CN103703362B - 用于测量薄层的厚度的测量探头及用于制造用于测量探头的传感器元件的方法 - Google Patents

用于测量薄层的厚度的测量探头及用于制造用于测量探头的传感器元件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测量薄层的厚度的测量探头，其具有壳体(14)，测量探头具有至少一个传感器元件(17)，传感器元件(17)可沿纵向轴线(16)至少略微移动地收纳在壳体(14)中，且传感器元件(17)包括至少一个绕组装置(44)，绕组装置(44)分配给纵向轴线(16)，具有面对壳体(14)的外部前面的球形定位盖(21)，所述盖沿纵向轴线(16)布置，其中球形定位盖(21)具有基体(55)，基体(55)具有柱形芯区段(56)和布置在芯区段(56)的前面上的极盖(58)，其中绕组装置(44)分配给球形定位盖(21)，所述绕组装置由盘状或环形载体(49)形成，其中至少一个阿基米德线圈(51)布置在载体(49)上，且其中基体(55)由铁素体材料构成，以及极盖由硬金属构成。

Description

用于测量薄层的厚度的测量探头及用于制造用于测量探头的 传感器元件的方法
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的相应前序部分的用于测量薄层的厚度的测量探头和用于制造用于测量探头的传感器元件的方法。
背景技术
从DE 10 2005 054 593 A1中获知了一种用于测量薄层的厚度的测量探头。该测量探头包括至少一个传感器元件设在其中的壳体，传感器元件收纳在壳体中，沿壳体的纵向轴线至少可略微地移动。传感器元件包括由罐形芯收纳的至少一个第一绕组装置和至少一个第二绕组装置。罐形芯包括中心销，球形定位盖设在中心销面对壳体的端部上。具有布置在其上的传感器元件和球形定位盖的罐形芯由弹性的柔性保持元件收纳，该元件紧固到壳体的前端上。
此类测量探头适用于根据磁感应方法来测量层厚度，其中磁性底座材料上的非铁金属的厚度可非破坏地确定。作为备选，传感器元件可具有用于测量层厚度的霍尔效应传感器，使得可根据涡流方法测量层厚度，以便非破坏地记录非铁金属上的非导电层的厚度。
此外，从DE 699 35 610 C2中获知了应用电测量元件来用于借助感应涡流方法测量层的厚度，其中由导电材料制成的线圈以如下方式形成，即使得其包括至少一个螺线(helical)部分。在此情况下，相应的螺线线圈可设在载体元件的两侧上，所述线圈从中心点以径向方式向外螺线地延伸。为了执行该测量方法，该电测量元件需要定位成与待测量的物体接近但间隔开。这需要附加的工具将测量元件定位成接近待测量的物体。由于将测量元件定位成与待测量的物体间隔开，故这具有过大的空间，由此测量灵敏度降低，且因此测量准确度下降。
测量装置的测量准确度的规格总是在提高。此外，测量过程还应当简化，使得尤其可使用触觉(tactile)测量装置。这些触觉测量装置必须不但设计成较小，以便消除几何形状干扰，如弯曲测量表面且实现较大的应用范围，而且它们还必须具有较小的质量，以便避免在装配测量探头时破坏测量表面。
发明内容
本发明的目的在于进一步开发出一种测量探头，使得满足提高的测量准确度的规格。此外，本发明的目的在于提出一种用于制造用于此类测量探头的绕组装置的方法。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的测量探头的特征来解决。在另一个权利要求中指出了另一个有利的实施例和发展方案。
根据用于薄层厚度的触觉测量的测量探头的本发明的实施例，其具有至少一个第一绕组装置，绕组装置由盘状或环形载体和布置在其上的至少一个阿基米德线圈构成，该实施例具有的优点在于可创造出很小的(尤其是平的)测量探头。就至少一个阿基米德线圈的实施例而言，还可实现的是，磁场的力线由阿基米德线圈沿测量探头的壳体的前部引导，且因此可引导至更接近待测量的层的表面，由此可实现测量结果的评估的较高分辨率。具体而言，就根据本发明的测量探头的此实施例而言，可创造出小的触觉测量探头，其根据涡流方法来记录在非铁金属或非铁基体上的层厚度。就该实施例而言，高频场事实上可直接地引导到测量表面上，由此可实现测量探头的很高水平的灵敏度且因此的高分辨率，由此还可触觉地记录较薄的层厚度。同时，由于使用了用于球形定位盖的基体的铁素体材料，故使得能够根据涡流方法来改善层厚度测量期间的测量灵敏度。由硬金属构成的极盖提高了触觉测量期间测量探头的耐磨性。不管球形定位盖和附接到其上的阿基米德线圈的中心布置，其第一绕组位于距中心纵向轴线一定间隔处，由于由铁素体材料制成的基体而改善了测量灵敏度。这是因为在用于执行涡流方法的高频磁交变场中，磁场至测量表面的直接传送通过铁素体基体改善。然而，在根据本发明的测量探头的实施例中，这还通过球形定位盖对测量表面的升高效果能够存在于由硬金属形成的球形定位盖的极盖的该区中而实现。
圆形承载表面优选地设在球形定位盖的芯区段上，极盖的承载表面布置在芯区段的纵向轴线上。因此，基体的承载表面由硬合金构成的极盖形成，且因此实现了提高的耐磨水平。此外，使得能够在配合到待测量的物体上期间提供高水平的机械阻力，且高频场能够在涡流方法期间被引导到很接近待测量的物体，使得继而又实现了提高的测量灵敏度水平。
根据球形定位盖的另一个优选实施例，规定极盖延伸过整个圆形承载表面或极盖设计成较小。取决于球形定位盖的直径，可选择第一实施例和第二实施例两者。然而，优选的是选择小于圆形承载表面的极盖，该极盖的中心点位于基体的纵向轴线中，使得产生较小的接触点或具有硬金属极盖的承载表面。
球形定位盖的第一实施例提供了极盖由硬金属涂层产生。在此实施例中，例如，可提供施加到基体的前面或施加到圆形承载表面上的涂层，该涂层通过抛光精整。例如，此涂层可为TiC涂层或类似涂层，其例如包括1 μm至10 μm的层厚度，特别地是2μm。同样，涂层还可施加到围绕基体的前面或圆形承载表面的纵向轴线的略微凹陷的区上，且然后一起抛光。
球形定位盖的备选实施例提供了极盖由硬金属芯形成，硬金属芯优选地完全延伸穿过基体。此硬金属芯可形成为硬金属销，其沿纵向轴线延伸。
作为备选，圆形承载表面的直径或基体的前侧的直径可小于基体的芯区段，且极盖可设在锥形保持区段上，锥形保持区段具有至芯区段的圆形过渡或分层过渡。利用该布置，力线可相对于接触点集中于球形定位盖内。此外，由于相比于芯区段具有减小直径的保持区段，故具有减小直径的绕组装置可围绕保持区段定位。因此，继而又使得能够有较高水平的测量灵敏度，特别是用于很薄的层。
本发明的备选实施例提供了球形定位盖的基体的锥形保持区段上的绕组装置的载体。因此，提供了线圈直径的减小，由此继而又使得能够触觉地改善薄层的测量，故该区中的层小于100μm，特别是小于10μm。
球形定位盖的另一个优选实施例提供了球形定位盖的基体上的保持区段的高度大致对应于绕组装置的载体的厚度。因此，同时，通过该实施例可使得能够有载体相对于球形定位盖的正确定位，或反之亦然。绕组装置的载体优选地由半导体材料形成，特别地是硅或锗。
球形定位盖的另一个优选实施例提供与极盖的基体相对的平坦接触表面。因此，球形定位盖可制造成具有简单的几何形状。
氧化铁或类似于氧化铁的材料优选地用作用于球形定位盖的铁素体材料。该材料可以以一定精度圆柱形地磨削，以用于产生圆形极盖来提高场集中度水平。作为备选，具有引入其中的铁颗粒的塑料材料可用作铁素体材料。
根据本发明的优选实施例，第一绕组装置包括载体上的单层阿基米德线圈。该优选实施例制造简单，且特别平坦，特别是在载体形成为平坦的情况下，由此较小的建造空间就足够用于绕组装置。
根据本发明的另一个优选实施例，第一绕组装置的至少一个(优选地单层的)阿基米德线圈布置成指向壳体的前面，其前面在测量层厚度期间与测量表面直接地相对。因此，使得能够有绕组装置与测量表面特别接近的布置，其中第二绕组装置与测量表面的距离由在接触点或球形定位盖的圆形极盖与第二绕组装置的线圈之间的间隙确定。
根据本发明的优选实施例，至少一个第二绕组装置设在载体上，其形成为至少另一个阿基米德线圈。因此，第一内线圈和包围其的第二外线圈可应用于环形或盘状载体的相同侧上，使得这些线圈优选地位于共同的平面中。因此，相应的线圈直接分配给待测量的物体的测量表面，由此实现了提高的测量准确度水平。作为备选，第一内线圈可设在载体上，面对测量表面，且第二外线圈可布置在载体的相对侧上。
在该备选实施例中，载体接收优选地作为相应的阿基米德线圈的至少一个第一线圈和至少一个第二线圈，且载体优选地布置在传感器元件的壳体的前端上。因此，可产生很小且灵敏的测量探头，其特别地可在微观力学或微电子学领域中测量层厚度期间使用。
此外，优选地规定第一线圈和第二线圈布置成在载体上彼此相对，且规定比其它线圈包括更多卷绕的线圈来至少部分地将其覆盖。这里，优选地规定具有较少卷绕的线圈提供成用于测量层厚度，且规定相比于其具有更多卷绕的线圈用于补偿测量表面的弯曲，或确定待测量的层是否位于平面内或平面外。
绕组装置的另一个实施例提供了具有较少卷绕的第一线圈和具有相比于其具有较多卷绕的第二线圈以大于1MHz的频率充电，第一线圈用于测量层厚度，而第二线圈用于确定测量表面相对于平面的偏离。
本发明的另一个优选实施例提供了在具有至少一个阿基米德线圈的第一绕组装置上的绝缘层。该绝缘层用作针对破坏或腐蚀的保护层。
在另一个实施例中，绕组装置分配给球形定位盖或布置成直接邻近极盖或与其邻接，使得球形定位盖可紧固到传感器壳体中，或载体可通过粘合剂、闩锁或插接紧固在传感器元件的传感器壳体中。
为了制造至少一个第一绕组装置，载体优选地由非导电材料和非磁性材料构成。具体而言，载体由半导体材料如锗或硅，特别地锗或硅盘制成，其优选地具有小于300μm或小于150μm的厚度。例如，对于硅盘，优选地选择100μm的层厚度。此类材料成本效益合算地制成，且相对于具有第一绕组装置和第二绕组装置的此类双测量探头的高频测量和低频测量拥有中性性质。
测量探头的另一个优选实施例提供了一种由半导体材料(特别地由硅或锗制成)制成的盘状载体上的线圈装置的电路，该电路被执行或内接。该布置继而又使得能够有将形成为较小的优选地紧凑的测量探头。此外，电路这样集成到载体中具有的优点在于向绕组装置提供了简单的电路布置和线路连接，且存在不移动的部分。
根据电路集成到测量探头中的优选实施例，载体布置在传感器壳体的外侧上，其面对测量探头的壳体内部，或布置在传感器壳体的内侧。作为备选，载体还可布置在传感器壳体上的前面上，其前面指向测量探头的壳体的外侧。因此，进一步提高了此类测量探头的紧凑性。
此外，本发明的目的通过用于制造用于测量探头的至少一个传感器元件的方法来解决，测量探头具有用于测量探头的至少一个绕组装置，其中至少一个阿基米德线圈应用于具有中心开口的环形或盘状载体上，该线圈优选地与载体上的相应连接点接触。因此，可产生简单地集成到传感器元件中的绕组装置。
为了制造至少一个第一绕组装置，规定了根据方法的第一实施例的待应用于载体的金属传导层，其然后通过除去材料、机械方式或化学方式或通过材料处理来转移到阿基米德线圈中。在该制造方法中，例如，载体完全涂覆有金属传导层，尤其是铜层。然后，材料的除去可例如通过激光加工来产生。同样，对应的除去可通过平板印刷或通过蚀刻来产生，使得至少一个单层线圈施加到载体上。
用于制造具有载体上的至少一个阿基米德线圈的至少一个第一绕组装置的方法的备选实施例提供了至少一个阿基米德线圈通过汽相沉积工艺施加到载体上。因此，可提供各种气相沉积方法，其尤其包括在金属传导层上的高汽相沉积速率。
该方法的另一实施例提供了至少一个阿基米德线圈通过使用卷绕线的卷绕过程施加到载体上。因此，在卷绕过程期间，调整相邻的绕组的间距。
在卷绕过程期间，卷绕线优选地粘合到载体上，且尤其是使用压合膜紧固到其上。此处，很精细的结构自身可制造成具有机械保险装置。
附图说明
本发明及其另外的有利实施例和发展方案将在下文中借助于附图中绘出的示例来更详细地描述和示出。从描述和附图中收集到的特征可根据本发明独立地或以任何组合一起地应用。此处示出了：
图1为根据本发明的测量探头的第一实施例的示意性截面图，
图2为根据图1的测量探头的传感器元件的第一实施例的示意性放大截面视图，
图3为根据图2的从下方到传感器元件上的示意性视图，
图4为绕组装置的示意性放大截面视图，
图5和图6为用于制造第二绕组装置的卷绕过程的示意性侧视图，
图7为根据图1的测量探头的传感器元件的备选实施例的示意性截面图，
图8为根据图1的测量探头的传感器元件的另一个备选实施例的示意性截面图，以及
图9为根据图1的测量探头的传感器元件的另一个备选实施例的示意性截面图。
具体实施方式
图1中示意性地绘出了用于测量薄层的厚度的未更详细示出的用于装置的测量探头11的截面视图。该测量探头11用于层厚度的非破坏性测量。根据示例性实施例，该测量探头11可提供成与装置的数据处理装置分开来用于测量薄层的厚度，且可经由连接线缆12或无线地传递记录的值。作为备选，该测量探头11可为具有静止装置或手持装置形式的用于测量薄层厚度的装置的一部分。
测量探头11具有壳体14，壳体14特别地柱形地形成。至少一个传感器元件17优选地沿壳体14的纵向轴线16布置。该传感器元件17由保持元件18承载，保持元件18收纳在壳体14的端部区段19上。球形定位盖21沿壳体14的纵向轴线16设在至少一个传感器元件17上，在测量探头11的配合期间，该定位盖可定位在未更详细地绘出的待测量的物体的测量表面上，以便确定底座或载体材料上的层厚度。
至少一个传感器元件17设计成用以根据涡流方法执行测量，即，在非铁金属上的非导电层的厚度能够在高频交变场中测量，例如，在铝、铜、黄铜、不锈钢的油漆、涂料、塑料或在铝上的其它阳极氧化层。因此，此类测量探头11为双测量探头。
至少一个传感器元件17例如具有引导元件23，引导元件23相对于纵向轴线16同轴地布置，该引导元件可位移地收纳在固定到壳体上的轴承(bearing)24中。因此，提高了待测量的物体的测量表面上的测量探头11的无倾斜配合移动的精确度。轴承24可形成为空气轴承或低摩擦普通轴承。固定到壳体上的该轴承24优选地布置在壳体14的套环26上，由此继而又能够沿径向方向和轴向方向简单且快速地定位轴承24。此外，轴承24包括连接器28，连接器28提供成连接到连接线缆12上。取决于该目的，壳体14可相应地完成。为了体现根据示例性实施例的独立探头，例如，壳体14在连接连接线缆12之后以罩盖29或盖体封闭，使得手动操作的测量探头经由连接线缆12连接到静止装置上。当插入手动操作的测量探头或静止装置中时，可省去罩盖29。
具有若干独立的线或柔性传导带的柔性线路31设在传感器元件17与例如连接器28之间的轴承24上，该传导带经得起弯曲应力。在探头配合到待测量的物体的表面上期间，此类弯曲应力由至少一个传感器元件17的升降移动来实现。在此情况下，传感器元件17至少略微沉入壳体14中。
盘状地形成的保持元件18优选地紧固到在壳体14的端部区段19上的壳体端部侧凹部33上。因此，继而又以简单的方式确保了径向和轴向的构造。在第一实施例中，保持元件18以介质不可渗透的方式紧固到凹部33中。同时，球形定位盖21和/或传感器元件17以介质不可渗透的方式提供成其壳体在保持元件18的开孔35中。因此，壳体14与外界气密性地密封，使得污染物不提供对配合移动且因此至少一个传感器元件17沉入壳体14中的干扰。
测量探头11中的至少一个传感器元件17的布置和组装仅为示例性的。还可提供用于至少一个传感器元件17可纵向位移地安装在壳体14中的测量探头11的其它实施例。
图2中以放大形式绘出了用于测量探头11的至少一个传感器元件17的第一实施例。传感器元件17包括壳体73，壳体73收纳第一绕组装置44。该第一绕组装置44包括盘状载体49，线圈51以阿基米德方式以单层设在载体49上。线圈51布置成指向壳体14的外部前面53。第一绕组装置44具有中心开口54，球形定位盖21延伸穿过中心开口54。
球形定位盖21包括基体55，基体55具有柱形芯区段56，圆形承载表面57设在芯区段56的一个端部处。该圆形承载表面57具有极盖58。该极盖58沿圆形承载表面57仅部分地延伸。球形定位盖21在测量表面上的触觉配合发生在极盖58的区中。例如，极盖58由硬金属芯59或硬金属销59形成。平坦接触表面60提供成与该圆形承载表面57相对。
在该实施例中，球形定位盖21可具有形成为插入件或销的极盖58。为此，硬金属特别地提供成使得极盖58比芯区段57的材料更耐磨。极盖58还可仅形成为由硬合金制成的涂层。其可形成为具有小于圆形接触区域的直径，或可覆盖整个圆形承载表面。
具有基体55的球形定位盖21优选地由铁素体材料构成，具体是铁素体，且也称为铁素体极。该铁素体材料还包括含有永磁性双极的成组的氧化陶瓷材料。在圆形承载表面57上至少部分地延伸来作为球形定位盖21的前面的极盖58例如由硬金属涂层或硬金属插入件构成，例如，由TiC、TiN或Ti(c,n)制成。销形式的硬金属芯可提供为硬金属插入件，其穿透球形定位盖21。作为备选，还可提供硬金属实心球或硬金属半球，其在球形定位盖21中使用且形成极盖58。
在球形定位盖21中，芯区段56具有锥形保持区段64，保持区段64形成为具有小于芯区段56的直径。这里，优选地圆形的过渡区提供成使得磁场线集中于保持区段64中，即，它们远离测量点集中。就锥形保持区段64而言，还实现的优点在于，阿基米德线圈51的直径进一步变小，或可减小，由此继而又可触觉地测量较薄的层。在该实施例中，极盖58的直径设计成小于圆形承载表面57，其设在保持区段64上，保持区段64继而又相比于芯区段56具有减小的直径。
载体49可具有在开口54中的轮廓，所述轮廓适于在保持区段64与芯区段56之间的过渡区，使得能够准确安装和布置。从保持区段64至芯区段56的过渡区的曲率半径还可提供在载体49的开口54的边缘区中。
在图2中绘出的传感器元件17中，例如，提供了电路76，电路76通过连接线路31用作绕组装置44的第一线圈51和第二线圈50的触点。作为备选，电子电路可实施在载体49中，或应用或内接在位于与线圈51、50相对的载体49的一侧上。
在根据图2的绕组装置44中，提供了内线圈50和外线圈51，其中外线圈51包围内线圈，且两者优选地布置在载体49的同一侧上。
此外，线圈50作为备选可布置在载体49上与线圈51相对的一侧上，且电路76可直接地提供在该线圈50的上方或在线圈50内。因此，继而又可产生紧凑且平坦的传感器元件17。作为备选，外线圈50可布置在载体49上与内线圈51相对，且可在观察方向朝测量表面时至少部分地将其覆盖。
其传感器配合在测量表面81上的测量探头11的传感器元件17示出了绕组装置44的线圈50、51可大致很接近于待测量的物体的测量表面，以便确定在底座材料82或工件载体上的层厚度83。在此情况下，球形定位盖优选地只在极盖58的区中配合在层83上。
图3中绘出了根据图2的从下方到传感器元件17上的示意性视图。这里可看到极盖58与圆形承载表面57的比，以及线圈51、50的直径。
第一绕组装置44在图4中的示意性放大视图中以截面绘出。根据第一实施例，载体49由锗或特别地硅构成，且例如具有100μm的层厚度。单层线圈作为阿基米德线圈51应用于该载体49上。
在根据图4的第一实施例中，为了制造该阿基米德线圈51，首先载体49具有加至其上的金属传导层，具体是铜层。例如，这可具有小于0.1mm的厚度。厚度特别是在大约0.01mm的范围中。然后，阿基米德线圈51借助于激光除去来产生，其中例如0.019mm的线宽度优选地保留在0.01mm的厚度下，且范围从0.1mm至0.05mm的空间，特别地是0.01mm，保留在独立的绕组之间。未更详细地绘出的绝缘层或保护层可应用于该线圈51上，例如，以涂料或类似物的形式。
在例如由硅形成的载体49中，具有3mm直径和0.2mm厚度的盘可应用单层阿基米德线圈51。具有由铁素体材料制成的芯57的球形定位盖21优选地插入载体49的同心内孔54中。探头17优选地用于连同具有足够数目的绕组的载体49上的优选地单层的阿基米德线圈51来测量涡流。单层线圈51的场以如下方式由极盖58集中，即使得场的空间扩张极低。此刻，铁素体极58的长度足以大致对应于单层阿基米德线圈51的中值直径。如果在具有中心销42或具有由软铁制成的芯的端部上的柱形铁素体极58为长形的，则此布置的磁导率(permeability)仅改变为较小的程度。就引入以低频操作的第二线圈布置48而言，涡流操作中的单层阿基米德线圈51的操作模式未受影响。
蚀刻方法用作制造载体49上的线圈51以形成阿基米德线圈51的另一个备选方案。此外，作为备选可使用载体49上的金属层的汽相沉积方法。
图5和图6中绘出了用于制造第一绕组装置44的另一个备选实施例。例如，载体49应用于邻接底板67的绕组轴线66。与载体49的间隙宽度由压合元件68形成，具体是压合膜，其中与相邻绕组的间隙由对应的进给调整，且相应地提供的绕组的粘合经由压合元件68发生。此类卷绕技术甚至在细丝工艺(filigree)结构如本发明中也是可能的，其中载体49的总直径例如小于3mm。
绕组装置44优选地设计成单层。作为备选，可选择单层布置，但也可提供两个或更多个线圈51、50，其分别具有阿基米德布置，且一个位于另一个后方或彼此并排。此外，作为备选，若干线圈51层可布置在彼此上方，其然而通过电绝缘物或绝缘层来分开。同样，还可能够有位于彼此上方且彼此并排或一个在另一个后方的线圈51、50的组合。
在传感器元件17的构造中，载体49还可由硅盘构成，且具有第一线圈50和/或第二线圈51的绕组装置44的电路可整合或实施到该材料中。作为备选，载体49可由另一种非磁性且不导电的材料构成，且此外，硅盘可分配给该载体49，其中包含至少一个电路。在该实施例中，提高了将电路76定位在传感器元件17中的灵活性。在电路76集成在收纳至少一个阿基米德线圈51的载体49中期间，构造尺寸的进一步减小是可能的。此类传感器元件17设计成越小，薄层厚度测量对干扰的独立性就越大，具体是待检查的表面的曲率半径。此外，因此实现的优点在于短且简单的线连接从电路76提供至绕组装置44，且中心线可给送出壳体73。
相对于由铁素体制成的球形定位盖21的芯区段57的直径的大小，优选地规定其对应于绕组装置的线圈51的中值直径的直径的一半。同样，球形定位盖21的芯区段57的直径可设计成较大。
图7中绘出了图2中的传感器元件17的备选实施例。在该示例性实施例中，继而又提供了根据图2中的实施例的球形定位盖21。仅具有一个线圈51和电路76的绕组装置44定位在载体49上。传感器元件17由传感器壳体73封闭。此类平坦传感器元件17使得能够根据涡流方法来测量层厚度。
代替硬金属芯59，球形定位盖21的备选实施例提供了用于极盖58的实施例的硬金属涂层。该硬金属涂层可完全在圆形承载表面57上方延伸，但也只在极盖58的区中，其在图4中描绘为实例。因此，可保护脆性的铁素体，使得球形定位盖21提供有较高水平的机械稳定性。
图8中绘出了图2中的传感器元件17的备选实施例。在该传感器元件17的情况下，第一线圈51和第二线圈50两者都设计为阿基米德线圈。在载体49的通路开口54中，球形定位盖21穿过，其优选地由铁素体材料形成，如布置在载体49的后部上的展开的芯区段72。该芯区段72优选地沿与线圈51相对的径向延伸方向延伸，优选地根据线圈51的直径。载体49由传感器壳体73收纳。载体49与传感器壳体73的该布置和固定可以以粘合剂、闩锁或插头和/或夹具连接来进行。铸模化合物可引入在载体49与传感器元件73之间的自由空间74中。作为备选，这还可设计为空气空间。
在根据图8的该实施例中，规定第二线圈50类似于第一线圈51形成且包围其，且还支承在载体49上。根据第一实施例，如在图8中所示，第二线圈50布置成与第一线圈51相对。作为备选，两个线圈51、50还可布置在载体49的同一侧上。两个线圈51、50优选地形成在单层中作为阿基米德线圈。因此，在测量期间，这些线圈50、51事实上定位成直接紧挨测量表面，使得提高了测量灵敏度。
该传感器元件17还可包括电路76，例如，电路76布置在传感器壳体73的底座的内侧上。因此，具有连接线路77、78的线圈51、50的简单内部接触可发生。连接点或接触点优选地设在载体49上，使得能够有连接线路77、78的简单连接。作为备选，电路76还可设在传感器壳体73的外侧上。同样，电路76可实施在载体49中。记录的数据通过连接线缆12经由引出传感器壳体73的接入线路31传输至输出处理装置。
图9中绘出了传感器元件17的另一个备选实施例。在该传感器元件17中，规定其仅能够用于根据涡流方法来测量。该传感器元件17事实上对应于根据图8的实施例，在图8的实施例中未提供第二线圈50。
该传感器元件17包括具有阿基米德线圈51的绕组装置44，其优选地以单层应用于载体49。载体49紧固到芯区段72上。芯区段72优选地由铁素体材料构成。同样，球形定位盖21由铁素体材料形成，且优选地作为单件连接到芯区段72上。具有芯区段72和布置在其上的绕组装置44的该载体49可由传感器壳体73收纳，传感器壳体73可插入根据图1的壳体14中或测量探头的另一个壳体中。根据图8和图9的载体49可根据上文中所述的备选方案来设计。这同样适用于应用于其上的绕组装置44。
由于具有第一线圈50和第二线圈51的传感器元件17的构造和布置，因此薄层的测量灵敏度通过铁素体芯相对于第二线圈50的构造实现的高场集中度来提高。因此，可实现改善的分辨率和测量准确度。

Claims (26)

1.一种用于测量薄层的厚度的测量探头，其具有壳体(14)，所述测量探头具有至少一个传感器元件(17)，所述传感器元件(17)可沿纵向轴线(16)移动地收纳在所述壳体(14)中，且所述传感器元件(17)包括至少一个绕组装置(44)，所述绕组装置(44)分配给所述纵向轴线(16)，所述测量探头具有面对所述壳体(14)的外部前面(53)的球形定位盖(21)，所述盖沿所述纵向轴线(16)布置，其中，所述球形定位盖(21)具有基体(55)，所述基体(55)具有柱形芯区段(56)和布置在所述芯区段(56)的前面上的极盖(58)，其特征在于，所述绕组装置(44)分配给所述球形定位盖(21)，所述绕组装置由盘状或环形载体(49)形成，其中，至少一个阿基米德线圈(51)布置在所述载体(49)上，且其中，所述基体(55)由铁素体材料构成，以及所述极盖(58)由硬金属构成。
2.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，圆形承载表面(57)设在所述芯区段(56)上，所述极盖(58)布置在所述承载表面的纵向轴线(16)上，且所述极盖(58)在所述圆形承载表面(57)上延伸或设计成比其小。
3.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述极盖(58)由硬金属涂层形成。
4.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述极盖(58)由TiC涂层形成。
5.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述极盖(58)由硬金属芯(59)形成。
6.根据权利要求5所述的测量探头，其特征在于，所述硬金属芯(59)完全延伸穿过所述基体。
7.根据权利要求2所述的测量探头，其特征在于，所述圆形承载表面(57)形成为具有小于所述芯区段(56)的直径，且所述圆形承载表面(57)设在与所述芯区段(56)相对的锥形保持区段(64)上，所述保持区段具有至所述芯区段(56)的圆形或分层的过渡，且所述载体(49)布置在所述基体(55)的保持区段(64)上。
8.根据权利要求7所述的测量探头，其特征在于，所述保持区段(64)从所述基体(55)的高度至少对应于所述盘状或环形载体(49)的厚度。
9.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述球形定位盖(21)由氧化铁或具有铁颗粒的塑料材料构成。
10.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述绕组装置(44)包括所述载体(49)上的单层阿基米德线圈(51)。
11.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述绕组装置(44)的阿基米德线圈(51)定位成向外指向所述壳体(14)的前面(53)。
12.根据权利要求11所述的测量探头，其特征在于，至少一个第二线圈(50)设在所述载体(49)上，所述载体(49)形成为至少另一个阿基米德线圈，且布置在所述载体(49)的同一侧或相对侧上。
13.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述绕组装置(44)的第一线圈(50)和第二线圈(51)布置成在所述载体(49)和所述线圈(50)上彼此相对，所述线圈(50)包括多于所述线圈(51)的卷绕数目，至少部分地覆盖所述第二线圈。
14.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述绕组装置(44)具有第一线圈(51)和第二线圈(50)，其中，所述第一线圈(50)具有少于所述第二线圈(51)的卷绕，且所述第一线圈(51)提供成用于测量所述层厚度，且所述第二线圈(50)提供成用以确定测量表面与平面的偏离，其中，所述线圈(50,51)以大于1MHz的频率操作。
15.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，绝缘层应用于所述绕组装置(44)的至少一个阿基米德线圈(51,50)上。
16.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述绕组装置(44)的载体(49)邻近所述极盖(58)紧固到所述球形定位盖(21)的前区段，或通过粘合剂、闩锁或插接来与其接近。
17.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述载体(49)由非导电和非磁性材料构成，所述载体(49)设计成平坦盘状或环形。
18.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述载体(49)由半导体材料形成，其具有小于300μm或小于150μm的厚度。
19.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述载体(49)由锗或硅形成。
20.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，具有球形定位盖(21)的展开的铁素体芯区段(72)分配给所述载体(49)，所述芯区段布置在所述载体(49)上与第一线圈(51)相对，且沿径向延伸方向覆盖所述第一线圈(51)。
21.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，由半导体材料制成的所述载体(49)包括至少用于所述绕组装置(44)的实施电路或内接电路。
22.根据权利要求21所述的测量探头，其特征在于，具有实施在其上或内接在其上的电路(76)的所述载体(49)布置在所述传感器元件(17)的壳体(73)的内侧上或所述传感器元件(17)的壳体(73)的前面上指向所述测量探头的壳体(14)的外侧。
23.根据权利要求21所述的测量探头，其特征在于，具有实施的电路的所述载体(49)布置在所述绕组装置(44)的第一线圈(50)和第二线圈(51)之间。
24.一种用于制造至少一个传感器元件(17)的方法，所述传感器元件(17)具有用于根据权利要求1所述的测量探头的至少一个绕组装置(44)，其特征在于，具有与所述载体(49)的连接接触的至少一个阿基米德线圈(51)应用到盘状或环形载体(49)上。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，
金属传导层施加到所述载体(49)上，且所述至少一个阿基米德线圈(51)通过除去材料产生，或者
至少一个阿基米德线圈(51)通过汽相沉积工艺施加到所述载体(49)上，或者
至少一个阿基米德线圈(51)通过卷绕过程施加到所述载体上。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，卷绕线粘合到所述载体(49)上，且在卷绕过程期间或之后使用压合元件(68)紧固到所述载体(49)上。
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