用于确定位置的系统

摘要

本发明涉及一种用于确定位置的系统(1)，其具有第一传感器(4)，特别是线传感器，具有用于扫描第一二维图案(5，5′)并产生扫描信号的扫描长度(L)。第一二维图案(5，5′)具有在扫描长度(L)的至少一部分形成第一码字的图案元素(6)，所述第一码字对沿前进方向的绝对位置进行编码。进一步地，第一码字可以作为确定第一传感器(4)与相对于第一二维图案(5)的理想位置(9，10，12)的偏差的基础。

权利要求

1.一种用于确定沿前进方向(F，Fx，Fy,Fz)的位置(P，Px，Py，Pz)的系统(1)，该系统包括：●第一传感器(4)，该第一传感器具有沿纵轴(54)的扫描长度(L)，所述第一传感器用于扫描第一二维图案(5，5′)并产生扫描信号，并且所述第一传感器被集成在第一扫描头(51)内；

●第一二维图案(5，5′)，该第一二维图案能够由所述第一传感器(4)扫描，该第一二维图案在前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上延伸并包括图案元素(6，6a-6f)，其中所述第一传感器(4)和所述第一二维图案(5，5′)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上彼此相对移动；以及●控制和评估单元(2)，该控制和评估单元用于评估所述扫描信号；

其特征在于：

●通过因限定而不同的布置和/或实施方式，所述图案元素(6，6a-6f)形成针对沿所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)的每个位置(P，Px，Py，Pz)的相关的第一码字，在每种情况下，所述第一码字能够至少在所述第一传感器(4)的扫描长度的一部分上被感测，并且所述第一码字对各自的位置(P)绝对地编码，从而使得所述第一二维图案(5，5′)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上形成绝对位置编码路径；

●在每种情况下，所述扫描信号在各自位置(P，Px，Py，Pz)对应于所述第一码字，并且以下信息被存储在所述控制和评估单元(2)中：-一份解码信息，该解码信息能够用来将绝对位置(P)与每个扫描信号唯一关联；

-一种信息，该信息能够被用于基于所述第一码字利用各自的扫描信号来确定在各自的位置(P，Px，Py，Pz)中，所述第一传感器(4)至少关于一个运动自由度而言与相对于所述第一二维图案(5，5′ )来说的理想位置(9，10，12)的偏差。

2.根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，

所述第一传感器(4)呈线传感器的形式。

3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其特征在于，

所述第一传感器(4)的所述纵轴(54)大致沿所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)取向，且所述第一二维图案(5，5′)的所述第一码字在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上具有不同布置的图案元素(6，6a-6f)，和/或不同实施的图案元素(6，6a-6f)。

4.根据权利要求3所述的系统(1)，其特征在于，

所述第一二维图案(5，5′)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上被分成多个不同的布置和/或实施的图案元素(6，6a-6f)的分别邻接的区域(al-ai)，其中●所述区域(al-ai)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上具有不同的区域长度(dl-di)；

●具有限定的实施和/或布置的图案元素的每个区域形成区域类型，并且所述第一二维图案(5，5′)具有至少两个不同的区域类型(al-ai)；并且●第一传感器(4)的所述扫描长度(L)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上与所述区域(al-ai)的所述区域长度(dl-di)相适应，使得所述第一传感器(4)能够同时扫描来自每个位置(P，Px，Py，Pz)的至少两个区域(al-ai)的图案元素(6，6a-6f)；并且●能够在扫描长度(L)上被扫描的所述区域(al-ai)的区域类型的序列用于形成各自的第一码字。

5.根据权利要求4所述的系统(1)，其特征在于，

●所述区域(al-ai)在所述前进方向(F，Fx，Fy,Fz)上具有至少两个不同的区域长度(dl-di)；并且●所述区域长度(dl-di)被用于形成各自的第一码字；

●其中不同区域长度(dl-di)的数量和所述第一二维图案(5，5′)所具有的所述区域类型的数量以彼此适应的方式选定。

6.根据权利要求3所述的系统(1)，其特征在于，

所述第一扫描头(51)包括集成的第二传感器(4a)，该第二传感器大体沿所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)取向，用于扫描所述第一二维图案(5，5′)，其中所述第一传感器(4)和所述第二传感器(4a)相对于彼此以线传感器距离(D1-D3)布置在限定位置上，所述限定位置被存储于所述控制和评估单元(2)中，所述线传感器距离(D1-D3)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上被限定并且同样地被存储于所述控制和评估单元(2)中。

7.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其特征在于，

所述第一扫描头(51)具有集成的第二传感器(4a)，用于扫描所述第一二维图案(5，

5')，其中

●所述第一传感器(4)的所述纵轴(54)和所述第二传感器(4a)的纵轴(54a)相对于所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)大致垂直地取向，并且●所述第一传感器(4)和所述第二传感器(4a)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上具有限定的传感器距离(D)，所述传感器距离被存储在所述控制和评估单元(2)中。

8.根据权利要求7所述的系统(1)，其特征在于，所述第一传感器(4)的纵轴(54)和所述第二传感器(4a)的纵轴(54a)大致互相平行地取向。

9.根据权利要求7所述的系统(1)，其特征在于，信息被存储在所述控制和评估单元(2)中，所述信息能被用于基于来自所述第一传感器(4)和所述第二传感器(4a)的对应于各自的第一码字的扫描信号来确定所述第一扫描头(51)至少相对于一个运动自由度而言与相对于所述第一二维图案(5，5′)来说的理想位置(9，10，12)的偏差。

10.根据权利要求9所述的系统(1)，其特征在于，所述信息能被用于基于来自所述第一传感器(4)和所述第二传感器或(4a)的对应于各自的第一码字的扫描信号来确定所述第一扫描头(51)相对于所有的运动自由度而言与相对于所述第一二维图案(5，5′)来说的理想位置(9，10，12)的偏差。

11.根据权利要求3所述的系统(1)，其特征在于，所述不同布置的图案元素(6，6a-6f)具有相对于所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)的不同的倾斜和不同的图案元素周期性。

12.根据权利要求5所述的系统(1)，其特征在于，所述区域长度(dl-di)结合所述区域类型的序列被用于形成各自的第一码字。

13.根据权利要求5所述的系统(1)，其特征在于，所述不同区域长度(dl-di)的数量和所述第一二维图案(5，5′)所具有的所述区域类型的数量以互质的方式选定。

14.根据权利要求6所述的系统(1)，其特征在于，所述第一传感器(4)的纵轴(54)和所述第二传感器(4a)的纵轴(54a)在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上大致彼此平行地取向。

15.一种测量装置(60)，该测量装置具有能够沿测量路径(M)相对于彼此移动的臂，其特征在于，设置有第一系统(1)，该第一系统(1)是根据前述权利要求中任一项所述的系统，并且所述测量路径(M)沿所述第一系统(1)的所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)延伸，其中所述第一系统(1)被用于确定所述臂相对于彼此的相对位置。

16.根据权利要求15所述的测量装置(60)，其特征在于，所述测量装置(60)为线性编码器的形式。

17.根据权利要求15所述的测量装置(60)，其特征在于，

设置有至少一个第二系统(1a)，该至少一个第二系统(1a)是根据权利要求1至14中任一项所述的系统，该第二系统具有第二扫描头(51a)和第二二维图案(5a，5a'，5a ″ )，所述第二扫描头(51a)具有至少一个传感器(4，4a)，所述第二二维图案具有用于确定沿前进方向(F，Fx，Fy，Fz)的绝对位置以及确定所述至少一个传感器(4，4a)与相对于第二二维图案(5a，5a'，5a")来说的理想位置(9，10，12)的偏差的第二码字，其中●所述第一二维图案(5，5')和所述第二二维图案(5a，5a'，5a ″ )在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上彼此平行地延伸，所述第一二维图案(5，5')和所述第二二维图案(5a，5a'，5a ″ )布置在不同的平面中，并且●所述第一扫描头(51)和所述第二扫描头(51a)一起移动。

18.根据权利要求17所述的测量装置(60)，其特征在于，所述不同的平面包夹出90°±

3°的夹角。

19.根据权利要求17所述的测量装置(60)，其特征在于：

所述第一系统(1)具有多个连续地固定在所述前进方向(F，Fx，Fy,Fz)上的相同的第一二维图案(5，5′)，所述第二系统(1a)具有多个连续地固定在所述前进方向上的类似的第二二维图案(5a，5a′，5a")。

20.根据权利要求19所述的测量装置(60)，其特征在于：

所述第一二维图案(5，5′)的所述第一码字的数量和所述第二二维图案(5a，5′，5a")的所述第二码字的数量互质，并且彼此的码字数量存在差值。

21.根据权利要求20所述的测量装置(60)，其特征在于：

码字数量的差值根据所述测量装置(60)的制造公差选定，所述第一二维图案(5，5′)的所述第一码字的数量和所述第二二维图案(5a，5a’，5a")的所述第二码字的数量彼此之间相互适应，以使得所述测量装置(60)的制造公差能够被补偿。

22.根据权利要求20所述的测量装置(60)，其特征在于：

作为所述第一二维图案(5，5′)的第一码字和所述第二二维图案(5a，5a'，5a")的第二码字的组合的各码字组合在所述前进方向(F，Fx，Fy，Fz)上是唯一的，并且在所述测量装置(60)的控制和评估单元(2)中存储信息，所述信息能够用于在每一种情况下将码字组合与测量路径位置唯一地关联。

23.根据权利要求17至22中任一项所述的测量装置(60)，其特征在于，所述测量装置(60)是三维坐标测量机(20)，其中所述测量装置(60)针对每个坐标轴具有至少一个相应的第一系统(1)，以确定所述臂彼此之间的相对位置。

24.根据权利要求15或16所述的测量装置(60)，其特征在于，

所述测量装置(60)是三维坐标测量机(20)，其中所述测量装置(60)针对每个坐标轴具有至少一个相应的第一系统(1)，以确定所述臂彼此之间的相对位置。

25.一种利用根据权利要求1所述的系统(1)确定沿前进方向(F，Fx，Fy，Fz)的位置(P，Px，Py，Pz)的方法，该方法具有如下步骤：●由所述第一传感器(4)在扫描长度(L)上扫描所述第一二维图案(5，5′)的图案元素(6，6a-6f)；

●产生对应于第一码字的扫描信号，该第一码字由扫描到的图案元素(6，6a-6f)形成；

●基于在控制和评估单元(2)中存储的解码信息，将绝对位置(P，Px，Py，Pz)与所述扫描信号相关联，并且●在所述扫描信号与针对所述位置所存储的理想信号产生偏差的情况下，所述扫描信号以及在所述控制和评估单元(2)中基于所述第一码字针对所述位置(P，Px，Py，Pz)所存储的信息被用于确定所述第一传感器(4)关于至少一个运动自由度而言与相对于所述第一二维图案(5，5′)来说的理想位置(9，10，12)的偏差。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：

与理想位置(7，8，9，10)的所述偏差是通过求解线性同余的数学系统确定的，所述数学系统是基于第一码字产生的。

27.根据权利要求25或26所述的方法，其特征在于：

所述方法通过使用根据权利要求23所述的测量装置(60)执行，其中

所述第一二维图案(5，5′)和所述第二二维图案(5a，5a′，5a")在同一个步骤中被扫描，并且所述第一二维图案(5，5′)的第一码字和所述第二二维图案(5a，5a′，5a")的第二码字的码字组合被用于唯一地确定绝对测量路径位置。

28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，

所述方法利用根据权利要求18所述的测量装置(60)执行，并且待测量的三维坐标由绝对位置(P，Px，Py，Pz)以及与针对每个坐标轴确定的理想位置(7，8，9，10)的偏差计算得到。

29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：利用中国剩余定理来求解所述数学系统。

30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于：通过对在所述第一码字和所述第二码字基础上所产生的线性同余的数学系统进行求解来确定所述绝对测量路径位置。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，利用中国剩余定理来对所述数学系统求解。

32.一种存储在机器可读存储介质上的计算机程序产品，其用于控制或执行根据权利要求25至31中任一项所述的方法。

说明书

用于确定位置的系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于确定沿前进方向的位置的系统，该系统具有用于扫描图案的传感器和可扫描的二维图案，同时还涉及一种确定沿前进方向的位置的方法以及计算机程序产品。

背景技术

[0002] 在许多需要确定沿前进方向移动的目标位置的应用领域中需要确定沿前进方向位置的系统，例如，线性轴上的机器部件的位置，如驱动器或旋转臂的位置。这种情况下，检测的位置可作为用于测量目的的位置值，或者应用于具有位置控制回路的驱动的定位元件。这样的定位系统相应地应用在如坐标测量机(CMM)、大地测量设备、机器人手臂或液压执行机构等设备中。这样的系统通常具有图案和传感器，所述图案或所述传感器被连接到所述移动体，所述图案和所述传感器能够沿前进方向彼此相对地移动。所述传感器扫描图案，并产生一个基于被扫描的图案部分的扫描信号。所述图案被构造为扫描信号的变化依赖于传感器与图案之间相对位置的变化，因此获得目标的位置。该系统的控制和评估单元使用关于图案的存储信息从扫描信号中确认所寻求的位置。举例来说，用于增量定位的图案具有相同类型的图案元素，所述图案元素以彼此之间相同的相对距离布置在前进方向上。所述传感器在每种情况下扫描一个图案元素。存储在控制和评估单元的信息为图案元素之间的距离，因此，基于传感器和图案已定义的零位置，可以通过传感器和图案之间相对运动扫描到的同类型扫描信号的数量来确定位置。增量定位的系统具有的缺点是，当系统被重新启动时，每次都必须从一个零位置或一个参考位置再次开始。

[0003] 相反，在绝对定位系统中，分别的单个图案元素或图案元素的序列产生特有的和可辨识的扫描信号。这允许将一个唯一的位置与一个传感器和图案之间分别的相对位置联系起来，即没有依据一个参考位置。

[0004] 理想情况下，传感器和图案仅改变彼此之间在前进方向上的相对位置，即，他们相对于彼此的运动只有一个自由度(DoF)。然而在实际中，在这种理想情况下不希望有的偏差经常出现，即传感器相对于图案的位置无意中经常在至少多于一个的空间方向上变化，例如以偏移，歪斜或倾斜的形式。在这种情况下，偏移量或者是恒定的，或者考虑到前进的方向和图案的纵轴线方向并不完全彼此平行，偏移量由相对位置决定。此外，传感器会产生歪斜或倾斜，即传感器在其自身至少一个轴上无意间的旋转。这些与理想情况的差异可能产生对测量精度的不利影响。保持这种偏差尽可能的小，也就是观察所述理想位置尽可能精确，或对偏差进行补偿需要高度复杂的设计和/或复杂的校准方法，特别是当在前进方向上有大区域运动时。

[0005] 作为一种替代方案，US 6333511公开了一种系统用于确定目标沿前进方向的位置，其进一步的目的是能够用来识别目标或传感器垂直于前进方向的轻微运动，或允许传感器与前进方向水平定向。该系统基于光电技术、增量定位技术，并且沿前进方向具有交替的不透明和透明条纹的图案，所述图案由具有采用透射照明方法的探测器阵列的传感器进行扫描。条纹彼此之间的距离是已知的并存储在控制和评估单元，优选地，条纹彼此之间的距离是一致的。条纹图案和传感器彼此配合，以至于传感器所对应图案的每个相对位置，一个条纹无论何时都只有一个边缘，即探测器所扫描的一个不透明条纹和一个透明条纹之间的边界。依据不透明条纹相对于探测器的相对位置(并因此图案或连接到图案的移动目标的位置)，探测器检测不同量的光，因此在每种情况下，探测器产生的光相关的探测信号强度取决于相对位置。

[0006] 因此，所求位置可以使用一个单独地、适用地选定的探测器所产生的探测器信号强度来增量地确定。适用的检测器是指其扫描条纹的边缘并且在这样做时，既感觉不到最小可能的光照强度(因为不透明条纹而完全变暗的情况下)也感觉不到最大可能的光照强度(因为透明条纹而完全照明的情况下)。为了增加精度，最终位置是通过把各自检测器所确定的多个位置值求平均计算得出的。目标或传感器在垂直于前进方向或在前进方向上传感器的水平定向的运动(参见前述)的确定，可以根据US6333511使用一个V形条纹的图案或具有平行于前进方向条纹的附加图案来实现。根据US6333511的系统的缺点是，首先绝对位置的定位是不可能的，其次除了目标或传感器垂直于前进方向的轻微运动和传感器的水平定位之外，要确定从传感器理想位置相对于图案的进一步的偏差是不可能的，和第三，探测器阵列沿着前进的方向的定位，即在前进而非与之垂直的方向上的扫描，虽然是可能的但是势必会伴随精确度的损失。在US6333511所披露的系统仅通过使用附加定位装置或在前进方向与第一图案平行延伸的附加条纹图案的情况下，绝对位置的确定是可能的。附加装置或附加条纹图案可以用来确定绝对位置，其结果是前述增量定位法可以被绝对定位，即增量图案和附加定位装置或附加图案可以用来最终指定绝对位置。这种情况的一个缺点是其仅能相对粗略地确定绝对位置。

[0007] EP0042179同样公开了一种确定沿前进方向位置的系统，所述系统可以使用具有V形带图案确定与理想位置的偏离。这种情况下也是，一个位置确定增量使用一个通过进一步分离的绝对布置的图案，绝对图案平行于第一图案在前进方向上延伸，EP0042179的绝对图案使用灰色代码编码粗略的位置。

发明内容

[0008] 因此，本发明的目的是提供一种用于确定沿前进方向的位置的改进系统，其既可以用来确定传感器与其相对于图案的理想位置的偏差，也可以简单但准确地确定绝对位置。

[0009] 本发明涉及一种用于确定沿前进方向的位置的系统。该系统具有在前进方向上延伸的第一二维图案(2D图案)和集成在第一扫描头中的第一传感器，所述第一传感器具有用于扫描第一二维图案并产生扫描信号的探测器阵列。在这种情况下，第一二维图案由第一传感器利用所述阵列的规定的伸长部分的探测器进行扫描。所述部分的长度被定义为扫描长度。扫描长度的取向限定了纵向轴线。扫描长度对应于不超过探测器阵列的范围，并且比第一二维图案在前进方向上的范围小得多。此外，该系统具有控制和评估单元用于对扫描信号评估。第一传感器和第一二维图案沿着前进方向相对于彼此移动。第一二维图案包括图案元素，并且所述图案元素的形式使得所述第一二维图案能够被用于确定待绝对确定的位置，并且附加地，可用于确定就第一传感器相对于第一二维图案的至少一个运动自由度(除前进方向的运动以外)而言，与理想位置的差异。为此，每个图案元素形成在扫描长度的至少一部分上的第一码字。码字被理解为彼此之间可明确识别出的数字值序列。在每一种情况下，第一码字对待绝对确定的位置编码，从而通过一系列连续布置的第一个码字，第一二维图案在前进方向上形成了绝对位置的代码路径。此外，与每个位置相关联的第一码字可以作为确定在各自位置上第一传感器与相对于第一二维图案的理想位置的偏差的基础。第一传感器所产生的扫描信号在各自的位置对应于第一码字。在控制和评估单元中存储一份解码信息，优选为解码表，该解码表可以用于将一个绝对位置与每个扫描信号唯一地关联起来。此外，基于第一码字或相关的理想的扫描信号，可以使用在控制和评估单元中存储的信息对查明的扫描信号进行评估，从而使得第一传感器从相对于第一二维图案的理想位置的偏差可以至少关于一个运动自由度被确定。

[0010] 就成本/效益比而言，使用线传感器作为所述传感器尤为有利，即传感器具有在一个维度上延伸的探测器的线性阵列。尽管后续的说明涉及将线传感器作为例子，但是本发明不局限于这样的线传感器，而是还包括其他传感器，如具有上面描述特征的多行传感器或包括二维探测器阵列的传感器。

[0011] 虽然根据本发明，所有可用在系统中来确定位置的物理工作原理都是适合的，但是优选地本系统被为光电和/或电容/电子图案识别或第一二维图案扫描而设计。为了形成至少在扫描长度一部分上将所求位置绝对编码的第一码字，该第一二维图案的图案元素被实施和/或布置为在前进的方向上以限定的方式是可识别的，因此，在每一种情况下，与扫描长度相适应的限定数量的图案元素形成了数字值的序列，所述序列在前进方向上的整个二维图案中只出现一次。因此，对绝对位置编码而言每个序列是唯一适合的。不同的实施例意味着例如图案元素的不同的形式或不同的可扫描识别的物理特性，也就是说，以光学的第一二维图案为例，即透明度或反射率，并且可识别的布置方式是指例如图案元素不同的序列或倾斜度。在第一线传感器关于第一二维图案的每个相对位置，至少在某种程度上位于扫描长度的区域内的每个图案元素可以被至少一个探测器扫描。在这种情况下，不需要如在基于现有技术的系统中一样，使得图案元素的边缘可以被探测器扫描。在这方面，与现有技术相反，不需要将图案元素和线传感器的探测器的宽度彼此匹配。然而，优选地，至少一个图案元素或图案元素的一部分可以在第一线传感器关于第一二维图案的每个相对位置中被扫描长度的每个探测器所扫描。通过将分配给每个探测器扫描产生的信号的数字值，扫描长度上的探测器通过扫描编码为第一码字的图案元素来形成电信号序列。因此，每一种情况下扫描信号对应于第一码字。每个码字具有一个沿前进方向的关联位置。该关联关系被存储在控制和评估单元中，其用于解码扫描信号，并从而确定位置。由第一二维图案形成的绝对位置编码路径对位置编码，例如以二进制(bit)的形式，采用伪随机码(PRC)或使用最大序列(最大长度序列MLS)。例如，进一步适用于本发明例子的代码也可以在2011年3月2日公开的来自同一申请人的瑞士专利CH 704584中找到，据此其作为本申请的一部分。
参考图4至图7，专利申请CH 704584描述了用于代码的图案元素的序列规则。该序列的长度最好与特定应用的最佳分辨率和任意的可选择性相匹配，尽管如此，上述的例子不能被理解为一种限制。

[0012] 依据本发明的所述图案元素的实施方式或布置方式，由此在第一二维图案上有规定数量的码字可用。通过码字的实施方式，沿测量路径一系列编码形式的绝对位置值由此呈现。因此，第一二维图案可以用来确定在绝对测量路径上不连续数量的位置(位置可能被进一步的方法改进，见下文)。步长，即可绝对确定的位置之间的距离，可以通过图案元素的实施方式或布置方式来设定。

[0013] 第一线传感器与相对于第一二维图案的理想位置的就一个或两个平移方向的运动而言的偏差是可能存在的，所述运动不包括在前进方向的运动和/或关于一个或多个三个旋转轴的运动(这五者一般均表示为运动的自由度)。举例来说，当第一线传感器从理想的方向上相对于第一二维图案在垂直于二维图案所在平面的轴线上倾斜时，与理想位置之间存在关于一个旋转自由度的偏差。其他类型与理想位置之间的偏差是在第一线传感器的纵向轴上的倾斜或纵向轴本身相对于一个垂直并且与第一二维图案平行的轴的倾斜，因此在线性阵列上的探测器具有与第一二维图案不同的距离，第一线传感器的横向偏移，也就是运动方向上的偏差，所述运动方向与前进方向正交并与二维图案的平面平行，或者第一线传感器与第一二维图案之间的距离变化，也就是运动方向的偏差，所述运动方向与前进方向以及二维图案平面正交。

[0014] 至少一种与理想位置的这类偏差可以由本发明基于第一码字的系统测出，为了这个目的，每个第一码字不仅是前进方向上的绝对位置，而且是第一线传感器与相应第一二维图案之间的相对位置偏差，也就是一般为具有两个或更多在前进方向上有相同的绝对位置的第一码字的第一二维图案，所述码文每个代码与绝对位置的偏差涉及相同的运动自由度或者除了绝对位置之外的相同的运动自由度。可选择地，第一码字或相应的扫描信号存储在控制和评估单元中，作为涉及一个或多个自由度的运动的各自的理想位置的偏差函数使用，也就是说，本应用基于的事实是线传感器与理想位置的偏差导致扫描信号与理想扫描信号之间的偏差，所述偏差是由相关联的第一码字在线传感器的相对位置产生的。作为替代或补充，在每种情况下只通过一个位置被扫描的图案元素的一部分形成所述第一码字的实施例中，所述偏差由在扫描长度内形成第一码字的图案元素的位置或使用线性阵列探测这些图案元素的探测器的位置所确定。可选择地，第一线传感器和/或它的探测器相对于理想位置信号强度的信号强度会被加以考虑。在所有可供选择的形式中，定向在图案平面内并由此相对于前进方向倾斜的图案元素特别适合于绝对位置和偏差的编码。

[0015] 在某些实施例中，第一二维图案是以在每一种情况下使得图案元素的序列在前进方向上形成第一码字的形式。换言之，第一码字具有在前进方向上不同并可识别的实施方式和/或布置方式。因此，第一传感器-或更精确地说是其纵向轴线方向-大体定向在前进方向上，因此，在第一线传感器关于第一二维图案的每个相对位置上，在每种情况下扫描组成码字的图案元素是可行的。在基于现有技术的系统下，当扫描方向的方位从由与前进方向正交到与前进方向平行进行改变时，定位的精度会出现下降。与此相反，本发明提供的优点是，根据本发明的绝对编码允许扫描方向平行于前进方向，而无需接受定位精度的下降。仅使用单个图案或单个位置代码路径允许狭窄的定位系统而不必考虑线传感器相对二维图案的扫描方向，即在横向于前进方向上延展较少的紧凑系统。所描述的平行扫描方向，即在前进方向上扫描，允许图案宽度上更大的缩减，甚至更紧凑的系统。因此，特别是在空间有限的测量环境下或在狭窄的机器组件的情况下需要确定绝对位置和理想位置的偏差时，根据本发明的系统将具有优势。

[0016] 可选择的，图案元素序列在前进方向上形成的第一码字具有以不同且可识别的实施方式和/或布置方式的图案元素，由此，第一二维图案在前进的方向上被拆分成为大量各自相邻的区域，所述区域所包括的图案元素彼此之间具有不同实施方式和/或布置方式。具有以规定方式实施和/或布置的图案元素的每个区域形成一种区域类型。在所述实施例中，第一二维图案因此具有至少两个-最好是多个-特别是大量的-不同形式的区域类型，即至少两个区域所具有的图案元素在整个第一二维图案上出现不同的、固有规定的实施方式和/或布置方式。在第一二维图案的类型只有两种情况下，这两种类型总是交替地出现在前进的方向上，所以它们是可识别的。所述每个区域具有前进方向的区域长度。在这种情况下，区域长度被理解为各自区域在前进方向的范围，也就是指它相对于前进方向的范围或长度。在这种情况下，第一线传感器的扫描长度与区域长度相匹配以使第一线传感器可以同时从至少两个区域在每个位置扫描图案元素。因此，在每种情况下，可以在扫描长度上扫描可识别区域类型的序列。这些区域序列被用来形成各自的第一码字。或者，该区域具有至少两个在前进方向上可识别区域的长度，并且该区域长度也同样用于形成各自的第一码字。这是优选地通过使用该区域的序列和区域的长度完成的，为了达到形成码字的目的，所述该区域的序列和区域的长度可以在扫描长度上结合形成代码字目的的相对位置被扫描。在这种情况下，不同区域类型的数量和不同区域长度的数量以相互匹配的方式进行选择，最好是数值之间彼此互质。因为第一二维图案是由区域类型并且可选地由相差极大选定的区域长度形成的，得到相对简单和稳定的绝对编码，因为扫描信号至少受区域类型或区域长度相关的不确定性或误差的影响，但在大多数情况下两者都具有。

[0017] 通过使第一扫描头不只具有第一线传感器，同时还具有至少一个用于扫描第一二维图案的第二线传感器，系统的改进使得稳定性和/或精度得到提高，在所述改进中，图案元素的序列形成在前进方向上的第一码字。这两个线传感器优选为大体彼此平行定位，并两者任一距对方以一个规定的距离在前进方向上依次布置或紧挨着彼此布置。从第一到第二线传感器规定的距离定义为传感器的中心相对于彼此的距离，在以下被称为线传感器的距离。如果两个线传感器是在前进方向上依次布置的，所述线传感器的距离大于两个线传感器长度的平均值，两个线传感器也可以由一个具有相对于对方在一个距离上相互隔开的两个探测器阵列的长线传感器制成。线传感器的距离已知并存储在控制和评估单元。

[0018] 在另一个依据本发明系统的改进中，第一扫描头具有第一线传感器，其纵向轴线方向大致垂直于前进方向，以及一个第二线传感器，其纵向轴线方向同样大致垂直于前进方向，两个线传感器定向大致互相平行。第一和第二线传感器彼此处于一个规定的线传感器距离，并优选地在前进方向依次集成在第一扫描头上。在该实施例中，第一二维图案具有形成与前进方向垂直的第一码字的图案元素。来自第二线传感器的扫描信号对应第一码字，并且来自第一线传感器的扫描信号也是如此，因此，这同样可以被用来确定位置以及第二线传感器从理想位置相对于第一二维图案的偏差。然后，前进方向上所求位置由第一和第二线传感器的两个冗余确定的位置来确定，例如，通过求平均值，其可增加精度。

[0019] 可选的，在拥有两个彼此有距离的线传感器的系统中，第一和第二线传感器的各自从理想位置的偏差被用在根据线传感器距离以确定第一扫描头从理想位置至少一个自由度的运动偏差，作为使用两个彼此有距离的线传感器的结果，该系统比只具有一个线传感器的系统具有更大的精度。在要求特别高的定位实施例中，扫描头与理想位置在所有自由度的运动偏差都被确定，也就是说，剩余的两个平移自由度和三个旋转自由度。

[0020] 作为进一步的选择，两个线传感器的扫描是进一步地或可替换地用于确定扫描头如与发热有关或与使用年限有关的变形。为了最大可能的精度，特别是参考扫描头在与前进方向垂直的轴向上的倾斜，在这种情况下线传感器距离的选择要尽可能地大，且在这种情况下，两个线传感器理想地安装在第一扫描头相反的两端。作为使用两个具有线性阵列探测器的线传感器的替代方案，应用一个面积传感器，其中只有最远的两个线性阵列被用于或读取去扫描。不用说，即使在第一扫描头只有一个线性阵列探测器的情况下，使用面积传感器代替线传感器也是可行的。读取单一的探测器线条能比多线条要快得多，但线传感器比相应的面积传感器更有利地便宜，因此依据本发明的优势依然存在。

[0021] 通过使用现有技术中已知可优化的第一码字使得位置被确定或可以被确定的方法，所有依据本发明的系统的精度进一步提高是可选择实现的。在光电系统的情况下，这种用于子代码精确定位方法，例如确定焦点亮度，是在线性阵列的分布方式或者是部分或全部探测器的信号强度与参考强度相比的求值运算。

[0022] 本发明此外还涉及一种具有在前进方向上可相对移动的臂的测量装置。为了确定沿着测量方向相对于彼此可移动的臂的位置，根据本发明的测量装置具有一个确定沿着前进方向位置的第一系统。优选地，该测量装置以线性编码器的形式，并且在这种情况下，第一二维图案是材料测量的一部分。

[0023] 根据本发明可选地具有至少一个第二系统的测量装置，所述第二系统具有一个有第二码字的第二二维图案和用于扫描二维图案的第二扫描头。第二系统的第二二维图案在前进方向上平行于第一系统的第一二维图案。每个系统包括二维图案和相关的扫描头，独立地适用于确定一个沿前进方向的绝对位置和分别的线传感器或扫描头相对于分别的二维图案的理想位置的偏差。所述两个系统可以彼此同样地实施。第一扫描头和二扫描头可一起移动，将两者的扫描头优选地集成在一个目标中，例如一个普通支架或一个机械部件，其位置可被确定在一个线性轴上，例如驱动或旋转臂，在前进方向上该目标相对于第一和第二二维图案是可移动的。

[0024] 可选择地，第一二维图案和第二二维图案是平行地被布置在不同的平面。两个图案平面一起围成的角是已知的并存储在控制和评估单元，特别地以至少近似的直角，也就是说如90°±1°或90°±3°。根据这两个二维图案平面之间的角度以及两个扫描头被集成在其中的目标与理想位置在多个、优选为所有的自由度上的运动偏差，由第一线传感器或第一扫描头和第二线传感器或第二扫描头与理想位置的偏移，该二维图案或第一和第二系统的三维布置被确定下来。因此，根据本发明的测量装置不仅能确定一个沿前进方向可运动的目标的绝对位置，还可以确定目标的倾斜、歪斜等或者目标在空间上也就是三维上与理想位置的偏差。

[0025] 如果需要在相对较长的测量路径上定位，即需要一个长行程的测量装置，那么这就需要相应长的二维图案。因此，比较复杂的绝对编码和控制和评估单元是必要的，这对求值速度和制造成本是不利的。另一个缺点是制造和组装这样一个长二维图案所要的高需求。通过根据本发明具与第一和第二二维图案并行的第一和第二系统测量装置随后的改进，可以避免这些不利的缺点。在该实施例中，所述测量装置具有一个具有多个相同第一二维图案的第一系统，这些二维图案在前进方向上连续布置且一起覆盖整个测量路径。根据本发明，每个第一二维图案独立地连续允许确定绝对位置和与理想位置在相应图案的整体长度上的偏差。因为第一二维图案是彼此相同的，但是，沿着整个测量路径有多个相同的第一个码字，这意味着由于扫描这些模棱两可的第一码字，沿整个测量路径的位置-以下称测量路径位置-不能被明确地唯一确定。本发明通过至少一个具有一个第二扫描头的第二系统，消除了这些模棱两可，所述第二扫描头具有一个用于扫描多个可识别的第二二维图案的线传感器，所述第二二维图案具有第二码字，在前进方向上以序列组合并且平行于第一二维图案。第一系统的第一二维图案和第二系统的第二二维图案以适应彼此的方式建立，如此每个第一码字和第二码字的码字组合在沿着整个测量路径在每个移动目标关于二维图案的相对位置上只出现一次。因此，每个第一和第二码字的码字组合是独一无二的。两个控制和评估单元或两个系统通用的一个控制和评估单元存储可用于将绝对测量路径上的位置与每一个这些独一无二的码字组合绝对关联起来的信息。优选地，第一二维图案的第一码字数和第二二维图案的第二码字数是尽可能大小相似且彼此互质。

[0026] 沿前进方向定位的测量装置在某些实施例中是一个三维坐标测量机(CMM)的形式。所有三维坐标测量机的三个测量或坐标轴中的每一个都安装有至少一个依据本发明的系统，因此，根据本发明的位置和偏差的确定方式允许以一种绝对并准确的形式三维地确定CMM扫描端的位置。

[0027] 线传感器或可移动目标或扫描头相对于二维图形或测量轴与理想位置的偏差的确定，并因此在当定位或依照确定的差异修正位置时，尽可能地考虑所述偏差，由此可以让基于本发明的系统或测量装置绝对地进行定位并同时精确地提供相当高的装配公差以及所用材料的抗老化性。这涉及到设备本身和/或支撑设备的机器零件，如在前进方向放置扫描头的导向元件，或在其上设置二维图案的图案支撑部。在CMM三个空间方向相互作用位移的情况下这是特别有利的，由于偏差决定允许根据本发明系统可用于确定扫描头的三维绝对位置校正值，意味着不高的设计要求和/或免除复杂的校准方法，或者给出相同的设计要求或同一标准的复杂性，更精确的定位是可能的。

[0028] 因此，本发明对于用于定位系统或测量装置的制造、装配和/或维修来说，产生了精度提高和/或成本的优势。获得成本优势还因为绝对位置定位不需要附加的定位装置或多个代码路径，而使用单一的代码路径或单一的二维图案以确定绝对位置。在本发明的实施例中，随着线传感器在前进方向上的定位，这一单一位置码路径可以以特别窄且廉价的、无需承受精度损失的方式实施。此外，本发明方便地适用于不同类型的刻度，如甚至是角刻度或球面刻度。

[0029] 本发明还涉及一种确定位置的方法，该方法使用根据本发明的系统沿前进方向确定位置。根据本发明的方法，涉及第一二维图案的图案元素，其被第一线传感器在扫描长度上扫描。此外，产生的扫描信号对应于扫描图案元素形成的第一码字。在解码信息存储在控制和评估单元的基础上，将绝对位置与扫描信号相关联，且第一码字和信息存储在控制和评估单元中作为基础，用于基于扫描信号来确定第一线传感器从理想位置相对于第一二维图案的偏差。

[0030] 作为确定沿前进方向位置方法的一部分，相对于理想位置的偏差由解决线性同余的数学系统以光学的方法确定，其基于第一码字通过估算扫描信号和由此整体或分区地表述扫描信号。通过使用中国剩余定理可以提供较好的解决方法(或者使用其他适用于求解线性同余的数学方法)。

[0031] 根据本发明的上述的测量装置包括用于扫描具有第一码字的第一二维图案的第一扫描头，和用于扫描至少一个具有第二码字的至少一个第二二维图案的第二扫描头，该第二二维图案在前进方向上平行于所述第一二维图案，其中第一和第二扫描头在前进方向上可一起移动，根据本发明的方法进一步如下所述。第一和第二二维图案以第一和第二码字的任意组合是唯一的形式出现并布置。两个二维图案在同一个步骤中被扫描，即扫描发生在当两个扫描头与二维图案的相对位置恒定时。第一码字由第一二维图案的扫描图案元素形成，其与第二码字结合以形成码字组合，第二码字由第二二维图案的扫描图案元素形成。当然，这类的码字组合也被理解为对应扫描信号或相关的绝对位置的相应组合。所述码字组合被视为明确确定一个测量路径位置的基础。作为方法的一部分，扫描信号被选择地作为线性同余的数学系统的建立以及求解的基础，所述数学系统通过利用中国剩余定理或其它合适的数学方法得到的。

[0032] 在依据本发明所述测量装置是CMM的情况下，该方法可选的进一步展开如下。CMM用于确定三维坐标，例如通过用扫描头的机械或光学扫描。扫描头的三维位置，即它在空间中的位置以及由此所求的三维坐标，是通过每个坐标轴上所述系统所确定绝对位置和各自的线传感器或各自的扫描头与理想位置的偏差计算出来的。举例来说，分别在每个测量轴上，绝对地确定的一维位置-即关于一个空间方向上的位置-是通过该测量轴各自的定位系统的扫描头所确定的偏差进行校正，然后所述三维位置由在该方法中修正的一维位置算出。可选择地，确定的各自空间方向上的所有偏差用以校正CMM测量轴各自的空间方向的位置，具体偏差由关于CMM的所有测量轴所确定。

[0033] 本发明还包括一种计算机程序产品或具有程序代码、以电磁波为具体实施方式的计算机数据信号，用于控制或执行以上所述用于位置或相对位置的高精度确定的方法。该方法可通过系统本身或使用合适的在整体上或一定程度上外设的数据传输装置进行控制和执行，例如通过连接计算机单元。

[0034] 根据本发明为了在沿前进方向进行高精度定位的系统、测量装置和方法，单纯地通过举例的方式，结合在附图中示例性说明的典型实施例在下面有更详细的描述。同样的特征在图中用相同的附图标记表示。所描述的实施例通常没有按比例示出，而且它们也不被理解为一种限制。

附图说明

[0035] 图1示出了根据本发明的用于确定沿前进方向的位置的系统的示意性立体图；

[0036] 图2a至图2c以平面图示出了根据本发明实施例的系统的子区域的示意图，其中包括二维图案和线传感器；

[0037] 图3a和图3b以平面图示出了根据本发明的系统子区域的示意图，具有相对于理想位置的偏差；

[0038] 图4a至图4c示出了根据本发明系统子区域更进一步地相对于理想位置的偏差的示意图；

[0039] 图5a和图5b示出了根据本发明具有两个线传感器的系统示意图；

[0040] 图6a和图6b示出了根据本发明实施例的测量装置的示意性立体图；以及[0041] 图7示出了坐标测量机形式的测量装置示意性的立体图。

具体实施方式

[0042] 图1从整体上示意性地显示了根据本发明的用于确定沿前进方向F的位置的系统1的立体图。此外，示出了x、y和z三个空间轴。前进方向F对应于x轴。系统1具有第一二维图案(缩写为2D图案)5，第一二维图案包括设置在图案支撑部50上的图案元素6。系统1被定位成使得第一二维图案5位于xy平面上，且第一二维图案5的纵轴与x轴相同，从而第一二维图案在前进方向F上延伸。系统1还包括第一扫描头51，所述第一扫描头51具有控制和评估单元2以及用于扫描第一二维图案5的第一传感器4，其中传感器4具有已知的并被存储在控制和评估单元2中的扫描长度L。传感器4的扫描长度L限定了传感器4的纵轴54。

[0043] 第一传感器4包括具有探测器34的阵列24，至少一部分探测器34被布置在纵轴54以及扫描长度L的方向上。探测器34在阵列24中的布置是已知的并被存储在控制和评估单元2中。举例来说，第一传感器4(以及相应地第二传感器，稍后详述)为线传感器的形式，因此这意味着阵列24是线性的，也就是说具有呈线性布置的探测器34。另选地，例如，为了进一步提高精度，可应用其他类型的传感器，如面传感器或多路传感器。扫描长度L对应于不会超过线性阵列24的长度。例如，第一线传感器4的纵轴54位于与xy平面平行的平面内，并在y方向上延伸，因此线性阵列24与前进方向F大体垂直地取向。另选地，第一线传感器4的纵轴54布置在x方向上，使得线性阵列24至少大体在前进方向F上取向。第一扫描头51以及由此集成在第一扫描头51中的第一线传感器4相对于图案支撑部50以及进而相对于第一二维图案5在前进方向F上移动。该相对运动最大可能的移动范围限定了可被确定的位置所在的测量路径M。为了确定在测量路径M上的扫描头51的位置，第一线传感器4在给定的位置上扫描第一二维图案5。由此导致一个扫描信号，该扫描信号由控制和评估单元2进行评估。另选地，可以想到扫描信号由所述系统的通信单元传输到外部计算机，该外部计算机替代控制和评估单元2对扫描信号进行评估并且可选地将评估结果发回系统1。在此情况下，位置即被理解为在扫描图案过程中，第一扫描头51在测量路径M上相应的当前所在位置。所有的物理操作原理均适用于图案识别，例如电感、电容、电磁或光学测量原理，其中涉及电的、磁的或光学的可扫描图案元素6由合适形式的第一线传感器4扫描。对光学测量原理而言，举例来说，具有反射和不反射或透明和不透明的图案元素6的第一二维图案5被照射或透射，反射或传送的光由光敏CCD或CMOS线性阵列所感测。对电容测量原理而言，使用第一二维图案5(具有电极作为图案元素6)，这些电极与相应的第一线传感器4的电极形成随相对运动变化的电容。

[0044] 系统1被构造成使得第一二维图案5可以用于绝对地确定前进方向F上的位置，为了达到这个目的，图案元素6形成唯一的码字，码字对所述位置以绝对的形式编码。此外，第一二维图案5可以被用于确定线传感器4(以及因此第一扫描头51)与相对于第一二维图案5的理想位置的偏差。这将参照进一步的图进行更详细的描述。

[0045] 图2a仅示意性地示出了根据本发明用于确定沿前进方向F的位置的系统1的一个子区，该图采用了俯视图的形式，即沿x轴方向，示出了根据本发明包括图案元素6的第一二维图案5的细节，以及用于扫描第一二维图案5的第一线传感器4的示意图(用矩形点线框示出)。参考前进方向F，第一二维图案5和第一线传感器4沿着测量路径M在彼此对应的测量位置P。

[0046] 第一线传感器4的纵向轴54在前进方向F上取向并且定向在与图案平面x-y平行的平面内，因此纵向轴54理想地在x方向上延伸，生产公差和其他例如在使用中产生的偏差被术语“平行”或“x轴方向对齐”所涵盖。相应地，第一二维图案5可能会非常窄(在y方向的宽度)，与基于现有技术的系统相比更窄。维图案5或第一线传感器4的以及因此系统1的这样微小的范围相对于前进方向F而横向提供了在狭小的测量环境下或者相对紧凑的系统设计方面的优势。由于现有的取向使得第一线传感器4具有在x方向的范围，在扫描长度L上的任意可选的参考点16需要进行定义，使得参考点16用作确定在前进方向F上扫描头的位置P的参照。在这个示例中，扫描长度L的中心被定义为参考点16。

[0047] 图案元素6被构造和布置成使得每个图案元素在扫描长度L上形成唯一的第一码字，更确切地说，是一种唯一的数字值序列。为了这个目的，第一二维图案5具有相同类型的图案元素6，它们以不同方式布置，所述不同的布置被定义为约定的规律性变化或伪随机序列。可替换地或者附加地，图案元素6以一种规定形式上为可辨别的实施方式进行编码，例如以其形式(例如以在x-y平面上的宽度、长度)和/或其在扫描时具有物理效应的特性(例如在光学操作原理的情况，其透明度或反射率)。在本实施例中，相同设计的图案元素6被布置为使其对应于前进方向F以特定的形式变化，因此形成独特的第一码字而将位置进行编码。因此，第一二维图案5具有a1和a2两个区域，彼此对称并具有沿前进方向F的对称轴13。

[0048] 每个第一码字沿前进方向F在测量路径M或者在图案支撑部50上仅出现一次。因此，基于图案元素6的设计和/或布置，第一二维图案5形成以前进方向F为参考的绝对位置编码路径，例如以一个伪随机编码(PRC)或在二进制下依照最大序列(最大长度序列MLS)，或更加有效的编码。因此，现有的系统是单路径绝对编码器，即能够仅使用单个位置编码路径确定绝对位置。位置确定的分辨率，即测量路径上可确定的位置数量，可以通过在前进方向上测量路径M的第一码字的数量进行设定，所述第一码字又可以通过图案元素6的实施方式和/或布置结合使用的第一线传感器4来进行设定。

[0049] 第一线传感器4利用其布置在扫描长度L内的探测器34扫描第一二维图案5，其中它产生呈一系列数字值形式的扫描信号，所述扫描信号对应于由扫描的图案元素6所形成的第一码字。系统1例如使用电容操作原理，以此为目的，仅示意性地示出的图案元素6和第一线传感器4的探测器34呈电极形式。图案电极6和传感器电极34彼此电容耦合。所述电容耦合取决于第一线传感器4和关于第一二维图案5的相对位置，因此在各自的相对位置上在扫描长度L上分别通过图案电极6与探测器电极34的电容耦合形成唯一的第一码字。在光学测量原理的情况下，图案元素6优选形成明/暗序列，所述序列依赖于测量路径上的位置，针对在扫描长度L上待感测的信号。所述明/暗序列形成在每种情况下唯一的第一码字并对待确定的位置绝对编码。

[0050] 来自第一线传感器4的扫描信号作为数字值被输出,其再现了图案元素6的扫描编码特性(在光学操作原理情况下例如借助某一特定的阈值，阈值之上指定1＝亮，相应的阈值之下，指定0＝暗)。第一线传感器4的扫描信号由控制和评估单元2解码，并且所求位置P由其绝对确定，为此，控制和评估单元2内存储有一张解码表，所述解码表可以用于将每个扫描信号与绝对位置P相关联。换句话说，从被存储在控制和评估单元2中的绝对、离散的位置P的有限合集中选取一个通过扫描信号实现的数字值序列相关联的位置，这种关联关系是独一无二的。这种关联关系优选由校准途径产生并涉及与扫描信号相关联的绝对位置，所述扫描信号与基于标准测量的第一码字相对应。

[0051] 第一二维图案5被形成为使得可以产生与第一码字相应的扫描信号，并且因此，甚至当扫描头与其理想位置具有偏差时，沿测量路径M的所求位置P也可以由此确定。此外，该二维图案可以被用于确定与理想位置本身的偏差。当没有横向偏移Δy时，第一线传感器4和二维图案5处于相对于彼此的理想位置，也就是说，如本例所示，线传感器4的纵轴54匹配于图案5的对称轴13，或换句话说，在y方向上没有位移，当附加地不存在关于z轴的倾斜(就是说在相反的例子中，线传感器4的纵轴54与x轴平行，参见附图4a)时，不存在相对于y轴的倾斜(就是说相反的例子中，第一线传感器4并未相对于y轴从0°位置被旋转，参见附图4c)并且相对于x轴没有倾斜(就是说相反的例子中，第一线传感器4并未从0°位置相对于x轴旋转，参见附图4b)。换句话说，当第一线传感器4和第一二维图案5被布置在明确限定并且已知的初始位置和相对于彼此的初始取向(并且除了前进方向F上所需的移动外)时，第一线传感器4和二维图案5保持在相对于彼此的理想位置，不会也没有产生任何其他移动。为了确定与第一线传感器4与相对于第一二维图案5的理想位置的偏差，图2a所示的图案元素6具有相对于前进方向F倾斜地布置在x-y图案平面上的区段。基于本发明，位置P和相对于理想位置的一个或多个所述的偏差的确定过程在下面参考附图描述更多细节。

[0052] 图2b示出了依照本发明进一步的实施例中系统1的子区域。图2b示意性地示出了第一线传感器4以及第一二维图案5细节的俯视图。如在图2a所示的实施例中一样，线传感器4具有大致沿前进方向F取向的纵轴54。在该示例中，第一线传感器4上的用于确定扫描头位置的参考点16被限定为扫描长度L的终点或者起点。

[0053] 基于本发明，图案元素6被不同地布置，使得它们在扫描长度L上形成唯一的码字，并且第一二维图案5在前进方向上被划分为多个具有不同布置的图案元素6的区域al,a2，a3,a4，…，ai。在这种情况下，图案元素6不同的布置是以图案元素6的取向变化(相对于x方向的倾斜)实现的，或者通过图案元素的周期性变化，即可扫描的特性变化(例如在光学操作原理的情况下，不透明/透明)来实现。基于图案元素6的不同布置，第一二维图案由此具有多个邻接的不同区域a1-ai。作为代替或补充，这种区域al到ai可以通过图案元素6的不同的布置方式和/或不同实施方式而生成。具有不同地布置方式和/或不同实施方式的图案元素6的区域形成不同的区域类型，使得第一二维图案具有区别于彼此的限定数量的区域类型。相同类型的区域al-ai被称为相同区域类型并且还能在第一二维图案5上多次出现。在当前简单的例子中，所述图案具有三个区域类型，例如在所述区域中示出了a0，a3和a5(类型1)、a1(类型2)以及a2、a4(类型3)。

[0054] 依照图案元素6的布置，区域边界15a-15i在y方向延伸，即与前进方向F理想地正交。区域边界15a-15i之间的距离被称为区域长度d1-di。扫描长度L和区域长度dl-di以彼此适应的方式进行选择，从而使得至少一个(在本例中为至少三个)区域边界15a-15i在扫描长度L内位于第一线传感器4相对于第一二维图案5的每个相对位置中。这种形式的第一二维图案允许第一码字可以相对简单地利用生成的区域al-ai来形成，具体地，第一码字由沿测量路径M的每个位置各自唯一的区域类型序列形成。

[0055] 被限定为两个区域边界15a-15i在F方向彼此间的距离的区域长度dl-di，如图2b所示，可选地即使针对相同的区域类型也是不同的。不同的区域长度dl-di则用来形成第一码字，做法是，通过唯一的区域长度dl-di的组合以及区域类型的序列形成所述第一码字，如下述举出的示例：在所示的例子中，第一二维图案5由三个区域类型构造而成，具有四种不同的区域长度dl-d4。在这种情况下，不同区域长度dl-di的数量(在这里数量为4)与区域类型的数量(在这里数量为3)以适应彼此的方式选定，最好为互质(相对互质)的相互关系，以获得尽可能多数量的唯一的组合及由此获得唯一的第一码字。其结果是三个连续区域的类型具有33＝27个不同的组合。此外，产生42＝16个在两个连续区域长度dl-di的不同的组合。因此，整体上沿前进方向F上，从所有可能的区域al-ai的不同布置的的组合，可形成33﹒42＝432个不同的码字。在控制和评估单元2的解码表中，存储有该区域类型和区域长度dl-di的序列或其不同的组合，从而使得对应于相应的第一码字的扫描信号可以分别与一个位置P相关联。借助432种不同的第一个码字，在相应确定的扫描长度L的情况下，能够对432个不同位置绝对编码。因此，给定一个(平均)区域长度dl-d4，例如2毫米，第一线传感器4关于第一二维图案5沿着86.4cm长的测量路径在前进方向F上的相对位置被绝对确定是可能的。
可以形成的码字的最大数目可以通过扫描长度L的选择而设定，或者反过来，通过(平均)的区域长度di、该区域类型的数目和区域长度di的数目而设定。更长测量路径是可以实现的，如第一二维图案5有超过三个区域类型ai和/或超过四个区域长度dl-d4和相应匹配的扫描长度L。

[0056] 通过图案元素6形成的第一个码字首先是相对稳定可扫描的，或通过完全检测器集合能够无误差地被转换成相应的扫描信号，因为区域类型可以在这些码字形成的图案元素特性的基础上确定，如图案元素的周期性和/或图案元素的倾斜，重复使用多个图案元素(或者由这些图案元素形成的数字序列的部段)。其次，区域长度dl-di可选择为相关于彼此有较大的不同，即，在扫描信号的基础上确定的区域长度dl-di的公差大。这如此实现，即在控制和评估单元的解码表中，多个略微不同的序列的数字值或部分的这些序列在每种情况下与区域长度di唯一地相关联(或者，与区域序列结合，与一个绝对位置唯一地相关联)。也就是说，当解码时，至少两个非常相似的、例如有两个或三个连续的二进制不同的位模式(bit pattern)产生一个并在同一区域长度di。如例如两个位模式只在一个地方不同，使得通过举例的方式，0代替1出现在一个位模式中，则这两个位图案具有与他们相关的相同的区域长度di。因此，即使在读取不准确或相对小的读取误差的情况下，区域长度di也可以被确定，由此获得相对稳定的可解码的绝对编码。

[0057] 图2c示意性示出了根据本发明的系统的改进，该系统的第一扫描头51除了第一线传感器4外具有第二线传感器4a(在相对于第一线传感器4的三个不同位置L1，L2和L3中以虚线表示)，该第二线传感器同样大致在前进方向F上布置在平行于图案平面X-Y的平面内，因此两线传感器4和4a的纵向轴54和54a彼此大致平行布置。依据前进方向F，两线传感器4和4a任意在扫描头上沿前进方向(L1)依次安装，使两线传感器4和4a在前进方向F上有固定的线传感器距离D1，即两线传感器中心14和14'相互间的距离，其是已知的并被存储在控制和评估单元中。可选择地，两个线传感器4和4a在y方向有固定的线传感器距离D2，即在前进方向F(L2)上连续布置，或者他们相对于彼此(L3)以一个平行偏移布置，有固定的线传感器距离D3。第二线传感器4a对应第一线传感器4在其操作方面，可能是同一种如后者的设计，也就是说，像后者一样，设计为可以扫描第一二维图案5并产生对应于在每一种情况下的第二线传感器4a扫描的图案元素6形成的第一码字的扫描信号，通过扫描第一码字和第二线传感器4a相对于第一二维图案5与理想位置的偏差，扫描信号可用来确定位置代码。

[0058] 图3a示出了与图2b相同的根据本发明的系统的实施方式。然而，在图3a示出的示例中，第一线传感器4和第一二维图案5的位置就y方向的运动自由度而言从理想位置(线10)横向偏移Δy，因此第一线传感器4的纵轴54在y轴负方向上偏移Δy。

[0059] 由于区域类型al-ai以及如果需要的话，区域长度dl-di可以被检测，而与第一线传感器4在y方向的位置无关，即使在存在横向偏移Δy时，绝对位置P也可被确定，如上面所描述的参考图2b。依据本发明与理想位置的横向偏移Δy形式的偏差的确定在下文中参考以下的图3a和3b进行描述。

[0060] 图3b以放大的方式示出了图3a的第一二维图案5的细节53。细节53示出了具有图案元素6d-6f的区域a2的部分、具有图案元素6a-6c的区域a3以及中间的区域边界15b。图案元素6a-6f在扫描长度L的子部ΔL上在点55a-55f处被扫描。考虑到图案元素6a-6f的布置方式或取向，在扫描长度L内的扫描点55a-55f的位置取决于横向偏移Δy，即当位置P保持恒定时，如果第一线传感器4在y方向上相对于第一二维图案5偏移，则扫描点55a-55f在传感器阵列24上沿x方向“迁移”。因此，在一个基于相关联的第一码字被确定或可被确定的位置P上，例如可以通过扫描点55a-55f的位置(其感测扫描长度L内第一码字的图案元素6a-6f)来确定横向偏移Δy。为此，以被存储其中的信息为基础，对应于第一码字的扫描信号由控制和评估单元2进行评估。

[0061] 举例来说，基于已存储的包含一份关于理想位置的扫描信号的第一码字，在前进方向F的位置P由此被确定，例如，关于来自第一线传感器4的探测器的单个信号或信号组的分布或强度。所述实际产生并对应于第一码字在这个位置P的扫描信号，与“理想”扫描信号相比较，为了这个目，相关联的“理想”扫描信号在第一码字的基础上查找得到。在存储信息的基础上比较实际产生扫描信号与“理想”的扫描信号来确定横向偏移Δy。由于单个检测器在线性阵列中的位置是已知的，来自扫描图案元素6的探测器的信号形成在扫描长度L上的第一码字(即对应于扫描点55a-55f的那些探测器)，例如，用于确定偏移Δy。例如，图案元素6a-6f，在理想位置(线10)，由探测器扫描，探测器在线性阵列按a，a+3，a+6，a+8，a+10和a+12(a：一个任意的自然数)布置。如果在位置P上，位置P的图案元素6a-6f的实际上是通过探测器a+1，a+4，…，a+13来扫描，存储在控制和评估单元2的关于线性阵列的信息，用来计算那里的横向偏移Δy或在校准过程中使用表格查找Δy。可选择地，在扫描长度L每一种情况下，图案元素6在第一二维图案5的y方向的整个长度上形成第一码字，所述码字不仅对位置P编码，也对偏移Δy编码。换言之，在每一种情况下，多个第一码字对同一绝对位置P编码，但具有不同的偏移Δy。

[0062] 横向偏移Δy的确定使用以下例子进一步澄清：区域a2的图案元素6(其中包括被考虑的图案元素6d-6f)，它们可以通过存储在控制和评估单元2的以下参数化规则在规定坐标系中以数学方式描述

[0063] fi(x)＝x+42-13i(i为整数)  (1)

[0064] (例如序列参数i针对图案元素6f为i＝1，针对图案元素6d为i＝2，针对图案元素6e为i＝3)。

[0065] 区域a3的图案元素6(包括被考虑的图案元素6a-6c)可以通过以下参数化规则描述，该参数化规则同样借助运行参数j被存储。

[0066] gj(x)＝10j-x(j为整数)  (2)

[0067] 在这个特定于区域a2或a3的已知信息基础上，可以借助感测到的图案元素6a-6f之间的距离得出横向偏移Δy。所述距离通过感测图案元素6a-6f的探测器布置之间的形成的差异获得，这种差异对应于与扫描图案元素6a-6f的焦点关联的数字值间的不同。假如扫描图案元素6a-6f的焦点在随机选择单位的情况下针对点55a-55f被测量或感测为数字值28，18，8，-1，-14，-27，则通过相邻值的减法针对点55a-55f之间的距离产生以下三个不同的差异值Δ1，Δ2，Δ3：28-18＝18-8＝10＝Δ1，8-(-1)＝9＝Δ2,-1-(-14)＝-14-(-27)＝
13＝Δ3。

[0068] 存储在控制和评估单元2中的信息，也就是说方程(1)、(2)和获得的距离ΔL、Δ2、Δ3被用于将数字值28，18，8分配给图案元素6a-6c或区域a3。值-1、-14、-27被分配给图形元素6d-6f或区域a2。在这种分配信息的基础上，值-1、-14、-27被插入到适用于区域a2的方程(1)，值28，18，8插入适用于区域a3的方程(2)，因此，理想的情况是，得到同样的方程[0069] fi(x)＝15-13i  (3)

[0070] 适用于区域a3的每个值，同样的方程

[0071] gj(x)＝10j-8  (4)

[0072] 适用于区域a2的每个值(如果测量的不确定性意味着测量值插入方程(1)或(2)会因为相同区域a3或a2的单独的值导致稍微不同的结果，则执行求均值和适当的量化)。

[0073] 因为传感器无论在哪个相关区域均具有相同的偏移Δy，也就是说对于a2和a3这两个区域来说，方程(3)和(4)描述了线传感器4相对于二维图案5具有相同的y方向定位。因此它们可以等同起来：

[0074] y＝fi(x)＝gj(x)＝15-13i＝10j-8  (5)

[0075] 这可以用于生成线性同余的系统，以下从方程(5)获得属于规则fi(x)的部分:

[0076] ymod13＝15mod13＝2  (6)

[0077] 针对属于规则gj(x)的部分，从方程(5)获得：

[0078] ymod10＝-8mod10＝2  (7)

[0079] 根据使用中国剩余定理的已知的程序，方程系统(6)、(7)以其具有的无限多的解获得了方程(8)，其描述了在y方向上的所求偏差：

[0080] y＝2+130k  (8)

[0081] (LCM：最小公倍数；K：整数)。

[0082] 结果，数字“130”，导致在130(随机选取的)单位的长度区间上横向偏差Δy能够被明确地确定。例如，如果一个单位是10μm，则根据示例，因此可以明确确定与理想位置的±650μm的偏差Δy。对于传感器而言，如果横向偏差Δy超过了实际存在的偏差，考虑到解的不确定性，这种横向偏差将不再能够清楚地确定。然而，这样的分辨率通常对实际中出现的偏差Δy已经足够。另外，一个或更多个区域a1-ai允许在更大长度区间确定横向偏差ΔY。

[0083] 示例出于容易理解的原因而始终非常简单。作为可替换的描述，区域中的图案元素6具有不同的倾斜和/或与相对于彼此变化的距离。作为进一步的替换，图案元素6具有曲折或弯曲和/或中断的、不连续的轮廓，而不是直线的轮廓，其通过计算或校验并以表格或函数的形式存储在控制和评估单元2是已知的。

[0084] 与图2b的比较，图4a示出了第一线传感器4相对于z轴倾斜的平面图。第一线传感器4相对于中心14从其理想位置(线10)旋转了一个旋转角度α。为了确定该位置P和倾斜或转角α，扫描信号或对位置P编码的第一码字被存储在控制和评估单元中，作为转角α的函数。为此，基于转角α的扫描信号的函数相关性作为计算规则或查找表被存储在控制和评估单元中。有利地，当在理想情况下只有相对较小的偏差出现时，应用每个码字或码字组的任意一个函数相关性或所有的码字的单一的相关性。在这种情况下，如果需要针对每个扫描信号或每个第一码字，计算规则或表由整个第一二维图案5的知识算出或由校准确定。在这种功能相关确定的方式的基础上，位置P以及转角α在位置P上由倾斜取向的第一线传感器4的扫描信号确定。

[0085] 图4b示出了第一线传感器4相对于x轴从理想位置的倾斜度(线9)。其示出了正面视图(x轴与附图所在平面正交)。其纵向轴线正交关系到附图所在的平面延伸，第一线传感器4偏离理想位置(线9)为x方向倾角β，或者换句话说，斜绕x轴的x方向倾角β。位置P和倾斜或x方向倾角β以图4a所示的程序所示相似的方式确定：扫描信号或对位置编码的第一码字以计算规则或表格的形式作为x方向倾角β的函数存储在控制单元和求值单元2。如上所述，每个扫描信号或针对大多数或全部信号的函数相关性也同样地特别通过计算或校准传递的手段确定。可选择地，基于用于扫描的物理l作原理，如果在探测器发出探测器信号(唯一并可探测的)的强度和幅度由其相对于第一二维图案5的距离所决定的情况下，扫描信号和x方向倾角β的函数相关性的结果要考虑单独探测器各自探测器信号的幅度。在位置P上，函数相关性用于由第一线传感器4倾斜方向的扫描信号确定位置和x方向倾角β。

[0086] 图4c从侧视图显示了第一线传感器4相对于y轴从理想位置的倾斜(线12)，在理想位置的第一线传感器4的纵轴54(线12)在x方向上与第一二维图案5所在平面平行地延伸。位置P和倾斜或y方向倾角γ的确定某种程度上类似于图4a和4b所示的程序。可选择地，某种程度上类似于图4b所示的程序。在这种情况下，扫描信号和y方向倾角γ的函数相关性结果考虑单独探测器各自探测器信号的幅度。在光学测量原理的情况下，探测器“看到”的呈一条线的各自图案元素6的宽度与存储的理想位置(线12)的宽度相比较，各自探测器相对于第一二维图案5的在z轴上的距离由此推断出来。在电容测量原理的情况下，图案极板和传感器极板形成的电容的距离相关性被加以利用。作为相对于理想位置进一步的偏差，为了进一步地或可选择地确定第一线传感器4在z方向上的偏差，即第一传感器4相对于第一二维图案5的距离被视为其传感器中心14相对于第一二维图案5的距离，这种考虑到各自探测器的探测器信号的信号幅度的方法也是可选用的。

[0087] 图5a和图5b示出了根据本发明系统1的改进，在所述改进中，除了第一线传感器4取向与前进方向F大致正交之外，扫描头51具有第二线传感器4a，相类似地，其取向与前进方向F大致正交。图5a从侧面示出了具有图案支撑部50和第一扫描头51的系统1的示意图，所述图案支撑部50包括具有图案元素6的第一二维图案5，所述第一扫描头51包括控制和评估单元2以及相对于第一二维图案5处在理想位置的两个线传感器4和4a。两个线传感器4和4a取向大致互相平行，并且在第一扫描头51中在推进F方向上接连布置，这就是为什么它们具有一个固定的线传感器的距离D作为两线传感器中心14和14’的相互间的距离。另外，第一和第二线传感器4和4a以一个固定的线传感器距离在前进方向F上一个挨一个地或相互平行偏移地(类似于图2c所示的插图)布置。

[0088] 线传感器的距离D是已知的，被存储在控制和评估单元2。第二线传感器4a，如第一线传感器4一样，旨在扫描第一二维图案5和产生扫描信号，该扫描信号对应于由图案元素6形成的第一码字，分别由第二线传感器4a扫描。在这种情况下，扫描信号通过扫描的第一码字和与第二传感器4a理想位置的关于第一二维图案5在第一个码字基础上的偏差编码，可以用来确定绝对位置。当有两个线传感器4,4a在前进方向F上间隔一定距离布置，要确定的位置作为第一扫描头51的位置，形成例如作为两个线传感器4和4a的两个绝对确定位置的平均值，或由一个线传感器4或4a确定的位置比另一个传感器4a或4的位置值更精确。因此，使用两个线传感器4和4a在定位精度和/或稳定性上具有优势。

[0089] 图5b示出了根据本发明系统1的一个次区域平面图，所述系统如图5a所示。它显示了第一二维图案5，是由集成在显示第一扫描头51的第一线传感器4和第二线传感器4a扫描的。第一和第二线传感器4和4a有相同的扫描长度L。另外，扫描长度是不同幅度的。第一二维图案5具有图案元素6，其表现为不同宽度的直线和互补的物理性质(在光学的情况下，不透明/透明，反射/非反射)。第一码字通过定义的规则变化或伪随机序列形成，其为可以以一个定义的方式区分的不同的定义方式和实施方案(在这个例子中，不同的宽度)。可选择地，图案元素6不具体化为直线，如图所示，而是弯曲的线条，任选的图案元素6的宽度和/或物理性质连续变化。

[0090] 与图5a相比，第一扫描头51和由此的两个线传感器4和4a不处于相对于第一二维图案5的理想的位置(线10)，而是第一扫描头51以绝对值Δya在反方向y上偏移并在Z轴上以旋转角度ε倾斜。为了确定与第一和第二线传感器4和4a相对于第一二维图案5的理想位置(线10)的偏差，图案元素6倾斜取向，并被分为两组有不同倾斜度的图案元素6，使得V形第一二维图案5得以形成，区域边界15作为其对称轴13，所述边界位于第一区域a1(左图所示)和第二区域a2(右图所示)之间，图案元素6具有第一倾斜在所述第一区域，图案元素6具有第二倾斜的第二区域a2。优选地，相应的第一码字在两个区域a1和a2上的图案元素6的基础上形成，即一个扫描信号对应一个第一码字，第一码字根据第一区域a1(左手)的图案元素6和第二区域a2(右手)的图案元素6产生，图案元素通过各自的线传感器4或4a扫描。为了确定位置P，不管第一扫描头51示出的横向偏移Δya，图案元素6对称于第一二维图案5的对称轴13，形成一个长度为y的第一码字，其小于线传感器4和4a的扫描长度L，使得对应第一码字的扫描信号即使在扫描有横向偏移Δya的情况下也总是产生。在这种情况下，第一码字的长度y适应于最大可能的横向偏移ΔYamax。可选择地，在第一二维图案5的整个范围上的图案元素6，在y方向上每个在扫描长度上形成一个第一码字，每个所述第一码字独立编码待确定的位置P。这包括相似的第一码字或不同的第一码字每种情况，所述码字的对应扫描信号都与类似的位置P关联。为了确定当有一个偏移或倾斜时的位置和偏差，扫描信号或编码位置P的第一码字存储在控制与求值单元，作为旋转角(在这种情况下：ε)的函数，作为计算规则或查找表(见有关图3a的描述)。

[0091] 第一扫描头51的偏差以各自与第一线传感器4和第二线传感器4a和已知的线传感器距离D的理想位置的偏差为基础被确定。如示例中所描述的，第一扫描头51具有一个与理想位置(线10)的范围内的偏差，一方面，它沿扫描头中心57关于Z轴以角度ε倾斜，另一方面，扫描头中心57以绝对值Δya横向偏移(在y方向)。倾斜或旋转角度ε和横向偏移Δya是以第一和第二线传感器4和4a各自的横向偏差为基础，根据线传感器距离D确定的。作为替代或补充，旋转角ε以第一和/或第二线传感器4和4a绕z轴的倾斜为基础确定的。因此，绕x轴的歪斜或倾斜，即绕y轴倾斜，在第一扫描头51上的，是以两个线传感器4和4a的绕x轴的歪斜或倾斜为基础确定的。与第一和第二线传感器4和4a相对于第一二维图案的理想位置的偏差就是在这种情况下提供的，类似图3a至图4c有关的描述。

[0092] 两个隔开一定距离的线传感器4和4a的使用意味着第一扫描头51相对于明确位置的偏移和相对于第一二维图案5的取向能够比只是一个第一线传感器4更准确地确定，其中，为了高精度的应用，第一扫描头51与理想位置的偏差是通过使用两个线传感器4和4a关于各自运动由度被确定的。绝对位置同样需要被确定，如第一扫描头51的相对位置，作为扫描头中心57相对于第一二维图案的位置，被形成为一个从两个线传感器4和4a的两个绝对确定位置的平均值，其提供了第一扫描头51位置确定的精度方面的优势。两个线传感器4和4a的使用也有利于相关的定位稳定性。

[0093] 根据本发明的系统1尤其适用于测量装置60，如绝对线性编码器或线性位置编码器，在该装置中可沿测量路径相对于彼此移动的元素的位置需要被确定。图6a以立体图示出了这样的测量装置60的改进示意图。根据本发明的测量装置60具有第一系统1和第二系统1a，系统1具有第一扫描头51和第一二维图案5，第二系统1a具有第二扫描头51a和第二二维图案5a。第一二维图案5和第二二维图案5a设置在一个共同的三维图案支撑部50。两个扫描头51和51a各有至少一个线传感器用于扫描相应的二维图案。在这个例子中，两个扫描头51和51a与控制和评估单元2集成为一个集中控制和评估单元用于在目标52中的两个系统1和1a，其位置P在前进方向F上沿着测量路径M需要被确定，其中两个扫描头51和51a在目标中有固定的和由此的彼此间的已知的空间排布。

[0094] 根据本发明，第二二维图案5a和第二扫描头51a的特性与第一二维图案5和第一扫描头51的特征的特征相对应，从而使得二维图案5、5a的每一个都可以用于绝对地确定位置P，并确定线传感器并由此确定扫描头51或51a与理想位置的偏差，或确定相对于各自二维图案5或5a，目标52与理想位置的偏差。三维图案支撑部50具有至少有三个面，其边缘彼此平行，使得三维图案支撑部对应于一个具有一个三角形或多边形截面的直棱柱(图6a，立方体)，三维图案支撑部50的至少两个面具有一个二维图案在其上，如实施例所示。因此，第一和第二二维图案5和5a位于两个不同的、不平行的平面，并沿前进方向彼此平行延伸，使得第二二维图案5a相对于第一二维图案5以角δ布置在zy平面上。在本例中，选择所述第一二维图案5和5a的布置使得第一二维图案5位于xy平面内，第二二维图案5a位于zx平面内。因此，两个图案平面以一个90°角δ相交。已证实以一个在该区域的约20°<δ<120°的角度可以达到好的结果。

[0095] 根据本发明，基于第一和第二二维图案5和5a的特性，和它们不同的空间取向、固定和已知的线传感器和扫描头51、51a相对于目标52的空间布置，目标52的位置和目标52相对于图案支撑部50与理想位置的偏差，可以在所有的运动自由度上被确定。例如，第一二维图案5被用来确定在y方向的横向偏移，第二二维图案5a被用来确定在z方向的横向偏移，因此目标52整体在yz平面的偏移，也就是说在前进方向F的横向偏移，可以被确定。因此，目标52的倾斜和歪斜在第一扫描头51和第二扫描头51a的倾斜和歪斜基础上被确定。

[0096] 由于与一个目标52理想位置的偏差的确定涉及到有两个二维图案5和5a，在前进方向F的绝对位置P同时使用第一系统1和第二系统2或同时在第一二维图案5和第二二维图案5a的基础上被确定，这提供了关于定位的稳定性和/或精度的优势。稳定性和/或精度的进一步提高，可选地通过使用根据本发明的具有在图案支撑部50的其他侧边的一个二维图案的改进系统可以任意实现，其中二维图案在前进方向F上平行于两个中的第一个。

[0097] 图6b显示了根据本发明测量装置60的另一个有利的使用，其包括根据本发明的两个系统1和1a，用于沿测量路径M的定位。按照图示显示了一个三维图案支撑部50的立体图，根据本发明，其具有相互垂直且在前进方向F上延伸的两个侧面，一个侧面有图案测量路径M1与两个第一二维图案5，5'，另一侧面有图案测量路径M2与三个第二二维图案5a，5a'和5a"。所述二维图案5-5a"分别小于在该目标52的相对位置上的整个测量路径(稍后被称为测量路径位置PM，PM)需要被确定。第一二维图案5和5'在前进方向F上连续布置且彼此相同。它们在前进方向F上具有图案长度M1，M1是成比例的，使得两个第一二维图案案5和5'的布置在前进方向F上覆盖整个测量路径M。同样，三个第二二维图案5a-5a"彼此相同，在前进方向F上连续布置，每个覆盖一个测量路径长度M2。第一和第二二维图案5,5’和5a-5a”在前进方向F上彼此平行地延伸，因此第一二维图案5或5由第一系统1的第一扫描头51沿测量路径M扫描，同时第二二维图案5a,5a'或5a"由第二系统1a的第二扫描头51a在每种情况下扫描。根据本发明，每个第一二维图案5，5'形成相应的第一码字，每一个第二二维图案形成相应的第二码字，这些代码在各个图案5，5'或5a-5a"的长度M1或M2上的位置是绝对且唯一的。因为第一二维图案5和5'和第二二维图案5a-5a”分别彼此相同，相应的第一和第二码字分别在整个测量路径M上出现两次(第一二维图案)和三次(第二二维图案)。图案长度M1和M2以适应彼此的方式不同地选择，这样在整个测量路径，当第一图案5或5'和第二图案5a-
5a”在目标52关于图案支撑50的相同的相对位置上被扫描，一个码字组合作为一个第一图案5，5”的第一码字和第二图案5a，5a'，5a"的第二码字的组合，只出现一次。结果是，这个码字组合是唯一的，因此用于目标52的测量路径位置PM绝对确定。测量路径位置PM的绝对确定在第一和第二码字的码字组合的基础上被影响，通过存储在控制和评估单元2的信息，如一个关联表包括测量路径位置PM和码字组合或包括测量路径位置PM和对应于第一和第二码字的各自的扫描信号的组合，或者一个关联表包括测量路径位置PM和与第一和第二码字相关的每个位置的组合。

[0098] 为了更清楚起见，图6b示出了长度很大不同的第一和第二二维图案。然而，优选地，违背图6b的说明，第一二维图案5的图案长度M1之间的不同或第一码字数量的不同尽可能的小，第二二维图案5a的图案长度M2和第二码字数量是最小的，且图案长度M1，M2或码字数量彼此互质，这会有利的导致可编码的测量路径位置PM的数量尽可能大。举例来说，第一二维图案5在图案长度M1上有1024个第一码字，第二二维图案5a在图案长度M2上有1023个第二码字。因此，有1024·1023＝1047552种可能的第一图案5的第一码字和第二图案5a的第二代码字的组合。这意味着测量路径M可以分成1047552个可确定的位置。如果每个被编码的、离散的位置对应于一个如100微米的测量路径部分，这将导致104.7552米的测量路径M用于图案长度分别为10.24厘米和10.23厘米的M1和M2。

[0099] 测量路径位置PM，也就是说目标52在测量路径M上的相对位置，从关于图案长度M1和M2的任意绝对位置P被绝对的确定，通过制造和解决一个线性同余系统，优选使用中国剩余定理。如果，在一个目标52的相对位置，第五百个第一码字，例如从第一二维图案5(有1024个码字)进行扫描，并且第六百个第二码字从第二二维图案进行扫描，有1023个码字，那么从这两个方程(9)和(10)得到一个线性同余系统用于寻求测量路径位置PM：

[0100] PMmod1024＝500  (9)

[0101] 和

[0102] PMmod1023＝600  (10)

[0103] 测量路径位置PM通过方程(9)和(10)计算来获得

[0104] PM＝600·1024+500·(1047552-1023)mod1047552＝102900  (11)。

[0105] 这种测量装置60是有利的，特别是在长测量路径M的情况下，即，在测量装置60具有长行程的情况下，由于不太复杂的码字对二维图案是必要的，二维图案在长度M1或M2上对位置进行编码，单个绝对编码需要在整个测量路径M上提供唯一的第一和第二码字，因此二维图案相比单一的绝对编码的情况只需较不复杂的码字。此外，短的路径长度M1、M2提供在图案的生产、运输和/或组装方面的优势。例如，代替一个共同的、长的图案支撑部50，如图6b所示，第一二维图案5,5'设置在独立的、短的图案支撑部上，其在前进方向上连续地安装在测量装置60的一侧，第二二维图案5a-5a"设置在其他的独立的短的图案支撑部上，其除了用于第一二维图案5，5'的图案支撑部外，可选地在测量装置上在前进方向上连续地安装在测量装置60的另一侧。在这种情况下，当安装在一个共同的3D图案支撑部50上时，第一二维图案5，5′平行延伸到第二二维图案5a-5a”。这样的好处是也能够容忍生产公差，和在这些单独的图案支撑部的装配中的显著的不精确性，第一二维图案5和第二维图案5a不同的不仅仅是一个码字。举例来说，如果具有第一二维图案5的十个图案支撑部以及与这些图案支撑部平行的具有第二二维图案5a的十个图案支撑部均在前进方向F上以每种情况下100微米的精确度连续布置，则将获得一个沿前进方向F的全部的1mm的不准确性。为了当二维图案5和5a以分成被编码的位置给定为100微米的每种情况下能够对其进行补偿，第二二维图案5a(给定第一图案5有1024个码字)有1024-11＝1013个而不是1023个码字。为了能够容忍高达十个位置的不准确，可以与测量路径位置PM唯一地相关联的最大数量的码字组合(考虑到在每个情况下的不准确性)为：

[0106]

[0107] 在上述假设的基础上，这对应于一个9.4208米的最大测量路径，在该路径上的目标52可以被明确地绝对定位。这比没有公差的最大可能的测量路径(1024·1013＝1037312个单元或103.7312米)要短得多。因此，为了增加最大测量路径M的大小且同时容许不准确性，具有不同于图案长度的M1和M2的其他图案长度的可选的其他二维图案，沿着测量路径M平行于第一和第二二维图案5和5a布置。可选的，各扫描头51或51a至少还有一个其他的线传感器，也就是说至少两个或三个线传感器，以便提高系统1、1a或测量装置60的坚固性。

[0108] 图7示出了根据本发明的一个测量装置60，该测量装置为坐标测量机(CMM)的形式。坐标测量机60被设计为用于确定一个光学或触觉扫描头27在空间中的位置。该坐标测量机具有一个跨接x-y平面的板状基座21，并且具有两个门架支撑部20的门架23在该板状基座上被布置成使得门架在x方向上可相对于基座21移动。门架23还有一个桥接部22和一个z柱26，门架支撑部20在其远离基座的端部处通过桥接部22相互连接。所述桥22上布置有一个滑动件25，滑动件25可相对于桥接部22在y方向上移动。Z柱26能够相对于滑动件25在z方向移动，在滑动件25的保持部中被引导，其面对基座21的末端具有扫描头27。门架23、滑动件25和z柱26各自的相对运动方向定义了各自的前进方向Fx，Fy，Fz，在每种情况下至少沿着一个方向，在示例中的每种情况下沿着两个方向，根据本发明的系统1x和lx'，1y和1y'，1z和1z'可以确定一个位置(用于门架相对于基座、滑动件相对于桥接部、z柱相对于滑动件)。系统lx和lx'集成在CMM 60中，使得基座21具有第一二维图案5x或第二二维图案
5x'，门架23具有第一扫描头或第二扫描头用于扫描二维图案5x或5x'。类似地，其他系统1y或1y'和1z或1z'集成在CMM 60中，使得其扫描头随着滑动件25能够相对于二维图案5y/5y'和5z/5z'移动，其分别地设置在桥接部22和z柱上。作为使用二维图案5x-5z'的一种替代(它们分别覆盖在x、y、z方向上的整个可能的测量路径)，使用沿每个前进方向Fx，Fy，Fz连续布置的二维图案5(具有更短的图案长度)，也就是说，系统lx-1z'与如图6b所示相似地构成。通过根据本发明确定的位置PX，PY和PZ和与扫描头51x-51z'的理想位置的偏差，可以以很高的精度绝对地确定扫描头27的空间位置。本发明允许通过绝对位置和偏差的确定来高精度地确定扫描头27的空间定位，即使没有高精度设计或制造的坐标测量机60和/或没有复杂的高精度方法校准坐标测量机60。另一方面，通过根据本发明的绝对位置和偏差确定允许扫描头27的空间位置比根据现有技术的测量装置在设计或校准复杂度上更精确地被确定。