DE10045306A1

DE10045306A1 - Verfahren und Vorrichtung zur präzisen Neigungswinkelmessung

Info

Publication number: DE10045306A1
Application number: DE2000145306
Authority: DE
Inventors: Michael Fidelak
Original assignee: FIDELAK GmbH
Current assignee: FIDELAK GmbH
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2002-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur präzisen Bestimmung des Neigungswinkels bis zu einem Meßbereich von 360 DEG durch ein neuartiges Servo-Prinzip, bei dem ein hochempfindlicher Neigungssensor für die Detektion der Horizontal-Lage in einen Rotor mit einem Winkelsensor angebracht wird, wo durch einen Stellantrieb der Neigungssensor in die Horizontal-Lage gebracht wird und der Neigungswinkel sich aus der Winkeländerung zu einer Referenzmarke berechnet. Dadurch sind Neigungswinkel über den vollen Bereich von 360 DEG kostengünstig und sehr präzise unter Ausschluß von Langzeitdriften und Temperatureffekten meßbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Meßanordnung zur Messung des Neigungswinkels über ei nen Bereich von 360°, die eine sehr hohe Genauigkeit aufweist.

Der Stand der Technik ist, daß es eine Vielzahl von verschiedenen Neigungsmeßsystemen und Verfahren gibt, die jedoch jeweils nur einen kleinen Bereich mit verschiedenen Einschränkungen an die Meßgenauigkeit abdecken. Die Probleme bei der Messung des Neigungswinkels liegen in der Physik begründet. Zur Ermittlung der Neigung macht man sich verschiedene physikalische Gesetze und Effekte zu Nutze. Das sind zum einen die bekannte Eigenschaft von Flüssigkeiten, sich in der Horizontalen auszurichten. Die Stellung der Flüssigkeitsoberfläche wird entweder mit kapazitiven Verfahren (Patent US 5083383) oder konduktiven Verfahren (Patent DE 40 36 262) er mittelt. Es existieren auch Anordnungen auf der Basis der Detektion des Reflektionswinkels eines Lichtstrahles von der Flüssigkeitsoberfläche. Eine weit verbreitete Methode ist die Messung der Stellung der Luftblase in einer Libelle. Dies ist das genaueste Verfahren und wird auch heute noch verwendet. Andere Verfahren nutzen die Gravitationskräfte, die auf Pendel oder Massen wirken (Pendel-Neigungssensor) oder die Biegung des Steges einer seismischen Masse (Beschleuni gungssensoren).

Ein sehr genaues, aber auch teures Verfahren stellen die Servo-Inclinometer da. Hier wird ein frei hängendes Pendel durch eine elektromotorische Kraft (Magnetfeld) in einer definierten Position gehalten. Die hierfür aufgewendete Kraft bzw. Strom für die Magnetspule ist dem Neigungswinkel proportional.

Alle diese Verfahren haben einen Nachteil: Sie haben eine relativ geringe Empfindlichkeit und Auflösung, können nicht über den vollen 360°-Bereich messen (aufwendige Umschaltung von Kondensator oder Elektrodenpaaren) und haben über den Messbereich hinweg große Temperatu reffekte. Bis heute gibt es keinen Sensor, der über einen 360°-Bereich mit der Genauigkeit einer Wasserwaage (Genauigkeit: +/-0,03°) über einen relativ geringen Temperaturbereich von 0 . . . 50°C misst. Dazu werden dann Kombinationen aus Libellen mit optischer Abtastung für die Horizontale (0°) verwendet und parallel dazu relativ ungenaue elektronische Inclinometer auf Basis der oben angeführten Verfahren verwendet, die dann nur mit Genauigkeiten von max. 0,1 . . . 0,2° arbeiten. Diese Systeme haben dazu einen weiteren gravierenden Nachteil, daß sie mechanisch auf 0° ein gestellt werden müssen, da die Libelle nur in einem sehr kleinen Bereich von max. 0,1° linear und ohne Temperaturkoeffizient arbeitet.

Ausgehend von den eingangs aufgezeigten Verfahren und Vorrichtungen ist es daher Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile aufzuheben und ein hochpräzises Meßverfahren und Meß anordnung für die Neigungsmessung über den Bereich von 360° vorzustellen.

Das Verfahren beruht auf der Verwendung optimal angepaßter Meßgrößen auf einem servo ähnlichem Prinzip. Dazu wird ein hochempfindlicher Neigungssensor 5 (Fig. 1) für die Detektion der Null-Lage mit einer elektronischen Auswertevorrichtung 16 an einem Rotor 1 drehbar aufge hängt. Als Sensor eignet sich hierfür am besten eine Libelle 8. Der Rotor ist umgeben von einem Stator 2, der durch Erzeugung eines Magnetfeldes oder durch direkte mechanische Kopplung den Rotor drehen kann. Durch die Messung der Stellung der Luftblase der Libelle 8 durch die Auswer teelektronik auf Basis eines der bekannten Verfahren wie beispielsweise einer Lichtschranke 9 mit einer LED 6 (Fig. 2) und zwei Lichtempfänger 7 an der Libelle kann die Horizontale (0°) bestimmt werden. An der Unterseite der Libelle befindet sich eine zweite Lichtschranke 10, die die Luftblase dann detektiert, wenn die Libelle um 180° gedreht wird. Der Rotor 1 und die Lage der Libelle und der Auswerteelektronik sind so gestaltet, daß der Rotor quasi ausgewuchtet ist und der Schwer punkt in der Rotorachse liegt. Am Rotor sitzt eine Winkelmeßeinrichtung in Form einer optischen oder magnetischen Impulsgeberscheibe 4, die einmal als Inkrementalgeber ausgeführt oder als Absolut-Geber ausgeführt sein kann. Am Stator ist die zur Auswertung der Winkelstellung notwen dige Sensoreinheit 3 zur Auswertung der Impulsscheibe befestigt, die Auswerteelektronik ermöglicht eine Interpolation der Signale für Ermittlung von Zwischenwerten zwischen den einzelnen Positio nen der Pulsscheibe. Bei inkrementalen Impulsscheiben, die keinen absoluten Code haben, besitzt die Auswerteeinheit zwei um 90° versetzte Sensoren und Elektronik einen Richtungsdiskriminator, der die Drehrichtung zu den Impulsen anzeigt. An einer definierten Stelle der Impuls-Scheibe ist eine Referenzmarke 11 angebracht und am Stator der dazugehörige Sensor 12 zur Auswertung dieser Referenzmarke. Die Messung erfolgt in der Form, daß beim Einschalten zunächst eine Selbstkalibrierung des Systems vorgenommen wird. Dazu übt der Stator eine Kraft auf den Rotor aus, die diesen zu einer 360° Drehung veranlaßt. Während der 360°-Drehung überfährt der Rotor in jedem Fall die Referenzmarke. Die bei Erreichen der Marke erreichten Zählerstände der Impuls geberscheibe und die vom Stator auf den Rotor ausgeübte Kraft wird abgespeichert. Danach be wegt der Stator den Rotor mittels einer Regelung in die Lage, wo die Libelle in der Horizontalen ist (0°). Befindet sich die Libelle auf dem Kopf (Drehung um 180 Grad), dann wird dies durch die Lichtschranke 10 detektiert. Erst bei Erreichen der Arbeitsstellung der Libelle (Luftblase im Meßbe reich der Lichtschranke 9) wird der Winkel gemessen. Dazu wird die Regelung für den Stator mit den Signalen der Lichtschranke 9 gesteuert, das Regelungsziel ist ein Differenzwert der Licht schranke von 0, d. h., die Luftblase befindet sich genau in der Mitte der Libelle. Ist die Position er reicht, Differenzwert ist Null, dann wird der Zählerstand der Impulsscheibe sowie der Steuerwert der Regelung für den Stator erfaßt. Der Neigungswinkel berechnet sich nun wie folgt: Die Anzahl der Impulse 4 (Fig. 3) zwischen der Referenzmarke 11 und der Meßposition wird erfaßt, sowie die durch die Interpolation entweder der Steuersignale für den Stator oder der Meßsignale der Senso ren der Impulsgeberscheibe gewonnen Werte.

Beispiel

Impulsgeberscheibe inkremental, 360 Impulse/Umdrehung
Interpolation: 50-fach
Referenzmarke: 23 Impulse in Uhrzeigerrichtung + Interpolationswert

24

Meßposition: 56 Impulse in Uhrzeigerrichtung + Interpolationswert

30

Ergebnis: Winkeldifferenz zwischen Referenzmarke und Winkelposition ist (56° + 0,60°) - (23° + 0,48°) = 33,12°

Die Position der Referenzmarke in Bezug zur Horizontalen wird während der Herstellung des Nei gungsmeßsystems gespeichert. Dazu wird das Meßsystem auf eine Referenzfläche gesetzt, die horizontal ist. Anschließend führt das System den gleichen Ablauf wie oben bei der Winkelmes sung beschrieben aus. Dabei wird eine vorzeichenbehaftete Winkeldifferenz ermittelt, dieser Kali brierwert wird im System abgespeichert (Mikrocontroller, EEPROM, o. ä.). Dieser Kalibrierwert (beispielsweise 3,05°) wird dann bei den Messungen vorzeichenbehaftet addiert. Diese Kalibrie rung kann jederzeit, auch beim Anwender wiederholt werden. Eine Kennlinienkalibrierung ist durch die natürliche Teilung der Impulsgeberscheibe nicht notwendig.

Weiterführung Beispiel

Neigungswinkel = Ergebnis Winkeldifferenz der Messung (33,12°) - Kalibrierwert (3,05°)
Neigungswinkel = 30,07°

Das System wird vorzugsweise mit einer elektronischen Auswertung und Steuerung auf Basis ei nes Mikroprozessors ausgeführt, der über Speichermöglichkeiten für die Kalibriervorgänge verfügt. Die Genauigkeit dieses Meßverfahrens setzt sich aus der Genauigkeit der 3 Komponenten Libelle, Winkelsensor (Impulsgeber) und Referenzmarke zusammen. Bei Verwendung eines Absolut- Winkel-Encoders wird die Referenzmarke nicht benötigt. Die Genauigkeit des Neigungsmeßsy stems kann an jede Anforderung durch Auswahl der 3 Komponenten angepaßt werden. Dazu ge hört die Auswahl der Winkelsensors (Inkrementalgeber mit oder ohne Interpolation, Absolut- Winkeldecoder ohne Referenzmarke), die Gestaltung der Referenzmarke (optisch, magnetisch) und die Wahl der Libelle (Genauigkeit von 0,5 . . . 0,001°). Durch diese Wahl läßt sich das Preis- Leistungsverhältnis genau definieren.

Im Vergleich zu Servo-Prinzipien, wo ein Pendel durch eine dem Neigungswinkel proportionale Kraft an seiner definierten Lage gehalten wird, ist bei dem hier vorgestellten Verfahren nur eine geringe Kraft zur Einstellung der Libelle in die Horizontale. Ebenfalls gibt es hier keine Hysterese- Erscheinungen durch die Lagerreibungskräfte bei den Pendeln und die Anforderungen an die Lager des Rotors sind gering. Reibungskräfte sind zum Teil gewünscht, da hierdurch auch eine Dämp fung des Systems einstellbar ist. Bei Erreichen der 0°-Lage der Libelle können die Kräfte auf den Rotor reduziert werden, unter Umständen bis auf Null, so daß auch diese Anordnung auch für batteriebetriebene Systeme geeignet ist.

Die hervorstechenden Merkmale dieses Verfahrens sind:

Kalibrierung

Das System kann durch Aufsetzen auf eine Referenzfläche elektronisch kalibriert werden, es sind keine manuellen Arbeitsschritte erforderlich. Das System kann in beliebiger Position in das Gehäuse gesetzt und kalibriert werden, da die Genauigkeit über den vollen 360°-Bereich gewährleistet ist. Durch die Kalibrierung werden alle Fehler eliminiert. Alle Parameter, die für die Bestimmung der Kalibrierwerte verwendet wurden, werden später auch bei der Messung verwendet.

Meßgenauigkeit

Die Meßgenauigkeit wird durch die Auswahl der 3 Komponenten bestimmt. Für hochgenaue An wendungen kann sogar die Linearität der Impulsgeberscheibe bei der Herstellung kalibriert wer den. Die Detektierung der Referenzmarke wird ebenso wie die Stellung der Luftblase in der Libelle dynamisch durchfahren, so daß das tatsächliche Maximum bzw. das Nullsignal der im Differenz verfahren angeordneten optischen Empfänger erkannt wird und somit die Genauigkeit nicht durch Temperatureinflüsse o. ä. verfälscht werden kann.

Linearität

Die Linearität ist durch den Fehler der Impulsgeberscheibe und dem Interpolationsfehler zwischen den Impulsen bestimmt. Diese ist aber selbst bei einfacher Auswahl der Komponenten um ein Vielfaches besser als bei den bekannten Neigungsmeßsystemen.

Temperaturkoeffizient

Das System hat durch die Rückführung der 360° auf den Winkelsensor (Impulsscheibe) und den Betrieb der Referenzmarke und der Libelle in der Maximal-Position (Libelle = 0°, Referenz- Marke = Maximum) praktisch keinen Temperaturkoeffizienten.

Die Komponenten des Systems Die Libelle

Die Libelle, die auf der Drehachse (Rotor) befestigt ist, besitzt eine Auswerte-Elektronik, die die Position der Luftblase mit den bekannten Verfahren erfaßt, im einfachsten Fall durch eine Lich schranke 9 mit zwei Differenz-Fotoempfängern. Eine zweite Lichtschranke 10 an der Unterseite der Libelle detektiert die Lage von 180° der Libelle für die Auswertung. Die Libelle könnte auch derart ausgeführt sein, daß in Verbindung mit einem planar aufgebautem Mikromotor die Libelle in Mikrostrukturtechnik (Fig. 4, Sandwich mit 3 Glas- od. Siliziumscheiben 15, die mittlere Scheibe mit dem Ausschnitt für die Libelle, anodisch gebondet) in dem Rotor zusammen mit der integrierten Auswerte-Elektronik in Silizium aufgebaut ist. Anstelle der Libelle könnte auch ein Beschleuni gungssensor in dem Rotor sitzen, der nur die Horizontale Ausrichtung erfassen muß. Durch kom plette Integration des Systems in einen Mikromotor, wo auch zwei Beschleunigungssensoren nach dem Differenzverfahren zur Vermeidung von Temperatureffekten verschaltet sind, läßt sich ein kompaktes Meßsystem mit sehr kleinem Energiebedarf gestalten.

Da die Elektronik auf der beweglichen Achse sitzt, müssen die Versorgungsspannungen zu- und die Ausgangssignale abgeführt werden. Bei kleinen Meßbereichen von +/-5° können die Licht schranken auch auf dem Stator sitzen, die beiden Differenz-Fotoempfänger sind dann unterhalb der Libelle angeordnet und die Luftblase der Libelle sitzt dann genau in der Drehachse. Bei einem 360°-Sensor werden die Signale entweder über eine Kabelverbindung, Schleifkontakte oder mit einem Transponderprinzip ausgetauscht. Bei der Kabelverbindung kann sich der Rotor max. ein mal um 360° drehen.

Der Winkelsensor

Als Winkelsensor für die Relativ-Messung der Position des Stators eignen sich die optischen Ge ber, die aus einer undurchsichtigen Scheibe mit Schlitzen oder transparenten Materialen mit licht- undurchlässigen Streifen bestehen. Die Auswertung erfolgt optisch mit einem Richtungsdiskrimi nator zur Erkennung der Links-Rechtsdrehung der Scheibe. Die Interpolation erfolgt elektronisch durch Zerlegung der Ausgangssignale der Lichtempfänger.

Auch magnetische Impulsgeber mit Zahnrad und magnetischem Sensor (magnetoresistiv, GMR) oder einem magnetischem Polrad mit magnetfeldempfindlichem Sensor sind verwendbar. Die In terpolation erfolgt ebenfalls auf dem bekannten elektronischen Weg.

Bei Verwendung eines Schrittmotorsystems zur Bewegung der Libelle können auch die Polräder des Schrittmotors mit optischen Gebern abgetastet werden und als Winkelsignal dienen. Genauso lassen sich auch die Ansteuersignale für die Wicklungen des Schrittmotors als Winkelsignale nut zen.

Bei Verwendung von einem Inkremental-Geber ist auf jeden Fall das Referenzmarkensystem er forderlich, um den Relativ-Winkel absolut zuordnen zu können. Bei Einsatz von Absolut-Encoder- Systemen mit Verwendung mehrerer Spuren entfällt die Notwendigkeit der Referenzmarke.

Anstelle der Interpolation der Impulsgeberscheibe kann auch ein einfacheres Verfahren Anwen dung finden: Der Stator wird durch eine elektronische Regelung derart angetrieben, daß sich der Rotor bewegt. Im Fall des elektrodynamischen Antriebs durch Feldkräfte läßt sich die Steuergröße des Antriebes (beispielsweise der Strom oder die Spannung durch die Spule) messen und in Kor relation zu den Impulsen der Geberscheibe bringen. Die Spannung für den Stator sei bei einem Impuls der Geberscheibe 2,2 V, beim nächsten Impuls 2,4 V. Durch Messung der Spannung und der Annahme des linearen Verlaufes der Steuerspannung für die Spule zwischen zwei Impulsen kann bei einer Auflösung des Analog/Digitalwandlers von 1 mV eine Interpolation mit dem Faktor 100 sattfinden, d. h., die Auflösung ist: 360°/(Anzahl der Impulse der Geberscheibe.Interpolati onsfaktor).

Die Referenzmarke

Die Referenzmarke 11 besteht aus einer optischen, magnetischen oder kontaktierenden Kenn zeichnung auf dem Stator, die den absoluten Bezug des Winkelsensors zum Neigungswinkel her stellt. Diese ist bei Verwendung eines absoluten Encoders nicht erforderlich. Die Genauigkeit wird dabei während des Betriebes ständig erhalten, da durch das Überfahren der Referenzmarke eine Sinus-Schwingung erfaßt wird, deren Maximum leicht erfaßt werden kann und dazu der Winkelwert des Winkelsensors gemessen wird. Unter Umständen kann aber auch ein Differenzsystem wie bei der Libelle eingesetzt werden, dieses ist dann bekanntermaßen unempfindlich gegen Temperatur schwankungen und damit verbundene Intensitätsschwankungen des Senders/Erregers.

Der Antrieb

An dem beweglich gelagerten Rotor befindet sich die starr miteinander verbundene Libelle und Impulsgeberscheibe sowie die Auswertelektronik mit den Kabelanschlüssen, Schleifringen oder der Transponderelektronik. Beim Transponderprinzip wird der benötigte Strom über ein schwa ches, hochfrequentes Magnetfeld in die Empfängerspule übertragen, während die Empfängerspule die Leistungsaufnahme moduliert, die dann im Sender, der am Stator befestigt ist, detektiert wird. Am Stator angebracht sind die Sensoren für die Impulsgeberscheibe und die Referenzmarke.

Als Antriebssystem für den Rotor gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine davon ist die Verwen dung eines Schrittmotors, der den Rotor mit der Libelle und der Impulsgeberscheibe im Schrittbe trieb bewegt, bis die Libelle in der Horizontalen ist. Durch Feinschrittbetrieb lassen sich auch feine Schrittstufungen erreichen. Ein weiteres Verfahren ist das klassische Drehspulinstrument. Dazu werden entsprechende Wicklungen am Stator und/oder Rotor angebracht, die beim Durchfließen mit elektrischem Strom eine Magnetfeld aufbauen, was den Rotor mit der Libelle und dem Impuls geberrad bewegt. Die Wicklungen werden mit phasenverschobenen Gleichspannungen angesteu ert, wobei die Größe der einzelnen Spannungen auch ein Maß für die Winkelposition des Rotors darstellen. Aufgrund des nichtlinearen Verhaltens ist auf jeden Fall die Kombination mit der Impuls geberscheibe sinnvoll. Als Rotor kann auch der Rotor eines DC-Motors verwendet werden, der dann durch die Elektronik entsprechend angesteuert wird. Oder es wird ein Mikromotorsystem verwendet, daß in Silizium/Glas-Technologie mittels Mikrostrukturtechniken gefertigt wird. Auch die Verwendung von Linearmotoren oder Piezo-Motoren ist möglich.

Die Drehung des Rotors mit der Libelle kann auch mit einem Untersetzungsgetriebe und einem angeschlossenem Antriebssystem erfolgen.

Zur dynamischen Einstellung des Rotors muß eine Dämpfung erfolgen, damit keine Schwingungen auftreten. Dies kann durch Bleche für die Luftdämpfung oder durch eine Öldämpfung erfolgen. Die Versorgung der Auswerte-Elektronik auf dem Rotor und die Versorgung des Rotors selbst kann über die beiden Lagerpunkte des Rotors erfolgen.

Die Steuerung/Auswertung

Die Steuerung vorzugsweise auf der Basis eines Mikroprozessors 17 (Fig. 5) wertet die Signale der Libelle (Position Luftblase: rechts oder links, oben oder unten) aus, erfasst die Impulse der Impulsgeberscheibe (Winkelsensor) und der Referenzmarke, führt die Interpolation der Winkelsen sorsignale durch und steuert das Antriebssystem 16 für den Rotor entsprechend der Aufgabe (Messung, Kalibrierung) an. Beim Messen wird dazu der Rotor in die Position der Horizontierung der Libelle gebracht, durch Modulation der Lage der Libelle an diesem Punkt (sehr kleine Drehun gen um die Null-Lage der Libelle) sind genaue Auswertungen möglich.

Claims

1. Verfahren zur Messung des Neigungswinkel über einen Bereich von 360° mit sehr hoher Prä zision dadurch gekennzeichnet, daß ein empfindlicher Sensor zur Messung der Neigung 5, der zusammen mit einem Winkelsensor 3 und 4 auf einer drehbaren Achse 1 (Rotor) angeordnet ist, wobei der Neigungssensor 5 rechtwinklig zur Drehachse befestigt ist und der Schwerpunkt der Einheit exakt in der Drehachse liegt, durch einen Stellantrieb 16 derart bewegt wird, bis sich der auf Neigung empfindliche Sensor in der Horizontalen befindet, wobei dann der Nei gungswinkel aus der relativen Winkeländerung des Winkelsensors zu einem Referenzwert des Winkelsensors (Referenzmarke 11), der der horizontalen Lage des um die drehbare Achse an geordneten Stellantriebes (Stator 2) entspricht, resultiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Winkelsensor 4 eine Referenzmarke 11 in Form einer optischen, magnetischen oder kontaktiven Kennzeichnung befindet, so daß die Stellung des Rotors in Bezug zum Stator eindeutig durch die Messung des Winkels des Winkelsensors bekannt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektion der Referenz marke zwei Sensoren 12 im Differenzverfahren angeordnet sind, so daß das Differenzsignal bei Erreichen der Referenzposition gleich Null ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel aus der vorzeichenbehafteten relativen Winkeländerung zwischen der Position der Referenzmarke auf dem Winkelsensor und dem Wert des Winkelsensors bei Ausrichtung des Neigungssensors in der Horizontalen zuzüglich der vorzeichenbehafteten Addition des relativen Winkels zwischen der horizontalen Lage des Stators zu der Referenzmarke ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Genauigkeit des Winkelsensors durch eine Interpolation des Signales zwischen den Impulsmarken 13 der Geberscheibe ge steigert wird (Auflösung = 360°/(Anzahl der Teilung.Interpolationsfaktor).

6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die sich die Auflösung des Win kelmeßsystems aus der Anzahl der Teilungsmarken 13 auf der Geberscheibe des Winkelsen sors und dem interpolierten Wert des Ansteuersignales des Stellantriebes zwischen zwei Mar kendes Winkelsensors zusammensetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Genauigkeit bei jeder Messung selbst nachgeprüft wird, da im Gegensatz zur statischen Messung der Neigungssensor bewegt wird und damit die exakte Mittelstellung beispielsweise der Luftblase in der Libelle erkannt werden kann, ebenso wie die exakte Position der Referenzmarke durch Aufnahme der Kennli nie beim Durchfahren und der Detektion des Punktes mit dem maximalen bzw. minimalen Si gnals.

8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Linearität des Winkelsensors durch eine Kalibrierung des Systems verbessert werden kann.

9. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das System in jeder beliebigen Lage über einen Winkel von 360° ohne Genauigkeitsverlust auf die horizontale Nullage kalibriert werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 90° versetzte Auswerte- Sensoren 14 die Signale der Inkrementalscheibe des Winkelsensors messen und in Verbin dung mit einem Richtungsdiskriminator die Richtung der Drehung des Winkelsensors erken nen.

11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Winkelsensor auch absolute Encoder eingesetzt werden, wo dann die Referenzmarke nicht mehr nötig ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für den Winkelsensor ein Inkre mentalgeber auf optischer Basis, ein induktiver Geber, ein Zahnrad mit Magnetabtastung oder ein Polrad auf magnetischer Basis verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für den neigungsempfindlichen Sen sor eine Libelle 8 verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für den neigungsempfindlichen Sen sor ein Beschleunigungssensor verwendet wird.

15. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Stellung der Luftblase in der Libelle durch einen optischen Transmitter 6 und zwei gegensinnig angeordnete optische Empfänger 7 mittels des Differenzverfahrens ausgewertet wird, wobei bei Stellung der Luftblase in der Mitte der Libelle beide Empfänger den gleichen Meßwert ha ben.

16. Meßanordnung nach Anspruch 1, 13 und 15 dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektion der Lage der Luftblase in der Libelle auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite optische Sen soreinheit 10 enthalten ist, die die um 180° gedrehte Lage der Libelle erkennen kann.

17. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die für die Versorgung der Elektronik und Sensorik auf dem Rotor benötigte Energie und die erfaßten Meßsignale durch Schleifringe, Kabelanschluß oder mitttels eines Transponderverfahrens mit der Zentralelektronik ausge tauscht werden.

18. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen zu messenden Winkel bereichen die Sensoren für die Auswertung der Stellung der Luftblase fest mit dem Stator ver bunden sind und die Libelle auf dem Rotor so angeordnet ist, daß die Luftblase in der Dreh achse des Rotors liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung der Elektro nik und Sensorik auf dem Rotor über die Lagerpunkte des Rotors eingekoppelt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 1 und 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Libelle in Mikrostruktur technik durch Sandwichbauweise von mehreren Lagen Glas oder Siliziumsubstraten 22 mit teilweise integrierten Freiätzungen erzeugt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 1, 13 und 20 dadurch gekennzeichnet, daß die in Mikrostrukturtech nik erzeugte Libelle den Lichtsender 6 und die beiden gegenüberliegenden Lichtempfänger 7 im Differenzverfahren in dem Siliziumsubstrat durch Dotierung enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Rotor 22 als Bestand teil eines Mikromotors, der durch Mikrostrukturierung hergestellt wurde, die Libelle und die Sensoren für die Detektierung der Position der Libelle enthält.

23. Verfahren nach Anspruch 1 und 22 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor auch die Auswer teelektronik und Transponderelektronik in Form eines ASIC's, der quasi der Rotor ist, enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 1 und 22 dadurch gekennzeichnet, daß als neigungsempfindlicher Sensor zwei durch Mikrostrukturierung erzeugte Beschleunigungssensoren verwendet werden, die in dem aus Silizium bestehenden Rotor des Mikromotors im Differenzverfahren angeordnet sind, um nur die Null-Lage zu messen und Temperatureffekte zu kompensieren.

25. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb für den Rotor aus einer Schrittmotor besteht, wobei der Rotor als Rotor des Schrittmotors verwendet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 1 und 25 dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Schrittmotors die Polräder durch magnetische Abtastung als Inkrementalgeber für den Winkel sensor verwendet werden können.

27. Verfahren nach Anspruch 1 und 25 dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuersignale des Schrittmotors als Winkelsignal genutzt werden.

28. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Stellantrieb ein Linearmotor, Piezomotor oder DC-Motoren mit oder ohne Untersetzungsgetriebe verwendet werden.

29. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb aus einer oder meh reren Spulenpaketen besteht, die auf dem Stator und/oder auf dem Rotor aufgebracht sind und durch Erzeugung eines Magnetfeldes den Rotor in die Lage bringen, daß der Neigungssensor des Rotors in der Horizontalen ist.

30. Verfahren nach Anspruch 1 und 29 dadurch gekennzeichnet, daß als Winkelsensor der Steu erwert der Spulenpakete des Stellantriebes verwendet wird.

31. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor oder Stator aus Magneten besteht.

32. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor oder Stator aus Weichei sen besteht.

33. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zur Vermeidung von Schwingungen durch die Auswahl eines Lagers mit Reibung gedämpft wird oder eine mecha nische Dämpfung durch Luft oder Öl erfolgt.

34. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralelektronik die Meßwerte des Winkelsensors 4 und 14, des Referenzsensors 11 und 12 und des Neigungssensors 5 auf dem Rotor erfaßt und den Stellantrieb 16 derart regelt, daß der Neigungssensor auf dem Rotor in die horizontale Lage gebracht wird.

35. Verfahren nach Anspruch 1 und 34 dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralelektronik aus einem Mikroprozessorsystem 17 mit AD-DA-Wandler, Steuereinheit für den Stellantrieb 16, Speicherbausteine 21, Display 20 und Kommunikationsschnittstelle 18 besteht, die die Verar beitung der Sensordaten, die Steuerung des Stellantriebes und die Berechnung und Ausgabe des Neigungswinkels zur Aufgabe hat.