般化された方法の反復によって最終的に｜ｍ−ｎ｜≠１についてもφを決定することができる。
【００３７】
図１は、本発明による測定要素１０の概略的に簡単化された図を示す。測定要素１０はトラック１２を含み、トラック１２は、以下においてインクリメント１４ａ，１６ａと呼ばれる例えば磁石のもしくは磁化されたトラック部分の形で実現された実量器を有する。図１に示されたトラック１２の実施形態では、個々のインクリメント１４ａ，１６ａはそれぞれ第１および第２の部分トラック１４，１６にまとめられている。インクリメンタルトラックとして実施されている部分トラック１４，１６ごとに、まさに１つの目盛周期が特有である。部分トラック１４，１６は位置決定のために設けられたセンサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚによって走査される。センサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれ、トラック１２を走査するために設けられた６つの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４（第１の走査ヘッド１８、第２の走査ヘッド１９、第３の走査ヘッド２０、第４の走査ヘッド２２、第５の走査ヘッド２３、第６の走査ヘッド２４）に付設されている。したがって、各走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４は４つのセンサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚを含む。
【００３８】
図１に示された円形のトラック１２の例において、第１の部分トラック１４は、２π／ｍの目盛周期に応じて角度広がりπ／ｍのインクリメント１４ａを例えば磁極の形で持ち、第２の部分トラックまたは各第２の部分トラック１６は、２π／ｎの目盛周期に応じて角度広がりπ／ｎのインクリメント１６ａを持つ。したがって、目盛周期はこの意味においてまさに２つのインクリメントを含む。部分トラック１４，１６のこの種の定められた目盛周期との関連において、３つの走査ヘッド１８，１９，２０、すなわち第１、第２および第３の走査ヘッド１８，１９，２０自体は、第１の部分トラック１４の目盛周期に合わせられたセンサ配列（センサアレイ）であり、他の３つの走査ヘッド２２，２３，２４、すなわち第３、第４および第５の走査ヘッド２２，２３，２４自体は、第２の部分トラック１６の目盛周期に合わせられたセンサ配列（センサアレイ）である。
【００３９】
図１には、図の見易さの理由から、比較的少ない目盛周期、すなわちｍ，ｎに関して比較的小さい値を有する実施例が示されている（ｍ＝９，ｎ＝５）。しかしながら、実際においては、ｍ，ｎに関して、より大きなｍ，ｎの値、例えば１００から数１０００までの間の値も有意義である。
【００４０】
部分トラック１４，１６の順序と、走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４の相互のおよび部分トラック１４，１６の順序に関連する配置とは、常に走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４の少なくとも１つが、それぞれの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４のセンサ配列に一致する目盛周期を有するまさに１つの部分トラック１４，１６を検出するように選ばれている。
【００４１】
ｍの数値がｎの数値よりも大きい場合、センサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚの配列に関して、第１の部分トラック１４に合わせられた第１、第２および第３の走査ヘッド１８，１９，２０またはそれぞれにおけるセンサは、第２の部分トラック１６に合わせられた第４、第５および第６の走査ヘッド２２，２３，２４またはそれぞれにおけるセンサよりも密接して配置されているという結果が生じる。走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４が“部分トラック１４，１６に合わせられる”とは、走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４のセンサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚの２つの相前後するセンサ間の角度がインクリメント１４ａ，１６ａの半分に一致し、したがって関係する部分トラック１４，１６の目盛周期の４分の１に一致することである。図１に示された実施形態の場合、異なるセンサ配列を有するそれぞれ２つの走査ヘッド１８，２２；１９，２３；２０，２４が空間的にまとめられて配置されている。すなわち、第１の走査ヘッド１８と第４の走査ヘッド２２とが第１グループに、第２の走査ヘッド１９と第５の走査ヘッド２３とが第２グループに、そして第３の走査ヘッド２０と第６の走査ヘッド２４とが第３グループにまとめられて配置されている。
【００４２】
それぞれの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４に付設されたセンサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚは、一義的な参照のためにインデックスを付されている。センサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４のセンサ配列に関係し、そして同じセンサ配列の走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４に関係する。すなわち、第１および第４の走査ヘッド１８，２２は第１グループに、第２および第５の走査ヘッド１９，２３は第２グループに、そして第３および第６の走査ヘッド２０，２４は第３グループに属する。したがって、次のとおりである。
Ｗ1,m，Ｘ1,m，Ｙ1,m，Ｚ1,m（第１の走査ヘッド１８）；
Ｗ2,m，Ｘ2,m，Ｙ2,m，Ｚ2,m（第２の走査ヘッド１９）；
Ｗ3,m，Ｘ3,m，Ｙ3,m，Ｚ3,m（第３の走査ヘッド２０）；
Ｗ1,n，Ｘ1,n，Ｙ1,n，Ｚ1,n（第４の走査ヘッド２２）；
Ｗ2,n，Ｘ2,n，Ｙ2,n，Ｚ2,n（第５の走査ヘッド２３）；
Ｗ3,n，Ｘ3,n，Ｙ3,n，Ｚ3,n（第６の走査ヘッド２４）
【００４３】
センサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚから供給されるセンサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、センサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚの参照に依拠して、小文字により次のように表される。
ｗ1,m（φ），ｘ1,m（φ），ｙ1,m（φ），ｚ1,m（φ）；
ｗ2,m（φ），ｘ2,m（φ），ｙ2,m（φ），ｚ2,m（φ）；
ｗ3,m（φ），ｘ3,m（φ），ｙ3,m（φ），ｚ3,m（φ）；
ｗ1,n（φ），ｘ1,n（φ），ｙ1,n（φ），ｚ1,n（φ）；
ｗ2,n（φ），ｘ2,n（φ），ｙ2,n（φ），ｚ2,n（φ）；
ｗ3,n（φ），ｘ3,n（φ），ｙ3,n（φ），ｚ3,n（φ）
【００４４】
センサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚにて信号ｗk,q（φ），ｘk,q（φ），ｙk,q（φ），ｚk,q（φ）（ｋ∈｛１，２，３｝；ｑ∈｛ｍ，ｎ｝）を供給する走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４のうちの１つの走査ヘッドのセンサ配列が完全に１つの部分トラック１４、１６上にある場合、センサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、２π／ｑなるそれぞれの部分トラック１４，１６の目盛周期において、
ｗk,q（φ）＝−Ａk,q・ｓｉｎ（ｑφ＋γk,q）              （６０ａ）
ｘk,q（φ）＝  Ａk,q・ｃｏｓ（ｑφ＋γk,q）              （６０ｂ）
ｙk,q（φ）＝  Ａk,q・ｓｉｎ（ｑφ＋γk,q）              （６０ｃ）
ｚk,q（φ）＝−Ａk,q・ｃｏｓ（ｑφ＋γk,q）              （６０ｄ）
として生じる。
【００４５】
それぞれの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４が完全にそれのセンサ配列に対応する部分トラック１４，１６上にあるかどうかは、前記センサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚから形成される判定信号ＳA;k,q，ＳB;k,qに基づいて認識可能である。この判定信号ＳA;k,q，ＳB;k,qは、走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４ごとに次のように形成される。
ＳA;k,q＝ｗk,q（φ）＋ｙk,q（φ）
ＳB;k,q＝ｘk,q（φ）＋ｚk,q（φ）
【００４６】
判定信号ＳA;k,qおよびＳB;k,qは、
ｋ＝１およびｑ＝ｍについては第１の走査ヘッド１８に関係し、
ｋ＝２およびｑ＝ｍについては第２の走査ヘッド１９に関係し、
ｋ＝３およびｑ＝ｍについては第３の走査ヘッド２０に関係し、
ｋ＝１およびｑ＝ｎについては第４の走査ヘッド２２に関係し、
ｋ＝２およびｑ＝ｎについては第５の走査ヘッド２３に関係し、
ｋ＝３およびｑ＝ｎについては第６の走査ヘッド２４に関係する。
【００４７】
第１および第２の判定信号ＳA;k,q，ＳB;k,qが、同時に（ある予め与えられたまたは予め与え得る許容差内で）第１および第２の判定信号ＳA;k,q，ＳB;k,qが消えるように、あるいは予め与えられたまたは予め与え得る閾値以下の大きさにとどまるように、予め与えられたまたは予め与え得る基準を満たす場合、それぞれの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４に関して、当該走査ヘッドが完全に１つの部分トラック１４、１６の上にある位置が分かる。該１つの部分トラックの目盛周期は、それぞれの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４のセンサ配列に一致する。つまり、走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４は、厳密に１つの適合した部分トラック１４，１６上にある。
【００４８】
部分トラック１４，１６の適切な順序と、走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４の相互のおよび部分トラック１４，１６の順序に関連する適切な配置とにおいて、常に、つまり回転角φに関係なしに、
ｗk,m（φ），ｘk,m（φ），ｙk,m（φ），ｚk,m（φ）    ｋ∈｛１，２，３｝
なるセンサ信号を供給する走査ヘッド１８，１９，２０の１つが、１つの適合した部分トラック１４上にあり、同様に
ｗk,n（φ），ｘk,n（φ），ｙk,n（φ），ｚk,n（φ）    ｋ∈｛１，２，３｝
なるセンサ信号を供給する走査ヘッド２２，２３，２４の１つが、１つの適合した部分トラック１６上にある。従って、回転角φを、特に最初に述べた関係を使用することによって、次のとおり決定することができる。
【００４９】
（１）それぞれ適合した部分トラック１４，６上にある走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４を決定する。すなわちｋｍ，ｋｎを、
ｗkm,m（φ）＋ｙkm,m（φ）＝ｘkm,m（φ）＋ｚkm,m（φ）＝０    （７０ａ）
ｗkn,n（φ）＋ｙkn,n（φ）＝ｘkn,n（φ）＋ｚkn,n（φ）＝０    （７０ｂ）
により求める。ただし、実際には「＝０」の代わりに、前述の閾値に関連する検査値が設定されている。
【００５０】
（２）それにともなって、ｙkm,m（φ），ｘkm,m（φ）には（６０ｃ，６０ｂ）にしたがって、従来技術におけるｘm（φ），ｙm（φ），ｘn（φ），ｙn（φ）についての方程式（１０ａ，１０ｂ）と同じ形式の方程式が当てはまるので、これらの量からも同様に回転角φを求めることができる。付加的な方程式（６０ａ，６０ｄ）によって得られる冗長性は障害抑制のための実利的応用に利用されるとよい。
【００５１】
従来技術において既に基本的に知られているトラック信号補正方法は、原理的に、本発明による数式に関しても適用可能である。この場合に、もちろん次のことが顧慮されなければならない。ｋｍまたはｋｎのどちらに対して条件（７０ａ，７０ｂ）が満たされているかに応じて、位置決定のために、異なるセンサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚが評価される。この場合に、方程式（４０ａ），（４０ｂ）の評価のためにセンサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚの２つのセットをそれぞれ使用可能である回転角φの範囲が存在する。一方のセットのみまたは他方のセットのみが使用可能である範囲は、適切な配置の場合に常に、両セットが使用可能である範囲によって分離されている。これに基づいて、定められた時点または定められた位置におけるセンサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚの補正のために、センサ信号ｗ，ｘ，ｙ，ｚが既に直接に先行する時点もしくは直接に先行する位置、特に直接に先行する角度範囲において求められることを前提とする公知の補正方法を適用することができる。
【００５２】
上述の実施例においては、各走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４のセンサ配列が、常に部分トラック１４，１６の厳密に１つの目盛周期にのみ適合する構成が選ばれている。しかし、走査ヘッドが２つ以上の異なる目盛周期に適合する装置であってもよい。これは、２つの異なる目盛周期２π／ｍ，２π／ｎにおいて、例えば負でない整数ｐm，ｐnが存在する場合に、
（ｐm＋１／４）２π／ｍ＝（ｐn＋１／４）２π／ｎ
が当てはまるケースである。これは、例えばｍ＝９，ｎ＝５についてはｐm＝２およびｐn＝１を用いるケースである。この状況のもとで、１つの走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４内における２つの相前後するセンサ間の角度δとして、
δ＝（ｐm＋１／４）２π／ｍ＝（ｐn＋１／４）２π／ｎ
を選ぶ場合、このような走査ヘッドは、目盛周期２π／ｍも目盛周期２π／ｎも有する部分トラックに適合する。これらの両目盛周期だけが存在し、２つの相前後するセンサＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚ間の前述の角度δを有する走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４を除いて上述の判定信号の形成が不必要である場合には、走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４ごとに２つのセンサのみが必要である。もちろん、センサ信号からは、ちょうど走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４の下にある部分トラックがどの目盛周期を持つかを推定することはもはやできないことに留意すべきである。
【００５３】
更に、ｓｉｎ／ｃｏｓセンサの基本原理に相当するこれまでに述べた様式の走査ヘッド１８，１９，２０，２２，２３，２４の代わりに、非特許文献１に記載されているような他の様式の走査ヘッドを使用するができる。この様式の走査ヘッドも次のように実施することができる。すなわち、一方では走査ヘッドが部分トラックの２つ以上の異なる目盛周期に適合し、他方ではセンサ信号から、それぞれの走査ヘッドが完全に１つの部分トラック上にあるどうかの判定、そしてイエスのときには、この部分トラックがどの目盛周期を有しているかの判定を可能にする判定信号が形成される。
【００５４】
図２において、図１に示された様式の第１のトラック１２を含む円板３０が示されている。この第１のトラック１２に加えて、円板３０は他のトラック３２を有し、これは、以下において第１のトラック１２との区別のために一貫して他のトラック３２と呼ばれている。
【００５５】
図２による第１のトラック１２は、図１におけるトラック１２から、例えば、後者が先ず直線的に展開され、そして１／３に圧縮されることによって得られる。圧縮されたトラックの３つのサンプルが互いに連ねられ、これらの連なりが最終的に再び巻かれて１つの環状トラック、つまり第１のトラック１２を形成する。図１の実施例に応じて、図２の第１のトラック１２を相応に走査することによって、１／３回転の範囲内の位置を求めることができる。アブソリュートトラックとして機能する他のトラック３２は複数のインクリメント３２ａからなり、これらのインクリメント３２ａの「長さ」または角度の広がり、つまりそれぞれのインクリメント３２ａをちょうど囲む角度の円弧長は、全て、共通の基礎長の整数倍である。図２に示された例では、この共通の基礎長は１／６回転である。
【００５６】
図１におけるのと同様に、図２においても図の見易さのために、第１もしくは他のトラック１２，３２において比較的少ないインクリメント１４ａ，１６ａ；３２ａを有する例が示されている。実際においては明らかに多い、例えば１００から数１０００までの間のインクリメント１４ａ，１６ａ；３２ａを有する装置も有意義である。
【００５７】
アブソリュートトラックとして働く他のトラック３２により、例えば特許文献３に記載されているように、基本的には１回転内に１つの位置を求めることができ、精度はもちろんほぼ測定区分要素の上述の共通な基礎長に、したがって図２に示された例では約１／６回転に相当するにすぎない。実際に達成可能な精度は、実際には公差および測定誤差に基づいてなおも僅かに劣る。しかしながら、「複雑なインクリメンタルトラック」として働く第１のトラック１２は図１での構成に応じて、他のトラック３２（アブソリュートトラック）の評価によって得られる位置間隔内の位置のより正確な検出を可能にする。
【００５８】
１つのアブソリュートトラック、つまり例えば他のトラック３２と、１つのインクリメンタルトラック、つまり第１のトラックとの組み合わせにおいて、十分な分解能すなわち精度を達成するために、従来技術の場合にはインクリメンタルトラックの目盛周期が十分に小さくなければならない。他方においてこの目盛周期は、少なくとも、アブソリュートトラックに基づいて検出可能な位置間隔と同じ大きさ、より良好にはそれどころかより大きい、例えば２倍の大きさでなければならない。この位置間隔の大きさは、技術的理由から、例えばアブソリュートトラックを走査するために複数のセンサを配置する際の公差に基づいて下方を制限されている。この理由から、位置検出のために少なくとも１つのアブソリュートトラックの評価を基礎とする従来公知の測定要素においては、しばしば、例えば特許文献８に記載されているように、２つのインクリメンタルトラックが使用される。３つのトラック、すなわち１つのアブソリュートトラックと２つのインクリメンタルトラックとを有する円板の高められたスペース要求のゆえに、このような解決策は最適状態には及ばない。
【００５９】
したがって、第１のトラック１２とアブソリュートトラックとして実施された１つの他のトラック３２との図２に示した上述の組み合わせの構成は単独で発明として特色を有する本発明の他の特徴を具現する。インクリメンタルトラックとして機能するトラック１２は２つのインクリメンタル尺度を兼ね備えているので、従来技術において１つのアブソリュートトラックとの関連で同等な精度のために必要な２つのインクリメンタルトラックの代わりに、図１に示された様式の１つのトラック１２で十分である。この場合に分解能および精度は両目盛の小さい方によってのみ制限される。
【００６０】
したがって、本発明は次のとおり要約される。実量器を含む１つの円形または直線状のトラック１２とトラック１２を走査するために設けられた複数のセンサとを備えた測定要素１０において、トラック１２を走査するために複数のセンサを含む少なくとも２つの走査ヘッド１８，１９，２０；２２，２３，２４が設けられている。測定要素１０において、トラック１２は、第１および第２の目盛周期をそれぞれ有する第１および第２の部分トラック１４，１６を少なくとも含む。更に、存在する各目盛周期について、走査ヘッド１８，１９，２０；２２，２３，２４の１つが該目盛周期に合わせられた１つのセンサ配列（センサアレイ）を有する。
【符号の説明】
【００６１】
１０        測定要素
１２        トラック
１４        部分トラック
１４ａ      インクリメント
１６        部分トラック
１６ａ      インクリメント
１８        走査ヘッド
１９        走査ヘッド
２０        走査ヘッド
２２        走査ヘッド
２３        走査ヘッド
２４        走査ヘッド
３０        円板
３２        トラック
３２ａ      インクリメント
Ｗ          センサ
Ｘ          センサ
Ｙ          センサ
Ｚ          センサ
【図１】
2010506180.tif 000003
【図２】
2010506180.tif 000004
【国際調査報告】
2010506180.tif 000005
2010506180.tif 000006
2010506180.tif 000007
2010506180.tif 000008