DE102007049741B4 - Magnetic scale carrier - Google Patents
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Abstract
Magnetischer Maßstabträger mit in einer Messrichtung (22, 24) abwechselnd magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitten (14, 16) dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstabträger zumindest zwei Trägerelemente (10, 12) aufweist, an welchen jeweils in Messrichtung (22, 24) voneinander beabstandete Abschnitte (14, 16) gleicher Magnetisierung vorgesehen sind, wobei magnetisierte oder magnetisierbare Abschnitte (14) eines Trägerelementes (10) in Zwischenräumen von magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitten (16) des anderen Trägerelementes (12) zu liegen kommen und in Messrichtung (22, 24) einander benachbarte Abschnitte (14, 16) unterschiedlicher Trägerelemente (10, 12) jeweils unterschiedliche magnetische Polungen aufweisen.Magnetic scale carrier with alternately magnetized or magnetizable sections (14, 16) in one measuring direction (22, 24), characterized in that the scale carrier has at least two carrier elements (10, 12) on which sections are spaced apart in the measuring direction (22, 24) (14, 16) of the same magnetization are provided, with magnetized or magnetizable sections (14) of a carrier element (10) coming to lie in the spaces between magnetized or magnetizable sections (16) of the other carrier element (12) and in the measuring direction (22, 24) mutually adjacent sections (14, 16) of different carrier elements (10, 12) each have different magnetic polarities.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Maßstabträger bzw. eine magnetische Maßverkörperung mit in einer Messrichtung abwechselnd magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitten. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Maßstabträgers.The present invention relates to a magnetic scale carrier or a magnetic material measure having alternating magnetized or magnetizable sections in one measuring direction. The invention further relates to a method for producing the scale carrier.
Hintergrund und Stand der TechnikBackground and state of the art
Magnetoresistive (MR) Sensoren finden zur Messung physikalischer Größen, insbesondere von Wegstrecken und Rotationsbewegungen mannigfaltige Verwendung. Diese machen sich den sogenannten magnetoresistiven Effekt zunutze, wonach sich der elektrische Widerstand eines leitfähigen Materials unter Einwirkung eines Magnetfeldes ändert. MR-Sensoren nach dem Stand der Technik nutzen dabei insbesondere den sogenannten Anisotropen Magnetoresistiven Effekt (AMR) und den Giant Magnetoresistiven Effekte (GMR) aus, anhand derer nicht nur die Amplitude, sondern auch die Richtung eines anliegenden magnetischen Feldes präzise bestimmbar ist.Magnetoresistive (MR) sensors are widely used for measuring physical quantities, in particular distances and rotational movements. These make use of the so-called magnetoresistive effect, after which the electrical resistance of a conductive material changes under the action of a magnetic field. In this case, MR sensors according to the prior art in particular use the so-called anisotropic magnetoresistive effect (AMR) and the giant magnetoresistive effects (GMR), by means of which not only the amplitude but also the direction of an applied magnetic field can be precisely determined.
Um diese magnetischen Effekte für die Messtechnik zu nutzen, werden einzelne AMR- oder GMR-Widerstände als Wheatstonesche Brücke auf einem integrierten Chip angeordnet.To use these magnetic effects for the measurement technique, individual AMR or GMR resistors are arranged as a Wheatstone bridge on an integrated chip.
Derartige MR-Sensoren sind dazu ausgebildet, Magnetfeldänderungen präzise zu erfassen. Für die Längen- oder Drehwinkelmessung sind daher Referenzobjekte, wie magnetische Maßstäbe oder Polräder nötig, die ein wohldefiniertes induzierbares oder permanentes räumlich inhomogenes oder einer geometrischen Vorgabe folgendes alternierendes Magnetfeld aufweisen. Bei den zur Verfügung stehenden Referenzobjekten wird zwischen magnetischen und nichtmagnetischen Maßstäben unterschieden.Such MR sensors are designed to detect magnetic field changes precisely. For the length or angle measurement therefore reference objects, such as magnetic scales or Polräder are necessary, which have a well-defined inducible or permanent spatially inhomogeneous or a geometric default following alternating magnetic field. The available reference objects distinguish between magnetic and non-magnetic scales.
Nichtmagnetische Maßstäbe sind beispielsweise nichtmagnetisierte Zahnräder oder Zahnstangen aus einem ferromagnetischen Material, die jedoch in Anwesenheit eines externen Magnetfeldes bei einer Relativbewegung gegenüber dem MR-Sensor messbare räumliche Magnetfeldinhomogenitäten erzeugen. Aus der Geometrie des Referenzobjektes und dem bekannten Abstand der einzelnen Zähne, welche für die magnetischen Inhomogenitäten verantwortlich sind, können aus dem Sensorsignal präzise Rückschlüsse über die erfolgte Translations- oder Rotationsbewegung des Referenzobjektes gezogen werden.Non-magnetic scales are, for example, non-magnetized gear wheels or toothed racks made of a ferromagnetic material, which however generate measurable spatial magnetic field inhomogeneities in the presence of an external magnetic field during a relative movement with respect to the MR sensor. From the geometry of the reference object and the known distance of the individual teeth, which are responsible for the magnetic inhomogeneities, precise conclusions about the translation or rotational movement of the reference object can be drawn from the sensor signal.
Magnetisierte Maßstäbe weisen demgegenüber ein permanentes inhomogenes und/oder in Mess- oder Bewegungsrichtung alternierendes Magnetfeld auf. Derartige magnetische Maßstäbe sind aus magnetisierbarem, insbesondere hartmagnetischem oder weichmagnetischem Material gefertigt und weisen eine periodisch abwechselnde Polung entlang der zu messenden Bewegungs- oder Rotationsrichtung auf.In contrast, magnetized scales have a permanent, inhomogeneous and / or alternating magnetic field in the direction of measurement or movement. Such magnetic scales are made of magnetizable, in particular hard magnetic or soft magnetic material and have a periodically alternating polarity along the movement or rotation direction to be measured.
In der
Bei der Herstellung von magnetischen Maßstäben oder Maßverkörperungen ist zudem die Aufmagnetisierung eines vorgegebenen Magnetmusters auf den zu magnetisierenden Maßstab recht problematisch. Insbesondere dann, wenn, wie in der Mikrosystemtechnik üblich, besonders kleine Maßstäbe für entsprechend miniaturisierte MR-Sensoren gefertigt werden sollen. Mittels den heute zur Verfügung stehenden Aufmagnetisierungsvorrichtungen können allenfalls magnetische Polstrukturen im Submillimeterbereich erzeugt werden.In the production of magnetic scales or material measures, moreover, the magnetization of a given magnetic pattern on the scale to be magnetized is quite problematic. In particular, if, as customary in microsystem technology, particularly small scales for correspondingly miniaturized MR sensors are to be manufactured. At most magnet magnetic structures in the submillimeter range can be produced by means of the magnetizing devices available today.
Jedoch weisen derartige bekannte Polstrukturen ein relativ schwaches Magnetfeld auf, so dass die Sensoren der Messsysteme sehr nahe an den Polstrukturen angeordnet werden müssen, um ein auswertbares Messsignal zu erhalten. Aufgrund des geringen Abstandes der Sensoren zu den Polstrukturen ist jedoch bei diesen Systemen eine hohe Störanfälligkeit durch etwaige sich im Spalt zwischen Sensor und Polstruktur festsetzender Verschmutzungen erheblich.However, such known pole structures have a relatively weak magnetic field, so that the sensors of the measuring systems must be arranged very close to the pole structures in order to obtain an evaluable measuring signal. Due to the small distance of the sensors to the pole structures, however, a high susceptibility to interference by any fouling that settles in the gap between the sensor and the pole structure is considerable in these systems.
Ein gattungsgemäßer magnetischer Maßstabträger ist aus der
Aus der
Aufgabe task
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Maßstab bzw. eine magnetische Maßverkörperung mit deutlich geringeren magnetischen Strukturgrößen zur Verfügung zu stellen, die eine präzise und scharf abgegrenzte Polteilung aufweisen. Zudem soll sich der erfindungsgemäße magnetische Maßstab für die industrielle Massenfertigung eignen und ein hohes Optimierungspotenzial hinsichtlich Produktionszeit und Produktionsaufwand aufweisen.The object of the present invention is to provide a magnetic scale or a magnetic material measure with significantly smaller magnetic structure sizes, which have a precise and sharply demarcated pole pitch. In addition, the magnetic scale according to the invention should be suitable for industrial mass production and have a high potential for optimization in terms of production time and production costs.
Erfindung und vorteilhafte WirkungenInvention and advantageous effects
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mittels eines magnetischen Maßstabträgers gemäß Anspruch 1, einem Verfahren zu seiner Herstellung gemäß Anspruch 10 sowie einer Vorrichtung zur Messung von Strecken und/oder Drehwinkeln gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The object underlying the invention is achieved by means of a magnetic scale carrier according to claim 1, a method for its production according to
Der erfindungsgemäße magnetische Maßstabträger weist entlang einer Messrichtung abwechselnd magnetisierte oder magnetisierbare Abschnitte auf. Diese alternierend magnetisch gepolten in Mess- oder in Bewegungsrichtung aneinander angrenzenden magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte geben eine räumliche magnetische Codierung vor, die bei einer Relativbewegung von Maßstabträger und zugehörigem MR-Sensor ein inkrementales oder aber auch absolutes Messen einer Wegstrecke oder eines Drehwinkels ermöglicht.The magnetic scale carrier according to the invention has alternately magnetized or magnetizable sections along a measuring direction. These magnetically poled alternating in the measuring or in the direction of movement adjacent magnetized or magnetizable sections specify a spatial magnetic coding, which allows for a relative movement of scale and associated MR sensor an incremental or even absolute measurement of a distance or a rotation angle.
Erfindungsgemäß weist der magnetische Maßstabträger zumindest zwei Trägerelemente auf, an denen jeweils in Mess- oder Bewegungsrichtung voneinander beabstandete Abschnitte gleicher Magnetisierung vorgesehen sind. Die beiden Trägerelemente sind dabei derart zueinander angeordnet, dass magnetisierte oder magnetisierbare Abschnitte eines Trägerelementes in Zwischenräumen von korrespondierenden magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitten des jeweils anderen Trägerelementes zu liegen kommen, sodass in Mess- oder Bewegungsrichtung eine alternierende magnetische Polstruktur erzeugt wird.According to the invention, the magnetic scale carrier has at least two carrier elements, on each of which sections of equal magnetization spaced apart from one another in the direction of measurement or movement are provided. The two carrier elements are arranged in such a way to each other that magnetized or magnetizable portions of a support element come to lie in the interstices of corresponding magnetized or magnetizable portions of the other support element, so that in the measuring or moving direction, an alternating magnetic pole structure is generated.
So ist nach der Erfindung vorgesehen, dass in Mess- oder Bewegungsrichtung einander benachbarte magnetisierbare oder magnetisierte Abschnitte unterschiedlicher Trägerelemente jeweils unterschiedliche magnetische Polungen aufweisen. Dabei sind die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte jeweils eines Trägerelements mit gleicher Polarität versehen.Thus, it is provided according to the invention that in the measurement or movement direction adjacent magnetizable or magnetized portions of different carrier elements each have different magnetic polarity. In this case, the magnetized or magnetizable portions of a respective carrier element are provided with the same polarity.
Durch das Zusammenfügen zweier im Bereich ihrer magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte im Wesentlichen homogen magnetisch gepolten Trägerelemente und deren einander korrespondierende ineinandergreifende geometrische Ausgestaltung kann in einem Überlappbereich der zum Maßstabträger zusammengefügten Trägerelemente eine scharf abgegrenzte, präzise und zugleich miniaturisierte räumliche magnetische Codierung erzeugt werden. Mittels einfachster Magnetisierungsvorrichtungen können somit kleinste magnetische Strukturen im Submillimeterbereich kostengünstig und einfach erzeugt werden. Diese Strukturen weisen zudem ein relativ starkes Magnetfeld auf, so dass etwaige Sensoren ohne Einbuße auf die Qualität des Messsignals auch in größerem Abstand dazu angeordnet werden können. Insofern ist hierdurch auch die Störanfälligkeit aufgrund etwaiger Verschmutzungen verringert.By joining two in the region of their magnetized or magnetizable sections substantially homogeneously magnetically poled carrier elements and their corresponding interlocking geometric configuration can be generated in an overlap region of the scale carrier carrier combined a sharply demarcated, precise and at the same time miniaturized spatial magnetic coding. By means of the simplest magnetizing devices, it is therefore possible to produce minute magnetic structures in the sub-millimeter range in a cost-effective and simple manner. These structures also have a relatively strong magnetic field, so that any sensors can be arranged without loss of the quality of the measurement signal at a greater distance to it. In this respect, this also reduces the susceptibility to interference due to any contamination.
Die gegenständliche und strukturelle Trennung von magnetischen Polen durch die ineinandergreifende und quasi verzahnende Anordnung im Überlappbereich der Trägerelemente ermöglicht die Erzeugung einer besonders hohen Anzahl an Polpaaren pro Längen- oder Flächeneinheit. Hierdurch kann eine weitere Miniaturisierung magnetischer Maßstäbe ohne eine signifikante Erhöhung von Produktionskosten und Herstellungsaufwand erfolgen.The objective and structural separation of magnetic poles by the interlocking and quasi-toothed arrangement in the overlap region of the support elements allows the generation of a particularly high number of pole pairs per unit length or area. This allows a further miniaturization of magnetic scales without a significant increase in production costs and manufacturing costs.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte der Trägerelemente im Wesentlichen senkrecht zur messenden Bewegungsrichtung an den zugehörigen Trägerelementen erstrecken. Zwischen den sich von der Trägerebene senkrecht erstreckenden magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte eines Trägerelements sind Zwischenräume vorgesehen, in welche diejenigen entgegengesetzt gepolten magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte eines korrespondierenden Trägerelements beim Zusammenfügen zweier Trägerelemente eintauchen oder zu liegen kommen.According to a first advantageous embodiment of the invention, it is provided that the magnetized or magnetizable sections of the carrier elements extend substantially perpendicular to the measuring direction of movement of the associated carrier elements. Between the magnetized or magnetizable portions of a carrier element that extend perpendicularly from the carrier plane, intermediate spaces are provided into which those oppositely poled magnetized or magnetizable portions of a corresponding carrier element when immersing two carrier elements are immersed or come to rest.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte unterschiedlicher und einander zusammenzufügender Trägerelemente klauenartig bzw. verzahnend ineinandergreifen. Auf diese Art und Weise kann ein parallel zur Ebene der Trägerelemente verlaufendes Muster mit alternierenden magnetischen Polungen erzeugt werden.It is provided in particular that the magnetized or magnetizable sections of different and mutually to be joined carrier elements intermesh claw-like or interlocking. In this way, a parallel to the plane of the support elements extending pattern can be generated with alternating magnetic polarity.
Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte und/oder die dazwischenliegenden Zwischenräume eines Trägerelements lithographisch erzeugbar sind. Hierfür kommen sämtliche gängige Lithographieverfahren in Betracht. Von Vorteil ist für die Erzeugung der magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte das sogenannte LIGA-Verfahren oder LIG-Verfahren vorgesehen. Dieses beruht auf einer Kombination von Tiefenlithographie, Galvanik- und Mikroabformung. Mittels derartiger Lithografieverfahren können Mikrostrukturen mit kleinsten Abmessungen bis zu 0,2 μm, Strukturhöhen bis 3 mm und Aspektverhältnissen bis 50 erzeugt werden.According to a further advantageous aspect of the invention, it is provided that the magnetized or magnetizable sections and / or the intermediate spaces between a carrier element can be produced lithographically. For this purpose, all common lithographic processes are considered. The advantage for generating the magnetized or magnetizable sections is the so-called LIGA method or LIG method provided. This is based on a combination of depth lithography, galvanic and micro-impression. By means of such lithographic processes, microstructures with smallest dimensions of up to 0.2 μm, structural heights of up to 3 mm and aspect ratios of up to 50 can be produced.
Als Ausgangsmaterial für die Trägerelemente dient dabei ein ebenes Substrat, wie beispielsweise ein Siliziumwafer, welches, soweit nicht schon von Haus aus elektrisch leitend, mit einer metallischen leitenden Schicht versehen wird. Auf diese Schicht wird ein dicker strahlungs- insbesondere foto- oder röntgenempfindlicher Film (Resist) aufgebracht, der durch Bestrahlung belichtet wird. Nach dem Entwickeln des Resist bleibt in der aufgebrachten Metallstruktur eine Negativform stehen.The starting material for the carrier elements is a flat substrate, such as a silicon wafer, which, unless already electrically conductive, is provided with a metallic conductive layer. On this layer, a thick radiation-especially photo- or X-ray-sensitive film (resist) is applied, which is exposed by irradiation. After development of the resist, a negative mold remains in the applied metal structure.
In einem anschließenden galvanischen Verfahren wird ein Metall auf dem Substrat in den Bereichen abgeschieden, in denen der Film beim Entwickeln entfernt worden ist. Nach dem Entfernen des Films bzw. des Fotoresists bleiben das Substrat, die Startschicht und das galvanisch abgeschiedene Metall zurück. Für das weitere Verfahren kann entweder die Startschicht weggeätzt, durch eine weiteren galvanischen Prozessschritt die Struktur ”überwachsen” werden oder alternativ direkt die lithographisch erzeugte Mikrostruktur aus dem Substrat herausgeschnitten werden.In a subsequent galvanic process, a metal is deposited on the substrate in the areas where the film has been removed during development. After removal of the film or the photoresist, the substrate, the starting layer and the electrodeposited metal remain behind. For the further method, either the starting layer can be etched away, the structure "overgrown" by a further galvanic process step, or alternatively the lithographically produced microstructure can be directly cut out of the substrate.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest die magnetisierbaren Abschnitte der Trägerelemente vor einem Zusammenfügen der Trägerelemente magnetisierbar. Diese Magnetisierung kann über die Fläche der Trägerelemente weitgehend homogen erfolgen. Die inhomogene und in Messrichtung alternierende magnetische Polung wird dabei erst durch das anschließende Zusammenfügen der Trägerelemente erzeugt.According to a further advantageous embodiment, at least the magnetizable sections of the carrier elements are magnetizable prior to joining the carrier elements. This magnetization can be largely homogeneous over the surface of the carrier elements. The inhomogeneous and alternating in the measuring direction magnetic polarity is only generated by the subsequent joining of the carrier elements.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte einstückig mit dem zugeordneten Trägerelement verbunden oder einstückig daran angeformt sind. Nach der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte durch einen fotolithographischen Prozess aus dem ebenen Substrat eines Trägerelements erzeugt werden. Alternativ kann die geometrische Form des Trägerelements aber auch durch Gießen oder Stanzen erzeugt werden. Die Wahl des Herstellungsverfahrens richtet sich dabei vornehmlich nach der Auswahl des Materials sowie der Größe der im Material zu erzeugenden Struktur.It is further provided that the magnetized or magnetizable sections are integrally connected to the associated carrier element or integrally formed thereon. According to the invention, provision is made in particular for the magnetized or magnetizable sections to be produced by a photolithographic process from the planar substrate of a carrier element. Alternatively, however, the geometric shape of the carrier element can also be produced by casting or stamping. The choice of the manufacturing process depends primarily on the selection of the material and the size of the structure to be produced in the material.
Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt ist vorgesehen, dass die Strukturgröße der magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte der Trägerelemente im Bereich einiger Mikrometer bis Millimeter liegt. Insbesondere sind Strukturgrößen im Bereich von minimal 5 bis 10 μm vorgesehen. Derartige Strukturgrößen ermöglichen eine drastische Miniaturisierung magnetischer Maßstäbe und deren Implementierung in entsprechend kleinbauende magnetoresistive sensorische Messsysteme.According to a further advantageous aspect, it is provided that the structure size of the magnetized or magnetizable sections of the carrier elements is in the range of a few micrometers to millimeters. In particular, feature sizes in the range of minimally 5 to 10 microns are provided. Such structure sizes allow a drastic miniaturization of magnetic scales and their implementation in correspondingly small-scale magnetoresistive sensory measurement systems.
Durch diese Miniaturisierung kann nicht nur die Baugröße entsprechender Messsysteme reduziert werden, sondern auch die Genauigkeit des Messsystems erheblich gesteigert werden. Da zudem keine aufwendige hochauflösende Magnetisierungsvorrichtung mehr benötigt wird, können zugleich die Herstellungskosten für derartige miniaturisierte und zugleich hochauflösende magnetische Maßstäbe drastisch reduziert werden.This miniaturization not only reduces the size of corresponding measuring systems, but also significantly increases the accuracy of the measuring system. In addition, since no expensive high-resolution magnetization device is required more, at the same time the production costs for such miniaturized and at the same time high-resolution magnetic scales can be drastically reduced.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die aufeinander angepassten und aneinander anordenbaren Trägerelemente eine im Wesentlichen geradlinige bzw. stabartige Außengeometrie auf. Derartig ausgebildete Maßverkörperungen dienen vorzugsweise einer Längenmessung. Dabei wird der Maßstab entlang seiner Längsrichtung, in welcher er alternierend unterschiedliche magnetische Polungen aufweist, gegenüber einem sensorischen Element verschoben.According to a development of the invention, the carrier elements which are adapted to one another and which can be arranged on one another have an essentially rectilinear or rod-like outer geometry. Such trained measure embodiments are preferably used for a length measurement. In this case, the scale along its longitudinal direction, in which it has alternately different magnetic polarity, moved relative to a sensory element.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Trägerelemente auch eine scheibenartige Geometrie aufweisen und koaxial zueinander angeordnet werden können. In dieser Ausgestaltung fungiert der Maßstab als Polrad mit in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Permanentmagneten. Das Polrad wird dabei als Inkrementalgeber für einen Drehzahl- oder Drehwinkelsensor verwendet. Es ist dabei ausreichend, wenn die Trägerelemente auch lediglich eine ringartige Struktur aufweisen.Furthermore, it is provided that the support elements also have a disk-like geometry and can be arranged coaxially with each other. In this embodiment, the scale acts as a pole wheel with circumferentially alternately arranged permanent magnet. The pole wheel is used as an incremental encoder for a speed or rotation angle sensor. It is sufficient if the support elements also have only a ring-like structure.
Die einzelnen magnetisierbaren Abschnitte benachbarter Trägerelemente erstrecken sich dabei in Axialrichtung. Das freie Ende der stab- oder zahnartig ausgebildeten magnetisierbaren Abschnitte kommt dabei in Zwischenräume korrespondierender magnetisierbarer Abschnitte des in Axialrichtung benachbart angeordneten Trägerelementes zu liegen. Auf diese Art und Weise kann eine in Umfangsrichtung alternierende magnetische Polung in einfacher Art und Weise erzeugt werden.The individual magnetizable sections of adjacent carrier elements extend in the axial direction. The free end of the rod-shaped or tooth-like magnetizable sections comes to rest in intermediate spaces of corresponding magnetizable sections of the carrier element arranged adjacently in the axial direction. In this way, a circumferentially alternating magnetic polarity can be generated in a simple manner.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein vorzugsweise separater Dauermagnet und/oder Elektromagnet vorgesehen, durch den die Abschnitte und ggf. die Trägerelemente magnetisierbar sind. Dadurch kann der Maßstabsträger besonders kostengünstig realisiert werden, da die Abschnitte und vorzugsweise auch die Trägerelemente selbst nicht magnetisiert sein müssen und insofern zu deren Herstellung auf relativ kostengünstige Materialien zurückgegriffen werden kann, welche lediglich magnetisierbar sein müssen. Denn als Quelle der Magnetisierung wirkt in diesem Fall wenigstens ein Dauermagnet bzw. Elektromagnet, durch dessen Magnetfeld die Abschnitte bzw. Trägerelemente in der erfindungsgemäßen Art und Weise magnetisiert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, at least one preferably separate permanent magnet and / or electromagnet is provided, through which the sections and possibly the carrier elements are magnetizable. As a result, the scale carrier can be realized in a particularly cost-effective manner, since the sections and preferably also the carrier elements themselves do not have to be magnetized and insofar as they are relatively small inexpensive materials can be used, which need only be magnetizable. For as a source of magnetization acts in this case at least one permanent magnet or electromagnet, are magnetized by the magnetic field, the sections or support elements in the manner according to the invention.
Dabei bietet es sich an, dass die Abschnitte und ggf. die Trägerelemente aus weichmagnetischem Werkstoff bestehen, da diese Werkstoffe besonders kostengünstig sind.It makes sense that the sections and possibly the support elements made of soft magnetic material, since these materials are particularly cost.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Maßstabträgers, wobei zumindest zwei Trägerelemente vorgesehen sind, die jeweils magnetisierbare Abschnitte aufweisen. Dabei werden die Trägerelemente derart zusammengefügt, dass die magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitte eines Trägerelementes in Zwischenräume von magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitten des benachbart anzuordnenden bzw. des anderen Trägerelementes zu liegen kommen.According to a further independent aspect, the invention relates to a method for producing a magnetic scale carrier, wherein at least two support elements are provided, each having magnetizable sections. In this case, the carrier elements are assembled in such a way that the magnetized or magnetizable sections of a carrier element come to lie in intermediate spaces of magnetized or magnetizable sections of the adjacent to be arranged or the other carrier element.
Senkrecht zur Schnittstelle zwischen den beiden Trägerelementen entsteht somit ein alternierendes Muster unterschiedlich magnetisch gepolter Abschnitte.Perpendicular to the interface between the two support elements thus creates an alternating pattern of different magnetic poled sections.
Von Vorteil werden die Trägerelemente mittels lithographischer Methoden aus magnetisierten oder magnetisierbaren Trägersubstraten erzeugt. Als Trägersubstrate kommen sämtliche hartmagnetischen und/oder weichmagnetischen Werkstoffe infrage. Als gute Ausgangsstoffe für die Trägersubstrate sind insbesondere Nickelkobalt oder Nickeleisen-Legierungen, aber auch Pulverwerkstoffe und Weichferrite, wie beispielsweise NiZn und MnZn vorgesehen.Advantageously, the carrier elements are produced by means of lithographic methods from magnetized or magnetizable carrier substrates. As support substrates are all hard magnetic and / or soft magnetic materials in question. In particular nickel cobalt or nickel-iron alloys, but also powder materials and soft ferrites such as NiZn and MnZn are provided as good starting materials for the carrier substrates.
Die Magnetisierung der einzelnen Trägerelemente, die in der Ebene der Schnittstelle zwischen einzelnen Trägerelementen weitgehend homogen verläuft, kann nach einer fotolithographischen bzw. galvanischen Formgebung der Trägerelemente erfolgen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch direkt bei der galvanischen Abscheidung der geometrischen Struktur am Trägersubstrat durch Anlegen geeigneter Felder eine ausreichende Magnetisierung geschaffen werden.The magnetization of the individual carrier elements, which is largely homogeneous in the plane of the interface between individual carrier elements, can be effected after a photolithographic or galvanic shaping of the carrier elements. Alternatively or additionally, sufficient magnetization can also be created directly in the galvanic deposition of the geometric structure on the carrier substrate by applying suitable fields.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung von Strecken und/oder Drehwinkel mit einem erfindungsgemäßen Maßstabträger und einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung. Diese ist in oder an der Messvorrichtung in unmittelbarer Nähe zum beweglichen Maßstabträger angeordnet und ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer translatorischen oder rotativen Bewegung des Maßstabträgers gegenüber der Sensoreinrichtung elektrische Signale zu erzeugen, anhand derer die vom Maßstab vollzogene Bewegung qualitativ und quantitativ ermittelbar ist.Moreover, the invention relates to a device for measuring distances and / or angles of rotation with a scale carrier according to the invention and a magnetoresistive sensor device. The latter is arranged in or on the measuring device in the immediate vicinity of the movable scale carrier and is designed to generate electrical signals as a function of a translatory or rotary movement of the scale carrier relative to the sensor device, by means of which the movement performed by the scale can be qualitatively and quantitatively determined.
Ausführungsbeispielembodiment
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert.Other objects, advantages, features and applications of the present invention will be explained below with reference to an embodiment with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
In der
Die einzelnen steg- oder kammartig ausgebildeten magnetisierbaren Abschnitte
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden Trägerelemente
Mittels der erfindungsgemäßen Technik können somit kleinstmögliche alternierende magnetische Strukturen im Mikrometerbereich erzeugt werden, ohne dass hierfür hochauflösende Magnetisiereinrichtungen erforderlich wären. Die räumliche Auflösung und Dichte magnetischer Polarität ist allein durch die Größe der von den Trägerelementen
Das in
An seinem Außenumfang sind alternierend gepolte magnetische Abschnitte
Die Mikrosystemtechnik zur Erzeugung von geometrischen Strukturen im Mikrometerbereich ermöglicht die Herstellung solcher Polräder auf einer Mikrometerskala.The microsystem technology for the generation of geometric structures in the micrometer range allows the production of such Polräder on a micrometer scale.
Nach einem hier nicht dargestellten möglichen Ausführungsbeispiel des magnetischen Maßstabträgers kann es vorgesehen sein, dass ein vorzugsweise separater Dauermagnet oder Elektromagnet vorgesehen ist, durch den die Abschnitte und ggf. die Trägerelemente magnetisierbar sind. Dabei sind bevorzugt die Abschnitte und/oder die Trägerelemente aus weichmagnetischem Werkstoff hergestellt. Sofern die Abschnitte und Trägerelemente mittels lithografischen Verfahren hergestellt werden, ist der bevorzugte weichmagnetische Werkstoff eine Nickel-Eisen-Legierung.According to a possible embodiment of the magnetic scale carrier, not shown here, it may be provided that a preferably separate permanent magnet or electromagnet is provided, by means of which the sections and optionally the carrier elements can be magnetized. In this case, the sections and / or the carrier elements are preferably made of soft magnetic material. If the sections and support elements are produced by means of lithographic processes, the preferred soft magnetic material is a nickel-iron alloy.
Selbstverständlich können die magnetisierbaren Strukturen, wie die Abschnitte und Trägerelemente, aus anderen ferritischen Werkstoffen und/oder auch aus ferritischen Werkstoffen hergestellt sein.Of course, the magnetizable structures, such as the sections and support elements may be made of other ferritic materials and / or of ferritic materials.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Trägerelementsupport element
- 1212
- Trägerelementsupport element
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