DE10038296A1

DE10038296A1 - Absolut messende Winkelmeßeinrichtung und Winkelmeßverfahren für eine solche Einrichtung

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Publication number: DE10038296A1
Application number: DE10038296A
Authority: DE
Inventors: Peter Goernert; Hendryk Richert
Original assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Current assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Priority date: 2000-08-05
Filing date: 2000-08-05
Publication date: 2002-02-14

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine absolut messende Winkelmeßeinrichtung mit einer drehbaren Scheibe, die stirnseitig mindestens zwei magnetisch abtastbare periodische Muster trägt, zu schaffen, welche einen geringen Raumbedarf hat und einen geringen Aufwand sowohl für die Herstellung des Musters als auch für die Abtastung sowie für die Verarbeitung der Abtastwerte verursacht, wobei die Gestalt des periodischen Musters für sich genommen, insbesondere jedoch in bezug auf sein Herstellungsverfahren, fehlerresistent sein soll. DOLLAR A Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der oben genannten Art gelöst, bei welcher das Muster aus mindestens zwei konzentrischen Ringen untereinander äquidistanter Abschnitte archimedischer Spiralen mit dem Bildungsgesetz DOLLAR A DOLLAR F1 r = Radius, phi = Winkel, n = Anzahl der Spiralen, c = Steigung der Spiralen DOLLAR A besteht, wobei den Ringen jeweils mindestens ein Abtastkopf zugeordnet ist. DOLLAR A Die Erfindung ist für jegliche Winkelmeßaufgaben, insbesondere im Zusammenhang mit Automatisierungsaufgaben, anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine über den Vollkreis von 360° absolut messende Winkelmeßeinrichtung mit einer drehbaren Scheibe, die ein magnetisch abtast bares Muster trägt, mit mehreren in der Nähe der Scheibe angeordneten ma gnetischen Abtastköpfen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein für eine solche Winkelmeßeinrichtung besonders vorteilhaftes Meß- und Justierverfahren.

Winkel- und Längenmeßeinrichtungen, bei den regelmäßige Muster auf Schei ben oder Maßstäben vorzugsweise optisch oder in selteneren Fällen auch ma gnetisch abgetastet werden sowie entsprechende Meßverfahren, bei denen die Feinmessung nach Umwandlung der Abtastimpulse in elektrische Impulse oder Wellenzüge durch Phasenvergleich erfolgt, sind vielfältig bekannt. Sie sollen hier unabhängig vom Abtastprinzip besprochen werden, sofern das grundle gende Meßprinzip unter irgendeinem Aspekt Bezüge zur Erfindung aufweist, zumal praktisch immer eine Umwandlung der Abtastimpulse oder -wellenzüge in elektrische Werte erfolgt, um die Möglichkeiten der Wechselstrom- Verstärker- und Phasen-Meßtechnik zur Kompensation, Regelung, Interpola tion sowie ggf. zur Analog-Digital-Wandlung zu nutzen.

Nach dem US-Patent Nr. 4.764.767 werden zwei Spuren parallel genutzt, um mit einfachen technischen Mitteln eine Absolutmessung rund um den Vollkreis durchführen zu können. Dies erfolgt jedoch auf dem Außenmantel einer Trommel und nicht unter direkter Nutzung der Phasenverschiebung. Eine Spur mit Inkrementen dient der exakten Positionierung, wohingegen die zweite Spur als eine Spirale ausgeführt ist und der Absolutpositionierung dient. Die Vortei le dieses Systems bestehen, wie bei dem zu entwickelnden Positioniersystem, in der Einfachheit des gesamten Aufbaus und der geringen Anzahl der Kompo nenten. Allerdings ist der im US-Patent Nr. 4.764.767 beschriebene Aufbau nicht kompakt, da erstens die Trommel eine beträchtliche laterale Ausdehnung besitzen muß und zweitens die Sensoren auf der Außenseite angebracht wer den müssen. Entsprechendes gilt für eine technische Lösung bei welcher sich, vorzugsweise gleichzeitig elektroresistiv oder magnetisch abgetastet, auf dem Mantel einer Trommel eine Spur mit einer Vielzahl von Polen sowie eine wei tere Analogspur mit einer Periodizität von eins pro Umdrehung befinden (EP 0 212 662 A2).

Eine weitere Trommelanordnung, jedoch unter Nutzung von Phasenbeziehun gen zwischen zwei magnetisch abgetasteten Polrädern, von denen eines eine (n)-Teilung und das andere eine (n + 1)-Teilung aufweist (DE 32 14 794 A1 identisch mit US 4.612.502) zeigt den Nachteil des hohen Raumbedarfes in prinzipiell noch höherem Maße, indem die "Pole" der Polräder eine gewisse Mindesthöhe haben müssen, um einen auswertbaren Meßwertsprung zwischen magnetischem Leiter und magnetische Isolator (in der Lücke zwischen den Polen) zu erzielen.

Mindestens drei optisch abtastbare Spuren auf der Stirnfläche einer Scheibe weist eine weitere bekannte Anordnung zur Absolut-Winkelmessung des Voll kreises auf, wobei eine Spur mit Referenzpunkten untereinander unterschiedli chen Winkelabstandes den Bezugspunkt für die Absolut- oder Nullpunktmes sung ergibt, während die beiden anderen Spuren gleiche Inkremente haben, aber zur Feinmessung sowie zur Vor- und Rückwärtszählung phasenverschoben sind (US 5.003.171). Eine Übertragung dieser ausschließlich für das optische Prinzip beschriebenen und beanspruchten technischen Lehre auf die magneti sche Abtastung ist nachteilig, weil zumindest bei der Abtastung der Referenz punkte mit ihrer variablen Periodizität nicht von den oben erwähnten Vorteilen der Wechselstrom-Verstärker und -Meßtechnik Gebrauch gemacht werden kann. Dies gilt auch für eine Anordnung mit einer Inkrementalteilung und zwei Referenzteilungen, von denen mindestens eine Referenzmarken mit unterein ander gleichen Abständen aufweist (DE 42 44 178 C2) oder für Inkrementaltei lungen mit zusätzlichen Referenzmerkmalen (DE 31 02 125 A1).

Gleiches gilt für eine ebenfalls nur für das optische Abtastprinzip beschriebene technische Lösung mit zwei phasenverschobenen Teilungen, mit denen infolge eines gemeinsamen Nullungs- oder Resetbereiches bedingt Absolutmessungen möglich sind (US S. 042.157). Dieser für beide Teilungen (Spuren) identische Nullungs- bzw. Resetbereich bewirkt zumindest in einer Teilung zwangsläufig einen elektrisch nicht verarbeitbaren Phasensprung.

Zur Bestimmung der Torsionswinkel sowie der Drehstellung rotierender Wel len, welche im Interesse der Betriebssicherheit ständig zu überwachen sind, ist eine Anordnung mit Hall-Elementen vorgesehen, bei welcher ein ringförmiger Dauermagnet zusammen mit der Welle rotiert. Dieser Dauermagnet ist von ei nem Stator umschlossen, in welchen im gleichen Winkelabstand voneinander mindestens drei radiale Schlitze angebracht sind. In mindestens zwei benach barten Schlitzen befinden sich Hall-Sensoren. Diese Anordnung kann auch mit einer gewissen Phasenversetzung zweifach angebracht sein (DE 197 16 985 A1). Die Nutzung stückweise linearer Abschnitte der Sensorkennlinien in allen vier Quadranten gestattet momentane Absolutmessungen bis 360°, aber das Prinzip ist auf rotierende Wellen beschränkt und nicht zur Messung einmaliger Verstellbewegungen geeignet.

Mit einer einzigen inkrementellen Teilung kommt eine Winkelmeßeinrichtung speziell für eine Teilscheibe aus, an deren Umfang mehrere Abtasteinheiten angebracht sind und die gegenüber der Teilscheibe eine genau vorgegebene Exzentrizität aufweist, wobei die Absolutposition dann aus der Lage der Ex zentrizität gegenüber den Abtasteinheiten berechnet wird (DE 44 02 410 C2). Diese technische Lösung hat den Nachteil, daß eine, ansonsten unerwünschte, Exzentrizität bewußt herbeigeführt werden muß. Dies muß aber mit hoher Ge nauigkeit erfolgen, weil der Betrag dieser Exzentrizität in die Berechnung Ein gang findet. Weiterhin müßte bei der Anwendung in Winkelmeßbaugruppen für unterschiedliche Anwendungszwecke auf jeden Fall ein der Teilscheibe ent sprechendes Teil eingefügt werden, auch wenn es ansonsten für den Anwen dungsfall nicht benötigt wird.

Mit nur einer inkrementellen Winkelteilung arbeitet ein System, welches diese Teilung mit mehreren Abtastköpfen an mehreren Positionen des Umfanges si multan abtasten. Diese Abtastköpfe sind in unterschiedlichen Winkelabständen über den Umfang verteilt (DE 40 09 593 A1), wobei eine weitere Optimierung dadurch erfolgen kann, daß über den Vollkreis verteilte Sektoren alternierend zu Gruppen zusammengefaßt abgetastet werden und diese Sektoren bzw. Gruppen bestimmten Vorgaben bezüglich ihrer statischen Flächenmomente bzw. bezüglich ihrer äquatorialen und zentrifugalen Flächenträgheitsmomente genügen (DE 43 28 525 A1). Hier können die Fehler der Relativmessung weit gehend kompensiert werden. Jedoch fehlt eine aus der bzw. aus den Tei lung(en) direkt ableitbare Information bezüglich der Absolutposition.

Weitere technische Lösungen, welche entweder ausdrücklich von der magneti schen Abtastung Gebrauch machen oder bei denen diese anwendbar erscheint, erfordern zur Ermittlung der absoluten Winkelposition komplexe Berechnungs schritte, die, wenn sie auch nicht zwangsläufig mit systematischen Fehlern be haftet sind, doch die Fehlerwahrscheinlichkeit und den Aufwand für die Be rechnungsbaugruppen erhöhen. Meist nutzen diese Systeme das Prinzip zweier inkrementeller Winkelteilungen, deren Teilung sich geringfügig unterscheidet, um aus den Phasenbeziehungen zwischen den beiden Winkelteilungen eine Information über die absolute Winkelposition zu erhalten (WO 89/11080 A1). Weiterentwicklungen dieses Prinzips bestehen darin, zwischen den beiden bzw. weiteren Winkelteilungen umzuschalten, um das Vorzeichen der Dreh richtung zu berücksichtigen (DE 32 29 846 A1), um den Signalhub zu optimie ren (DE 41 14 419 C2) oder um von eine Absolutmessung eindeutig mit einer (naturgemäß genaueren) Relativmessung zu verknüpfen (US 5.905.350). Bei einer bevorzugten Ausführungsform der o. e. Patentanmeldung WO 89/11080 A1 sind die beiden Winkelteilungen überdies auf zwei separate, durch eine Welle starr miteinander verbundene Scheiben verteilt, was in nachteiliger Wei se zu einem besonders großen Raumbedarf führt.

Sofern der bisher geschilderte Stand der Technik eine Übertragung vom Prin zip der optischen Abtastung des Codierungsmusters auf dasjenige der magneti schen Abtastung erfordern würde, muß auf eine Toleranz bzw. Unempfindlich keit gegenüber Eigenheiten, die für die Herstellung magnetischer Muster ty pisch sind, geachtet werden. So bietet sich das preiswerte Drucken magneti scher Pasten an.

Eine weite Palette der stofflichen Zusammensetzung magnetoresistiver Mate rialien, die ausdrücklich für Positionsdetektoren angewandt werden, ist im US-Patent Nr. 5.834.709 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine absolut messende Winkel meßeinrichtung mit einer drehbaren Scheibe, die stirnseitig mindestens zwei magnetisch abtastbare periodische Muster trägt, zu schaffen, welche unter Be hebung der geschilderten Mängel des Standes der Technik einen geringen Raumbedarf hat und einen geringen Aufwand sowohl für die Herstellung des Musters als auch für die Abtastung sowie für die Verarbeitung der Abtastwerte verursacht, wobei die Gestalt des periodischen Musters für sich genommen, insbesondere jedoch in bezug auf sein Herstellungsverfahren, fehlerresistent sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Es wurde im Bereich des Vollkreises von 360° ein absolut messendes Winkel meßsystem auf magnetischer Basis bestehend aus folgenden Komponenten ge schaffen:

- zwei oder mehr Magnetfeldsensoren (Hall, AMR, GMR, CMR)
- Signalgeber.

Die Auswertung erfolgt über herkömmliche inkrementelle Methoden z. B. nach Arctan-Verfahren, wie es allgemein bekannt ist. Der Signalgeber besteht aus einer Anordnung von mindestens zwei konzentrisch angeordneten archimedi schen Spiralsystemen mit n bzw. n+1 Spiralarmen, wobei in vorteilhafter Wei se das Nonius-Prinzip auf eine Kreisteilung übertragen wird. Die Sensoren sind radial über je einem Spiralsystem angeordnet. Die Steigung der Spiralen ist je weils an die Periode der Sensoren angepaßt und gehorcht dem folgenden Bil dungsgesetz:

Die Auswertung erfolgt in mehreren Schritten:

1. Absolute Position durch Auswertung der Phasenverschiebung zwischen den Spiralsystemen.
2. Erhöhung der Genauigkeit durch Auswertung der Phase innerhalb eines Spi ralsystems.

Die Winkelmeßeinrichtung kann beispielsweise mit anisotrop magnetoresitiven Schwachfeldsensoren (AMR-Sensoren) und einer entsprechenden Elektronik zu einem Kompaktsystem entwickelt werden, welches absolute Winkelmes sungen im Genauigkeits- und Ablesbarkeits-Bereich in Abhängigkeit von der Interpolationsfähigkeit der Encoder-Struktur durchzuführen vermag. AMR-Sensoren werden aufgrund ihrer Verfügbarkeit, ihres guten Rauschverhaltens und der sehr guten Reproduzierbarkeit der Signale eingesetzt. Der Nachteil ei ner geringen Widerstandsänderung von maximal 3% der AMR-Sensoren bei Anlegen eines Magnetfeldes, gegenüber z. B. dem gigantischen Magnetfeldef fekt (GMR) mit Widerstandsänderungen bis 70%, wird durch eine einfachere Handhabung und den Bedarf an kleineren Magnetfeldern wettgemacht. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung auch mit ande ren Magnetfeldsensoren arbeiten kann.

Die Strukturierung des periodischen magnetischen Musters kann besonders einfach und preiswert durch Drucken magnetischer Pasten durchgeführt wer den. Zur Genauigkeitssteigerung sind auch weitere Verfahren anwendbar, wie beispielsweise das Laserbearbeiten und Ätzen, obwohl auch andere Verfahren, wie das Negativformen, angewandt werden können.

Bei der Auswahl der Materialien für die Substrate müssen Erfordernisse hin sichtlich Abmessungen, linearem Ausdehnungskoeffizienten, Rauhigkeit und Ebenheit der Oberflächen sowie Besonderheiten der konkreten Anwendung be rücksichtigt werden. Eingesetzt werden beispielsweise Al₂O₃-Keramik, Float glas, Glaskeramiken mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, unmagnetischer Edelstahl und auch flexible Unterlagen, wie Kunststoffe.

Das erfindungsgemäße magnetisch abtastbare Muster (Encoder) ermöglicht ei ne von der lateralen Ausdehnung weitgehend unabhängige Genauigkeit, so daß die Strukturierung nicht zwingend nach Mikrostrukturierungsverfahren, wie beispielsweise Ätzen oder Laserstrukturierung durchgeführt werden muß, ob wohl auch diese Option zur Verkleinerung der effektiven Maßstabsfläche in die Betrachtungen einbezogen wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die beigefügten Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes magnetisch abtastbares Muster,

Fig. 2 ein vergrößerter Ausschnitt aus diesem Muster und

Fig. 3 eine Darstellung der Position der Abtastköpfe.

Die Bemessung erfindungsgemäßer Ausführungsformen ist von der gewünschten Interpolationsgüte abhängig und kann wie folgt sein:
innen: ein Kreis, außen ein Spiralabschnitt . . . innen: n Spiralabschnitte,
außen: n + 1 Spiralabschnitte.

Im konkreten Ausführungsfall also beispielsweise:
innen: 29 Spiralabschnitte, außen: 30 Spiralabschnitte, Interpolation: 30-fach
→ 1. Stufe 12°, 2. Stufe 0,4° (in Fig. 1 dargestellt!) oder
innen: 59 Spiralabschnitte, außen: 60 Spiralabschnitte, Interpolation: 60-fach
→ 1. Stufe 6°, 2. Stufe 0,1°.

Als Magnetmaterial kommt hauptsächlich Strontiumhexaferritpulver zum Ein satz. Dieses Material erzeugt mit einer remanenten Induktion von ca. 100 mT in einer polymeren Matrix (Dichte ca. 3 g/cm³) ausreichende Felder oberhalb der magnetischen Struktur, besitzt gegenüber den magnetischen Materialien mit höheren remanenten Induktionen (wie beispielsweise Neodym-Eisen-Bor) eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit und ist in relativ einfacher Weise in Teilchengrößen von ≈1 µm herstellbar.

Die zu erwartenden Polfeldstärken der magnetischen Strukturen sind abhängig vom verwendeten Magnetpulver, seiner Konzentration in der polymeren Matrix und von der Dicke der aufgebrachten Magnetpaste und betragen bei Verwen dung einer Paste mit ca. 27 Vol.% Sr-Hexaferrit bei einer Dicke von 100 µm etwa 5. . .10 mT. Die AMR-Sensoren arbeiten bei diesen Feldstärken in hinrei chender Weise.

Trotz der erheblichen Vorteile des Sr-Hexaferrits bei der Verarbeitung wird für den Aufbau von Winkelmeßsystemen mit höheren Polfeldstärken auch Neo dym-Eisen-Bor-Pulver eingesetzt. Für Spezialanwendungen gibt es weiterhin die Möglichkeit, extrem feine Bariumhexaferritpulver einzusetzen. Dieses Material läßt sich mittels Glaskristallisationstechnik in einer sehr engen Teil chengrößenverteilung erzeugen und ist daher für hochgenaue Anwendungen mit kleinen Strukturen geeignet, obwohl bekanntlich die Dispergierfähigkeit mit geringer werdender Korngröße abnimmt.

Die Charakterisierung und Gütekontrolle der mit dem erfindungswesentlichen Mustern versehenen Scheiben erfolgt durch verschiedene optische, mechani sche und magnetische Meßmethoden. Diese werden ausgewählt, um eine Überwachung der wesentlichen Parameter bei der Herstellung der Muster zu gewährleisten. Zu diesen Parametern zählen u. a.:

Geometrische Struktur

Genutzt werden die Lichtmikroskopie und die Dickenbestimmung mittels Mi krometerschraube zu einer ersten Beurteilung der Strukturen. Weiterführende, hochauflösendere Untersuchungen erfolgen am Tastschnittgerät und am Laser- Scan-Mikroskop. Der Vorteil der letztgenannten Methoden gegenüber dem Lichtmikroskop besteht in der dreidimensionalen Auflösung der Strukturen.

Mikroskopische Teilchengrößenverteilung der Magnetpulver

Die einheitliche Teilchengrößenverteilung der Pulver und deren gleichmäßige Dispergierung innerhalb der polymeren Matrix ist eine wesentliche Vorausset zung bei der Nutzung der oben aufgeführten Verfahren zur Strukturierung und läßt sich besonders gut durch den Einsatz der Elektronenmikroskopie (REM) ermitteln.

Magnetische Struktur

Neben der geometrischen Struktur und der Teilchengrößenverteilung muß vor allem die magnetische Feldverteilung vermessen werden, da das Magnetfeld die eigentliche Meßgröße darstellt. Die hier zum Einsatz kommenden Meßme thoden nutzen zum einen den Faraday-Effekt im Magnetmikroskop, zum ande ren wird mit Hall- und/oder magnetoresistiven Sensoren das Feld direkt ver messen. Beim Magnetmikroskop erfolgt die Charakterisierung der Verteilung des magnetischen Materials durch die Vermessung der zur Unterlage senkrech ten Magnetfeldkomponente innerhalb einer Sensorschicht (wismutsubstituierte Granatschicht mit in-plane Magnetisierung). Eine Änderung der senkrechten Magnetfeldkomponente erzeugt eine Drehung der Polarisationsebene des ein gestrahlten linear polarisierten Lichtes. Ist kein äußeres Feld vorhanden, liegt die Magnetisierung in der Schichtebene der Sensorschicht. Durch Anlegen eines äußeren Feldes mit einer Feldkomponente senkrecht zur Schichtebene, dreht sich diese Magnetisierung. Gemessen wird das Streufeld H_Z des Meßob jektes, welches zur Ausrichtung der Magnetisierung in der magnetooptischen Sensorschicht bezüglich der optischen Achse führt. Diese Meßgröße wird um gewandelt und kann als Helligkeit mit Hilfe einer Kamera ausgewertet werden.

Als magnetoresistive Sensoren werden bevorzugt Schwachfeldsensoren einge setzt. Sie verändern ihren Widerstand in Abhängigkeit des angelegten Magnet feldes um 2%. . .3%. Dabei wird die Magnetisierung, welche ursprünglich parallel zum Stromfluß ausgerichtet ist, um einen Winkel α ausgelenkt. Die Änderung dieses Winkels ist direkt proportional zur Änderung des Magnetfel des innerhalb der Schicht und dient somit als Meßgröße.

Magnetfeldstärke

Diese wird im allgemeinen mit den oben beschriebenen Methoden vermessen. Mit Hilfe genauer Hall-Sensoren und einem Referenzmagnetfeld einer Helmholtzspule werden die Meßmethoden geeicht und dienen nun ebenfalls als ab solut messende Systeme.

Als Magnetmaterialien werden hartmagnetische Pulver mit möglichst hoher Remanenz (d. h. großes Signal) und hoher Koerzitivfeldstärke (d. h. große Sta bilität) favorisiert. Eingesetzt werden - neben neuen nanokristallinen SE-Legierungen mit z. Z. maximaler Remanenz - vorwiegend Sr-Hexaferrit-Pulver (Tridelta GmbH, Hermsdorf) und NdFeB-Pulver (Magnequench International Inc., Anderson, IN (USA)).

Für viele Anwendungen ausreichende Magnetfeldstärken werden mit Sr-Hexaferrit erreicht. Dieses Pulver erweist sich als vorteilhaft gegenüber Neodym-Eisen-Bor vor allem in Bezug auf die Korrosionsstabilität, aber auch hin sichtlich günstigerer Teilchengrößenverteilungen.

Die kommerziell erhältlichen NdFeB-Pulver besitzen durchschnittliche Teil chengrößen um 200 µm, sind damit deutlich zu grobkörnig und müssen vor der Anwendung aufgemahlen werden. Mittlere Teilchendurchmesser um 1 µm können erreicht werden; es ist jedoch auch hier ein störender Grobkornanteil (bis 50 µm) vorhanden, der abgetrennt werden muß. Zu beachten ist dabei das pyrophore Verhalten der gemahlenen Pulver mit Teilchengrößen 1 µm unter normaler Atmosphäre. Diese Teilchen sind jedoch für die zu entwickelnden Winkelmeßsysteme noch zu groß.

Mit dem Ziel der Verbesserung der Druckpasteneigenschaften und der Korro sionsstabilität der Produkte können Vorbehandlungen der Pulver erfolgen. Als polymere Matrix für die Druckpastenherstellung sollen vorrangig aminhärtende Epoxide auf Bisphenol-F-Basis verwendet werden. Diese gestatten eine schrumpfungsarme Aushärtung der gedruckten Strukturen und besitzen, vergli chen mit Epoxidharzen auf der Basis von Bisphenol A, eine geringere Viskosi tät, was für die Einbringung eines hohen Feststoffanteils vorteilhaft ist. Eine weitere Herabsetzung der Viskosität soll durch die Anwendung reaktiver Ver dünner erreicht werden.

Möglichst hohe Anteile der Magnetpulver werden mit den polymeren Harz mischungen und Zusatzstoffen gemeinsam dispergiert, wobei auf eine ausrei chende Homogenität zu achten ist.

Die magnetischen Strukturen werden vorrangig mittels Schablonendruck auf verschiedene Substratmaterialien aufgebracht, wobei u. a. die Erfordernisse hinsichtlich geometrischer Abmessungen, linearer Ausdehnung der Materialien, Rauhigkeit und Ebenheit der Substratoberflächen und Aspekten, die spezielle Anwendung betreffend, berücksichtigt werden müssen. In Betracht kommen z. B. Korund, Floatglas, Glaskeramiken mit niedrigem linearen Ausdehnungs koeffizienten, unmagnetischer Edelstahl sowie Kunststoffe, wobei eine Opti mierung der Hafteigenschaften erfolgen sollte.

Die magnetischen Strukturen mit Schichtdicken von 80 µm bis 100 µm bei 250 µm Breite und Abstand werden sinnvoll mit Schablonendrucktechnik her gestellt. Werden kleinere laterale Dimensionen als 250 µm erforderlich, ist das bei diesem Verfahren nur über eine Verringerung der Schichtdicke und damit des magnetischen Signals möglich.

Claims

1. Absolut messende Winkelmeßeinrichtung mit einer drehbaren Scheibe, die stirnseitig mindestens zwei magnetisch abtastbare periodische Muster trägt, de ren Periodenzahl für den Vollkreis sich um den Wert eins unterscheidet, mit mehreren in der Nähe der Scheibe angeordneten, ein periodisches Abtastsignal liefernden magnetischen Abtastköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß das Mu ster aus mindestens zwei konzentrischen Ringen untereinander äquidistanter Abschnitte archimedischer Spiralen mit dem Bildungsgesetz
besteht, wobei den Ringen jeweils mindestens ein Abtastkopf zugeordnet ist.

2. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Abtastköpfe anisotrope magnetoresistive Schwachfeldsensoren sind.

3. Winkelmeßeinrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Muster aus einem polymergebundenen feinkörnigem Magnetmaterial-Pulver, vorzugsweise mit einem mittleren Teilchendurchmes ser d₅₀ von 0,5 µm bis 20 µm, auf eine Scheibe aus unmagnetischem Material, wie Aluminiumoxidkeramik, aus Floatglas, aus einer Glaskeramik mit niedri gem Wärmedehnungskoeefizienten, aus unmagnetischen Edelstahl oder aus ei nem organischen Kunststoff aufgedruckt ist.

4. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser d₅₀ im Bereich von 0,5 µm bis 2 µm liegt.

5. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial ein Strontiumhexaferrit ist.

6. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial ein Bariumhexaferrit ist.

7. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung ist.

8. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine strukturiert aufgedampfte oder aufgesputterte bzw. nach dem Aufbringen strukturierte Magnetschicht ist.

9. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine nur in ihrer Magnetisierung strukturierte aufgedampfte oder aufgesputterte durchgehende Magnetschicht ist.

10. Winkelmeßeinrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Muster anstatt auf einer drehbaren Scheibe an der Stirn fläche einer rotierenden Welle angebracht ist.

11. Winkelmeßverfahren für eine Einrichtung nach einem der bisherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ring, für den der Vollkreis di vidiert durch die Anzahl der Abschnitte vorzugsweise eine ganzzahlige Grad zahl oder einen glatten Bruch derselben ergibt, eine inkrementelle Grobmes sung vorgenommen wird, und Feststellung der Absolutposition sowie die Feinmessung durch einen Phasenvergleich der Abtastwerte beider Ringe erfol gen.

12. Winkelmeßverfahren für eine Einrichtung nach einem der bisherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinjustierung und/oder die Null punkteinstellung durch die radiale Verschiebung eines oder beider Abtastköpfe vorgenommen wird.