WO2014090343A1 - Vorrichtung und verfahren zum erfassen einer winkelposition - Google Patents

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WO2014090343A1
WO2014090343A1 PCT/EP2012/075646 EP2012075646W WO2014090343A1 WO 2014090343 A1 WO2014090343 A1 WO 2014090343A1 EP 2012075646 W EP2012075646 W EP 2012075646W WO 2014090343 A1 WO2014090343 A1 WO 2014090343A1
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magnetic field
movable element
field strength
rotatably movable
angular position
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PCT/EP2012/075646
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Inventor
Thomas Engel
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a device for inspecting a measurement object, with at least one rotatable about at least one axis of rotation in a plurality of angular positions movable element.
  • the present invention relates to a method for determining an angular position of at least one rotational axis in a plurality of angular positions rotatably movable element in a device for inspecting a measurement object.
  • Such devices and methods are known in principle.
  • devices for inspecting measuring objects for example in a coordinate measuring machine or in a microscope, such as, for example, a laser scanning microscope or a confocal laser scanning microscope
  • the use of optical measuring methods frequently results in the use of optical measuring methods.
  • the mirror elements can be used, for example, for deflecting a laser beam and thus for moving a measuring point over a measuring object.
  • optical trilateration methods are used for determining the position of measuring objects, the position of a moving measuring object being followed by a so-called tracking mirror.
  • DMD digital mirror devices
  • MEMS microelectromechanical systems
  • Such mirror elements can be tilted about one or else about two axes of rotation and electronically controlled.
  • MEMS micromirrors enable a continuous adjustment of an angular position of the micromirror about each rotation axis by driving with a certain voltage.
  • the angular position is only approximately proportional to an applied voltage.
  • precise applications which basically include metrological optical applications, it is therefore necessary not only to precisely set the voltage to be applied, but also to detect or check the actual angular position of the mirror element.
  • auxiliary light beams e.g. emitted by light emitting diodes, used whose deflection is detected by a detector.
  • auxiliary light beams e.g. emitted by light emitting diodes, used whose deflection is detected by a detector.
  • the auxiliary light beam is irradiated on a rear side of the mirror element, since an angular position of the rear side is identical to the angular position of the actual mirror surface or is in a fixed relationship with it. In this way, the otherwise unused space behind the mirror element is then used to determine the angular position of the mirror element.
  • the document DE 199 37 021 A1 proposes in the field of automotive technology to detect a mirror position in an exterior mirror of a motor vehicle by means of a Hall sensor or magnetoresistive sensor. It is proposed there to provide a linearly magnetized region whose linear arrangement of the north and south poles is detected by the sensor array.
  • the document WO 2012/019958 A2 shows a sensor arrangement with a first and a second magnetic field sensor and a magnet arranged between them for generating a defined magnetic field and a method for determining a spatial position of a probe element relative to a probe base in a tactile measuring coordinate measuring machine ,
  • the document DE 10 2010 031 976 A1 shows a method and an arrangement for determining a coupled and / or decoupled state of a couplable part of a coordinate measuring machine, which is a magnetoresistive sensor used to generate an output signal representing the state.
  • the rotatably movable element is an optical element, wherein the rotatably movable element has at least one magnetic encoder, and that the device further comprises at least one magneto-sensitive sensor to detect the angular position of the rotatable element.
  • rotatably movable is meant any change in a tilt or tilt of an element. It thus includes both rotational movements about a center of gravity of the element as well as pivotal movements about an axis of rotation, which lies outside of the center of gravity.
  • optical element any type of optically active element, for example, an optical element may be a light emitting element, such as any type of lamp, LED, laser or other light source
  • an optical element can also be a refractive and / or diffractive and / or holographic element, which can be used in particular for beam guidance, in particular the optical element is a mirror element or at least partially reflective element .
  • axis of rotation is not necessarily to be understood in the sense of an ideal axis for describing a rotational movement, but can - as the present invention in particular also solid joints and thus torsions of solids treated - as a dependent of a deflection effective rotation axis be understood.
  • a “magnetic field transmitter” is understood to be an element which permanently or switchably has or generates a magnetic field.
  • a magnetic field transmitter may be a permanent magnet or any type of magnetized element that has a permanent, static magnetic field.
  • it may also be an element which has or generates a dynamic switchable magnetic field, for example a coil arrangement or the like.
  • the magneto-sensitive sensor is a sensor which is capable of determining a direction and / or strength of a magnetic field, ie, a magnetic field strength or a magnetic flux density.
  • the magneto-sensitive sensor can be a magnetoresistive sensor, a magnetoinductive sensor or a Hall sensor. These sensor types are generally familiar to the average person skilled in the art. It can also be several sensors of the same kind, for example, several magnetoresistive Sensors, be provided. In the case of multiple magnetoresistive sensors, at least one magnetoresistive sensor may be operated in saturation and at least one magnetoresistive sensor may not be operated in saturation. However, it is also possible to combine different types of magneto-sensitive sensors with one another, for example at least one magnetoresistive sensor and at least one Hall sensor.
  • magnetoresistive sensors a possibility can be provided to detect an angular position of a rotatably movable element very precisely without additional optical apparatus construction, without influencing a dynamics of the rotatably movable element.
  • Application areas for such a compact sensor structure are reflection elements for optical light beams or images, for example in a laser scan microscope or a confocal laser scan microscope, trilateral position measuring systems, laser sensors with pointwise or linear object scanning, for example optical triangulation sensors, or the determination of an angular position of other, in particular microelectromechanical, components or assemblies which need not necessarily be mirror elements.
  • Measuring arrangement the number of mechanically moving and to be adjusted parts are reduced. In this way, very light and robust systems for detecting the angular position can be provided.
  • a position of the element, in particular of a mirror element can be determined exactly for each individual measuring point during the inspection of the test object. In this way, the problem of nonlinearity in the dependence of the angular position of the mirror element on the applied control voltage can be compensated.
  • a magnetoresistive sensor is often magnetically operated in saturation, since it preferably serves to measure the direction or orientation of the magnetic field. Thus, a single saturated magnetoresistive sensor can not measure field strength. Only the measurement of the field direction or
  • the arrangement is preferably carried out by means of an arrangement of a plurality of individual sensors in a known angular position relative to one another, wherein the individual sensors for a two-dimensional measuring cell are usually combined during production in a most compact possible structure.
  • the term "at least one magneto-sensitive sensor” is therefore both to understand an individual sensor as well as in each case an arrangement of a plurality of individual sensors in a known position relative to each other.
  • the individual sensors may be a plurality of sensors of the same type, for example a plurality of magnetoresistive sensors.
  • the magnetoresistive sensors may be arranged at different distances to the magnetic field transmitter.
  • a first saturable magnetoresistive sensor can measure the direction of the magnetic field.
  • a second in a different, in particular larger, distance than the first arranged magnetoresistive sensor, which is not operated in saturation, can then measure the magnetic field strength or the magnetic flux.
  • different types of individual sensors can also be combined with one another, for example at least one magnetoresistive sensor and at least one Hall sensor. In this way, one is able to determine both a direction and a strength of a magnetic field, ie, a magnetic field strength or a magnetic flux density.
  • a position of the axis of rotation is dependent on the deflection angle. It is often sufficient for mirror elements to determine their angle of inclination. Whether in addition a lateral displacement of the axis of rotation occurs is often negligible in the case of a mirror element in a first approximation.
  • both inclination and displacement of the axis of rotation can be detected, so that movement corrections for the second order of errors can also be detected.
  • the rotatably movable element is an optical element, wherein the at least one rotational axis in a plurality of angular positions rotatably movable element has at least one magnetic encoder, and that the angular position of the rotatably movable element is detected by means of at least one magneto-sensitive sensor.
  • the proposed method thus has the same advantages as the proposed device.
  • the at least one magnetic encoder has an inhomogeneous magnetic field, at least in a region of the magneto-sensitive sensor based on the magnetic field strength or the magnetic flux density.
  • the magnetic field is therefore inhomogeneous in the region of the magneto-sensitive sensor relative to the magnetic field strength or to the magnetic flux density.
  • the magnetic field strength decreases with increasing distance from the magnetic field transmitter.
  • the magnetic field sensor is designed such that the magnetic field in a region of the magneto-sensitive sensor has the largest possible gradient in an amount of magnetic field strength, so that changes in position of the magnetic encoder can be detected as sensitive as possible via the associated change in the amount of magnetic field strength , The greater the inhomogeneity of the magnetic field, the better.
  • the magnetic field strength is linked to the magnetic flux density. Equivalent, therefore, the magnetic field can be described as inhomogeneous with respect to the magnetic flux density.
  • the at least one magneto-sensitive sensor is designed such that it includes both a change in the direction of the magnetic field strength or the magnetic flux density and a change in the amount of magnetic field strength or magnetic flux density detected.
  • such a magneto-sensitive sensor may be a magnetoresistive sensor or a Hall sensor.
  • it is a magnetoresistive sensor.
  • a redundant detection of an angular position about the at least one axis of rotation can also be provided.
  • at least one magnetoresistive sensor and at least one Hall sensor are to be provided. These can then together form the at least one magneto-sensitive sensor. Due to the known attachment of the magnetic field transmitter to the rotatably movable element, a change in the direction of the magnetic field strength is identical to a change in the angular position.
  • the magnetic field lines of the magnetic field generated by the magnetic field emitter incline accordingly. Furthermore, by detecting the magnitude of the magnetic field strength, a distance of the magnetic field transmitter from the magneto-sensitive sensor can be determined.
  • the at least one magneto-sensitive sensor must, for example, have at least one Hall sensor.
  • magneto-sensitive sensors is suitable for a measurement of both a position or a distance as well as an angle.
  • These magnetosensitive sensors can detect both a change in the magnetic flux or the field strength and a rotation of the orientation of the magnetic flux or the magnetic field strength.
  • these sensors can be used to detect both directly a change in the angular position or inclination of the rotationally movable element and to detect a linear displacement of the magnetic encoder. Exactly these two movements also makes a magnetic field transmitter arranged outside the rotation axis on the rotatably movable element.
  • the at least one magnetic encoder is a permanent magnet.
  • a permanent magnet By means of a permanent magnet can be provided in a particularly simple manner, a suitable magnetic encoder. A permanent magnet also requires no power supply.
  • the permanent magnet is arranged outside at least one of the at least one axis of rotation of the at least one rotatably movable element.
  • a structurally simple embodiment may, for example. Be to attach a small permanent magnet on the outer edge of the rotatable element or a mirror element. At such a location, the permanent magnet performs the largest linear motion. Thus, the best measurement accuracy can be achieved with such an arrangement. If you want to measure only a pure rotation of the magnetic field, it is sufficient to connect the magnet at any point with the rotatable element, it may also be in the axis of rotation. In the case of a change outside the axis of rotation, either a measurement of the change of the direction of the magnetic field strength or of the magnetic flux and / or the measurement of the amount of the magnetic field strength or of the magnetic flux can take place. This can basically be done by one as well as by two or rotation axes.
  • a magneto-sensitive sensor may then be arranged in the vicinity of an end of the magnet facing away from the rotatably movable element or the mirror element. Already by a slight change in the angular position of the rotary movable element there are the direction changes of the magnetic field strongest. Consequently, the most sensitive and thus most accurate can be measured there.
  • the at least one magneto-sensitive sensor is a magnetoresistive sensor.
  • magnetoresistive sensors In addition to the already mentioned magnetoresistive sensors, other measuring principles can be used. For example, magneto-inductive sensors and Hall sensors are basically suitable. In these alternative measuring principles, however, typically the complexity of the measuring arrangement is greater or the technical complexity higher. Compared to the Hall sensors, the magnetoresistive sensors are characterized by a better signal-to-noise ratio and a lower sensitivity to environmental influences. A big advantage of the magnetoresistive sensors is the extremely compact construction of the entire measuring arrangement.
  • the advantage can be provided that external influences, such as e.g. an ambient temperature or the earth's magnetic field do not interfere with the measurement.
  • the at least one rotatably movable element is a reflective element, in particular a mirror element.
  • the at least one rotatably movable element is a micromirror, and wherein the at least one magnetic encoder is formed as at least one applied to the micromirror layer.
  • micromirrors or MEMS mirrors are generally known to the person skilled in the art.
  • a magnetizable material can also be attached to the micromirror, which then permanently or permanently carries a magnetization once it has been magnetized.
  • the magnetizable element can be applied, for example, already in the manufacturing process of the micromirror, for example in the form of a layer or a layer system or a plurality of layers. This could either be magnetized during the coating or subsequently according to the desired requirements.
  • the magnetic encoder has a plurality of subregions, each subregion has a different magnetization direction.
  • the magnetization can take place over the entire surface or in partial sections. With these subregions, strong gradients can then be generated in the field.
  • the rotationally movable element about two axes of rotation in each case in a plurality of angular positions is rotatably movable.
  • a corresponding movement for example.
  • a laser beam take place in two spatial directions.
  • the proposed device for example, by means of a single magnetoresistive sensor, an angular position about each of the axes of rotation can be determined.
  • several magnetoresistive sensors may be present, which are positioned so that they are particularly well suited for detecting a change in the angular position about each axis of rotation.
  • the device comprises two magneto-sensitive sensors, each detecting the angular position of the rotatably movable element about the same axis of rotation.
  • the rotatably movable element is a rotatable about two mutually perpendicular axes of rotation each rotatable element, wherein the magnetic encoder is arranged on an angle bisector of the axes of rotation and outside of each of the axes of rotation.
  • a magnetic field can be provided, which enables a detection about each of the axes of rotation by a rotational movement of the rotatably movable element.
  • the device is a coordinate measuring machine or a microscope.
  • the proposed device can be used particularly advantageously.
  • the device further comprises an evaluation and / or control unit, which is adapted to at least one of the at least one magneto-sensitive sensor measured value, the angular position of the rotationally movable element determine.
  • an evaluation and / or control unit which is adapted to at least one of the at least one magneto-sensitive sensor measured value, the angular position of the rotationally movable element determine.
  • the evaluation and / or control unit is further adapted to, from the at least one of the at least one magneto-sensitive sensor detected reading with knowledge of the magnetic field given by the magnetic field a translational shift to determine the axis of rotation.
  • the at least one magnetic field generator generates a magnetic field which is inhomogeneous at least in one area of the at least one magnetosensitive sensor.
  • the magneto-sensitive sensor within a range of the at least one magneto-sensitive sensor is understood to mean that the magnetic field in the volume of the sensor and in its vicinity has the largest possible gradient in the magnetic flux or the magnetic field strength.
  • the magneto-sensitive sensor should not be arranged in a region of the magnetic field which is linearized and essentially homogeneous with regard to its magnetic field strength or its magnetic flux. This would be a detection, in particular a change in the amount of magnetic field strength or magnetic Do not allow flow or make it possible with the required accuracy.
  • a change in the direction of a magnetic field strength and a change in the magnitude of the magnetic field strength is detected, wherein by means of an evaluation and / or control unit from the Changing the direction of the magnetic field strength, an angular position of the rotationally movable element and / or from the change in the amount of the magnetic field strength, a position of the magnetic field sensor is determined.
  • a position of the magnetic field sensor is determined, and wherein the position of the magnetic field transmitter redundant the angular position of the rotatable element is determined.
  • a change in the direction of a magnetic field strength and a change in the magnitude of the magnetic field intensity are detected in parallel by means of the at least one magneto-sensitive sensor, wherein by means of an evaluation and / or control unit changing the direction of the magnetic field strength is an angular position tion of the rotationally movable element and from the change in the magnitude of the magnetic field strength with knowledge of the magnetic field given by the magnetic field a translational displacement of the axis of rotation is determined.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a device
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view of a portion of the magnetic field in the range of a magneto-sensitive sensor
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of the
  • FIG. 4 is a schematic block diagram of one embodiment of a method.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device 10 for inspecting a measurement object 12.
  • the device 10 may be, for example, a coordinate measuring device.
  • the device 10 has a rotatably movable element 16 which is rotationally movable about a rotation axis 14.
  • the rotatably movable element 16 may in particular be a mirror element, in particular a Micromirrors act.
  • the rotatably movable element 16 is movable into a plurality of angular positions 18, 20.
  • a first angular position 18 is shown by solid lines.
  • a second angular position 20 is shown in dashed lines.
  • the position of the rotatably movable element 16 in the second angular position 20 is designated by the reference numeral 16 '.
  • a magnetic encoder 22 is provided on the rotatably movable element.
  • This magnetic encoder 22 is formed in the illustrated embodiment as a permanent magnet having a magnetic field 24.
  • the magnetic encoder 22 is disposed outside the axis of rotation 14.
  • a position of the magnetic field transmitter 22 in the second angular position 20 is indicated by the reference numeral 22 '.
  • the device 10 has at least one magneto-sensitive sensor 26.
  • the magneto-sensitive sensor 26 is connected in the illustrated embodiment with a schematically indicated evaluation and / or control unit 27.
  • the evaluation and / or control unit 27 is designed to detect from the measured values acquired by the magnetosensitive sensor 26, i. at least one measured value representing a direction 28 of the magnetic field strength or of the magnetic flux and / or an amount 30 of the magnetic field strength or of the magnetic flux, the angular position 18, 20 of the rotatable element 16.
  • the at least one magneto-sensitive sensor 26 may be both an individual sensor and an arrangement of a plurality of individual sensors in a known position, in particular angular position, relative to each other.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the illustration in FIG. 1.
  • the magneto-sensitive sensor 26 is as stated above, preferably designed as a magnetoresistive sensor.
  • Magnetoresistive sensors are generally known to those of ordinary skill in the art. They are capable of detecting both a direction and an amount of a magnetic flux or a magnetic field strength of a magnetic field. When operating in saturation, the magnetoresistive sensors are only capable of detecting a direction of a magnetic flux or a magnetic field strength of a magnetic field.
  • When operating in Saturation of the magnetoresistive sensor may be provided an arrangement of a plurality of individual sensors in a known angular position relative to each other.
  • At least one Hall sensor can also be provided, wherein the at least one magnetoresistive sensor and the at least one Hall sensor then jointly form the magnetosensitive sensor 26.
  • the magneto-sensitive sensor 26 may be capable of detecting both a direction and an amount of magnetic flux of the magnetic field even when the magnetoresistive sensor is operated in saturation.
  • the magneto-sensitive sensor 26 is arranged on the side of the magnetic field transmitter 22 facing away from the rotationally movable element 16. But it can also be, for example, a position 26 'selected.
  • the magneto-sensitive sensor 26 is arranged in a region of the magnetic field 24 which is as inhomogeneous as possible, in particular with regard to the direction or orientation of the magnetic field strength or the magnetic flux.
  • the inhomogeneity of the magnetic field 24 in the position 26 'enhances the sensitivity of the magneto-sensitive sensor 26 with respect to a tilting of the rotatable element 16.
  • this sensitivity can be further enhanced, since the effective lever then tilting and a spatial displacement between the magnetic encoder 22 and the magneto-sensitive sensor 26 causes. With this combined movement, the magnetic field 24 of the magnetic field sensor 22 is then scanned.
  • the magneto-sensitive sensor 26 is able, for each point of the magnetic field, which is due to the rotational movement of the element 16 on it, indicated by an arrow 28 direction of the magnetic field strength or the magnetic Capture the river. Furthermore, the magneto-sensitive sensor 26 is capable of detecting an amount 30 or a magnitude of the magnetic field strength or the magnetic flux. From the change in the direction 28 can be directly to a change in the angular position 18, 20th draw conclusions. From a change in the amount 30 can be inferred to a change in a distance 32 of the magnetic encoder 22 to the magneto-sensitive sensor 26.
  • the angular position 18, 20 can also be determined redundantly.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the device 10.
  • the rotationally movable element 16 is a micromirror 36.
  • the micromirror 36 is suspended in an outer frame 38 and an inner frame 40.
  • the outer frame 38 is rigid or stationary.
  • the inner frame 40 is rotatable relative to the outer frame 38 about the first axis of rotation 14.
  • the micromirror 36 is rotatable relative to the inner frame 40 about a second axis of rotation 44.
  • the micromirror 36 can be rotationally moved about two axes of rotation 14, 44.
  • the axes of rotation 14, 44 have an angle bisector 46 between them.
  • the rotation axes 14, 44 intersect at an intersection 48.
  • the magnetic field sensor 22 is arranged on the bisector 46.
  • the magnetic field transmitter 22 is arranged on an outermost edge or in a corner of the micromirror 36.
  • a tilting of the micromirror 36 about one or both of the axes of rotation 14, 44 leads to the greatest possible deflection of the magnetic field transmitter 22, and thus to the largest possible change in the magnetic field 24 in the region of the magneto-sensitive sensor 26.
  • a possible mounting location for the magneto-sensitive sensor 26 in the outer frame 38 is indicated at 26.
  • the magneto-sensitive sensor may also be attached to the location 26 '.
  • Another alternative mounting location outside of the outer frame 38 on one of the reflective surface of the micromirror 36 remote from the side of the micromirror 36 is indicated by the reference numeral 26 ".
  • a plurality of magneto-sensitive sensors 26, 26 ', 26 can also be arranged, which are used to detect an angular position 18, 20 about the same Rotation axis 14, 44 or in each case about one of the axes of rotation 14, 44 are formed. In this way, a redundancy of the measurement and thus its accuracy can be further increased.
  • a generated magnetic field 24 can be made more suitable or amplified.
  • an arrangement optimized for each of the axes of rotation can be provided in order to optimize the measurement signals obtained magnetosensitive sensor 26, 26 ', 26 "may in particular be chosen so that in the subsequent calculation - no matter whether analog or digital - the direction information no zero crossings in the signal for the denominator of a division operation to be calculated (division) are to be expected because this Measurement result unstable and thus can make inaccurate.
  • a magnetized layer 42 or coating is attached to the micromirror 36 as the magnetic field transmitter 22.
  • a magnetized layer or coating can additionally be attached to the inner frame 40, in particular also with a different orientation from the coating on the micromirror 36.
  • the magnetization can take place over the entire surface or else in subsections or subregions. It may be different at the micromirror 36 and / or the inner frame 40 in partial areas. With these subregions, strong gradients can then be generated in the field, which offers advantages for the measurement if the respective sensor is arranged to match the areas.
  • the measured values of the magneto-sensitive sensor 26 can also be corrected in order to be able to compensate directly for errors that may occur due to geometry influences or field or measurement errors via the correction.
  • This correction data can be obtained either from measurements or from simulation data or empirically determined and then transferred to other systems accordingly. This may, for example, in the sense of "Computer Aided Accuracy "(CAA) corrections, which are applied in particular to other fields in coordinate measuring machines.
  • CAA Computer Aided Accuracy
  • the magnetic field 24 is not needed, for example, on the side of the magnetic field transmitter 22 facing away from the magneto-sensitive sensor 26. Furthermore, it may be provided to shield in such a way that upon actuation of the micromirror 36, the magnetic fields caused by the currents occurring there do not affect the measurement.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a method 50 for detecting an angular position 18, 20 of a rotationally movable element 16 in a device 10, in particular a coordinate measuring machine or a microscope.
  • the method begins in a start step 52. This is followed by a step 54 of providing a device in one of the embodiments described above.
  • the at least one magneto-sensitive sensor 26 can have at least one magnetoresistive sensor and at least one Hall sensor in order to enable detection of both a direction of the magnetic field and an amount of the magnetic field by the magneto-sensitive sensor.
  • the method splits, as shown by an arrow 56.
  • a direction of the magnetic field 24 can be detected by the magneto-sensitive sensor 26.
  • an amount of the magnetic field 24 may be detected by the magneto-sensitive sensor 26 in a step 60.
  • an evaluation 62 takes place in such a way that an angular position 18, 20 of the rotatable element 16 is deduced from the detected direction in step 58.
  • step 64 an evaluation is made that the amount detected in the step 60 correlates with a distance of the magneto-sensitive sensor 26 and the magnetic encoder 22 and from the known position of the magnetic encoder 22 on the rotatable element 16 and the known position of the magneto-sensitive sensor 26 on the known position of the axis of rotation 14 on the angular position 18, 20 of the rotatable element 16 is inferred.
  • a redundant measurement can be provided.
  • a correction of the measurement results can then take place and, in particular, the redundant measurement can be used to provide, for example, by means of an averaging, an ultimately output measured value.
  • the redundant measurement can be used to provide, for example, by means of an averaging, an ultimately output measured value.
  • the method then ends in a step 68.
  • a nominal-actual comparison with a predetermined desired value for the tilt can also take place.
  • the method in a control loop for a position or position adjustment as a measuring system - be integrated - analogous to an angle encoder - so as to enable a highly accurate position or position control.

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Inspizieren eines Messobjekts (12), mit mindestens einem um mindestens eine Rotationsachse (14, 44) in eine Mehrzahl von Winkelpositionen (18, 20) rotatorisch bewegbaren Element (16). Des Weiteren weist das rotatorisch bewegbare Element (16) mindestens einen Magnetfeldgeber (22) auf. Die Vorrichtung (10) weist des Weiteren mindestens einen magnetosensitiven Sensor (26) auf, um die Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) zu erfassen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkelposition (18, 20) eines um mindestens eine Rotationsachse (14, 44) in eine Mehrzahl von Winkelpositionen (18, 20) rotatorisch bewegbaren Elements (16).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Winkelposition
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Messobjekts, mit mindestens einem um mindestens eine Rotationsachse in eine Mehrzahl von Winkelpositionen rotatorisch bewegbarem Element.
[0002] Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkelposition eines um mindestens eine Rotationsachse in eine Mehrzahl von Winkelpositionen rotatorisch bewegbaren Elements in einer Vorrichtung zum Inspizieren eines Messobjekts.
[0003] Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind grundsätzlich bekannt. In Vorrichtungen zum Inspizieren von Messobjekten, bspw. in einem Koordinatenmessgerat oder in einem Mikroskop, wie bspw. einem Laser-Scan-Mikroskop oder einem Konfokal- Laser-Scan-Mikroskop, werden beim Einsatz von optischen Messverfahren häufig Spie- gelelemente eingesetzt. Die Spiegelelemente können bspw. zum Ablenken eines Laserstrahls und damit zum Bewegen eines Messpunkts über ein Messobjekt eingesetzt werden. In anderen Anwendungen werden bspw. optische Trilaterationsverfahren zur Positionsbestimmung von Messobjekten verwendet, wobei der Position eines sich bewegenden Messobjekts mit einem sogenannten Trackingspiegel gefolgt wird.
[0004] Insbesondere zum Variieren des Strahlengangs von Lasern werden heutzutage häufig sog. "Digital Mirror Devices" (DMD) oder aber in MEMS (Micro-Electro- Mechanical Systems)-Technik gefertigte Mikrospiegel oder Mikrospiegelarrays verwendet. Derartige Spiegelelemente können um eine oder aber auch um zwei Rotationsachsen verkippbar und elektronisch ansteuerbar sein. Insbesondere MEMS-Mikrospiegel ermöglichen eine kontinuierliche Einstellung einer Winkelposition des Mikrospiegels um jede Rotationsachse durch Ansteuerung mit einer bestimmten Spannung. Dabei ist die Winkelposition jedoch nur ungefähr proportional zu einer angelegten Spannung. Für präzise Anwendungen, zu denen grundsätzlich messtechnische optische Anwendungen zu zählen sind, ist es deshalb erforderlich, nicht nur die anzulegende Spannung genau einzustellen, sondern auch die tatsächliche Winkelposition des Spiegelelements zu erfassen bzw. zu überprüfen.
[0005] Für die Messung einer solchen Winkelposition werden typischerweise Hilfslichtstrahlen, z.B. emittiert von Leuchtdioden, verwendet, deren Ablenkung mit einem Detektor erfasst wird. Solch ein Aufbau erfordert jedoch viele zusätzliche Teile und muss stets zusätzlich zu dem normalen genutzten Laserstrahlengang justiert werden. Häufig wird der Hilfslichtstrahl auf eine Rückseite des Spiegelelements gestrahlt, da eine Winkelposition der Rückseite mit der Winkelposition der eigentlichen Spiegelfläche identisch ist oder mit ihr in fester Beziehung steht. Auf diese Weise wird dann der ansonsten ungenutzte Bauraum hinter dem Spiegelelement für die Bestimmung der Winkelposition des Spiegelelements genutzt.
[0006] Es wäre jedoch wünschenswert, zu derartigen optischen Messsystemen zum Bestimmen der Winkelposition des Spiegelelements eine einfachere Alternative zu haben. Jedoch muss eine solche Lösung zum einen eine Winkelposition mit einer Präzision im Bereich von Winkelsekunden und Bruchteilen von Winkelsekunden erfassen können. Zum anderen darf ein solcher Messaufbau die Dynamik des Spiegelelements möglichst nicht beeinträchtigen.
[0007] Die Druckschrift DE 199 37 021 A1 schlägt auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik vor, eine Spiegelstellung in einem Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs mittels eines Hall-Sensors oder magnetoresistiven Sensors zu erfassen. Vorgeschlagen wird dort, einen linear magnetisierten Bereich bereitzustellen, dessen lineare Anordnung der Nord- und Südpole von dem Sensorarray detektiert wird.
[0008] Die Druckschrift WO 2012/019958 A2 zeigt eine Sensoranordnung mit einem ersten und einem zweiten Magnetfeldsensor sowie einem zwischen diesen angeordneten Magneten zum Erzeugen eines definierten Magnetfeldes und ein Verfahren zum Bestimmen einer räumlichen Position eines Tastelements relativ zu einer Tastkopfbasis in einem taktil messenden Koordinatenmessgerät.
[0009] Die Druckschrift DE 10 2010 031 976 A1 zeigt ein Verfahren und eine Anordnung zum Ermitteln eines angekoppelten und/oder abgekoppelten Zustandes eines ankoppelbaren Teils eines Koordinatenmessgerät, die ein magnetoresistiver Sensor zum Erzeugen eines den Zustand repräsentierenden Ausgangssignals verwendet wird.
[0010] Aufbauend auf diesem Stand der Technik ist es eine technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Messobjekts und ein Verfahren bereitzustellen, das eine verbesserte Möglichkeit zur Bestimmung der Winkelstellung eines rotatorisch bewegbaren Elements, insbesondere eines Spiegelelements in einer Vorrichtung zum Inspizieren eines Messobjekts, ermöglicht.
[0011] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass das rotatorisch bewegbare Element ein optisches Element ist, wobei das rotatorisch bewegbare Element mindestens einen Magnetfeldgeber aufweist, und dass die Vorrichtung des Weiteren mindestens einen magnetosensitiven Sensor aufweist, um die Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements zu erfassen. [0012] Unter "rotatorisch bewegbar" wird jede Änderung einer Neigung oder Kippung eines Elements verstanden. Es fallen darunter somit sowohl Drehbewegungen um einen Schwerpunkt des Elements als auch Schwenkbewegungen um eine Rotationsachse, die außerhalb des Schwerpunkts liegt.
[0013] Unter dem Begriff„optisches Element" ist jede Art von optisch wirkendem Element zu verstehen. Beispielsweise kann ein optisches Element ein Licht emittierendes Element sein, wie jede Art von Lampe, LED, Laser oder eine andere Lichtquelle. Es kann aber auch jede Art von optischem Sensor sein. Beispielsweise kann es sich bei einem optischen Element auch um ein refraktives und/oder diffraktives und/oder hologra- fisches Element handelt, dass insbesondere zur Strahlführung eingesetzt sein kann. Insbesondere handelt es sich bei dem optischen Element um ein Spiegelelement oder zumindest teilweise reflektierendes Element..
[0014] Der Begriff„Rotationsachse" ist nicht zwingend in dem Sinne einer idealen Achse zur Beschreibung einer Rotationsbewegung zu verstehen, sondern kann - da die vorliegende Erfindung insbesondere auch Festkörpergelenke und damit Torsionen von Festkörpern behandelt - auch als eine von einer Auslenkung abhängige effektive Rotationsachse verstanden werden.
[0015] Unter einem "Magnetfeldgeber" wird ein Element verstanden, das dauerhaft oder schaltbar ein Magnetfeld aufweist oder erzeugt. Beispielsweise kann es sich bei einem Magnetfeldgeber um einen Permanentmagneten oder jede Art von magnetisier- tem Element handeln, das ein dauerhaftes, statisches Magnetfeld aufweist. Es kann sich dabei jedoch auch um ein Element handeln, das ein dynamisches schaltbares Magnetfeld aufweist bzw. erzeugt, bspw. eine Spulenanordnung oder Ähnliches.
[0016] Bei einem "magnetosensitiven Sensor" handelt es sich erfindungsgemäß um einen Sensor, der dazu in der Lage ist, eine Richtung und/oder eine Stärke eines Magnetfeldes, d.h. einer magnetischen Feldstärke oder einer magnetischen Flussdichte, zu bestimmen. Beispielsweise kann es sich bei dem magnetosensitiven Sensor um einen magnetoresistiven Sensor, einem magnetoinduktiven Sensor oder einen Hall-Sensor handeln. Diese Sensorarten sind dem Durchschnittsfachmann grundsätzlich geläufig. Es können auch mehrere Sensoren derselben Art, beispielsweise mehrere magnetoresistive Sensoren, vorgesehen sein. Im Fall von mehreren magnetoresistiven Sensoren kann mindestens ein magnetoresistiver Sensor in Sättigung betrieben sein und mindestens ein magnetoresistiver Sensor nicht in Sättigung betrieben sein. Es können aber auch verschiedene Arten von magnetosensitiven Sensoren miteinander kombiniert sein, beispielsweise mindestens ein magnetoresistiver Sensor und mindestens ein Hall-Sensor.
[0017] Insbesondere durch die Verwendung von magnetoresistiven Sensoren kann eine Möglichkeit bereitgestellt werden, ohne zusätzlichen optischen Apparaturaufbau eine Winkelstellung eines rotatorisch bewegbaren Elements sehr genau zu erfassen, ohne eine Dynamik des rotatorisch bewegbaren Elements zu beeinflussen. Anwendungsgebiete für einen solchen kompakten Sensoraufbau sind Reflexionselemente für optische Lichtstrahlen bzw. Abbildungen, bspw. in einem Laser-Scan-Mikroskop oder einem Konfokal-Laser-Scan-Mikroskop, trilaterale Positionsmesssysteme, Lasersensoren mit punktweiser oder linienförmiger Objektabtastung, bspw. optische Triangulationssensoren, oder die Bestimmung einer Winkelposition von anderen, insbesondere mikroelektrome- chanischen, Bauteilen oder Baugruppen, die nicht zwingend Spiegelelemente sein müssen. Im Vergleich zu den bekannten Lösungen kann mit der vorgeschlagenen
Messanordnung die Anzahl an mechanisch bewegten und zu justierenden Teilen reduziert werden. Auf diese Weise können sehr leichte und robuste Systeme zum Erfassen der Winkelposition bereitgestellt werden. Eine Position des Elements, insbesondere eines Spiegelelements, kann für jeden einzelnen Messpunkt bei der Inspektion des Messobjekts exakt bestimmt werden. Auf diese Weise kann das Problem der Nichtlinearität in der Abhängigkeit der Winkelposition des Spiegelelements von der angelegten Steuerspannung kompensiert werden.
[0018] Ein magnetoresistiver Sensor wird häufig magnetisch in Sättigung betrieben, da er vorzugsweise zur Messung der Richtung bzw. Orientierung des magnetischen Feldes dient. Somit kann ein einzelner, in Sättigung betriebener magnetoresistiver Sensor eine Feldstärke nicht messen. Lediglich die Messung der Feldrichtung bzw.
Orientierung erfolgt dann bei einem solchen Betrieb in Sättigung. Dabei wird vorzugsweise mittels einer Anordnung mehrerer Einzelsensoren in bekannter Winkellage relativ zueinander gearbeitet, wobei die Einzelsensoren für eine zweidimensionale Messzelle zumeist während der Fertigung in einer möglichsten kompakten Struktur kombiniert werden. Unter dem Begriff„mindestens ein magnetosensitiver Sensor" ist daher sowohl ein Einzelsensor als auch jeweils eine Anordnung mehrerer Einzelsensoren in bekannter Lage relativ zueinander zu verstehen. Wie bereits voranstehend ausgeführt kann es sich bei den Einzelsensoren um mehrere Sensoren derselben Art, beispielsweise mehrere magnetoresistive Sensoren handeln. Die magnetoresistiven Sensoren können in verschiedenen Abständen zu dem Magnetfeldgeber angeordnet sein. Beispielsweise kann ein erster, in Sättigung betriebener magnetoresistiver Sensor die Richtung des magnetischen Feldes messen. Ein zweiter, in einem anderen, insbesondere größeren, Abstand als der erste angeordneter magnetoresistiver Sensor, der nicht in Sättigung betrieben ist, kann dann die magnetische Feldstärke bzw. den magnetischen Fluss messen. Es können aber auch verschiedene Arten von Einzelsensoren miteinander kombiniert sein, beispielsweise mindestens ein magnetoresistiver Sensor und mindestens ein Hall-Sensor. Auf diese Weise ist man dazu in der Lage, sowohl eine Richtung als auch eine Stärke eines Magnetfeldes, d.h. einer magnetischen Feldstärke oder einer magnetischen Flussdichte, zu bestimmen.
[0019] Auch bei luftgelagerten Polygonspiegeln kann eine Verbesserung der Positionsbestimmung erzielt werden. Derartige Polygonspiegel drehen sich sehr schnell, wobei die Position während eines Scan-Vorgangs unter der Annahme einer gleichförmigen Bewegung bestimmt wird. Die Annahme der gleichförmigen Bewegung trifft jedoch nicht immer zu. Durch die vorgeschlagene Anordnung können daraus entstehende Probleme vermieden werden. Auch in anderen Einsatzgebieten, bei denen Spiegelelemente zum optischen Scannen verwendet werden, steht stets die Frage im Vordergrund, in welcher Position sich das Spiegelelement zum genauen Zeitpunkt der Messung befunden hat. Auch hier kann die vorgeschlagene Vorrichtung Vorteile mittels einer kontinuierlichen Aufzeichnung der Winkelpositionen bringen.
[0020] Bei Festkörpergelenken ist eine Lage der Rotationsachse vom Auslenkwinkel abhängig. Häufig ist es bei Spiegelelementen ausreichend, ihren Neigungswinkel zu bestimmen. Ob darüber hinaus noch eine laterale Verschiebung der Rotationsachse auftritt, ist im Falle eines Spiegelelements in erster Näherung häufig vernachlässigbar. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung sind aber sowohl Neigung als auch Verschiebung der Rotationsachse erfassbar, so dass auch Bewegungskorrekturen für die zweite Ordnung von Fehlern erfasst werden können. [0021] Des Weiteren kann durch die stationäre oder ortsfeste Anordnung des magnetosensitiven Sensors und die Anordnung des Magnetfeldgebers an dem rotatorisch bewegbaren Element unter Umständen auf die elektrische Energieversorgung der an dem rotatorisch bewegbaren Element angeordneten Komponenten verzichtet werden.
[0022] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, das eingangs genannte Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass das rotatorisch bewegbare Element ein optisches Element ist, wobei das um zumindest eine Rotationsachse in eine Mehrzahl von Winkelpositionen rotatorisch bewegbare Element mindestens einen Magnetfeldgeber aufweist, und dass die Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements mittels mindestens einem magnetosensitiven Sensor erfasst wird.
[0023] Das vorgeschlagene Verfahren weist somit dieselben Vorteile wie die vorgeschlagene Vorrichtung auf.
[0024] Die eingangs gestellte Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
[0025] In einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Magnetfeldgeber ein zumindest in einem Bereich des magnetosensitiven Sensors bezogen auf die magnetische Feldstärke oder die magnetische Flussdichte inhomogenes Magnetfeld aufweist.
[0026] Das Magnetfeld ist somit im Bereich des magnetosensitiven Sensors bezogen auf die magnetische Feldstärke bzw. auf die magnetische Flussdichte inhomogen. In der Regel nimmt die magnetische Feldstärke mit zunehmender Distanz von dem Magnetfeldgeber ab. Vorzugsweise ist der Magnetfeldgeber derart ausgebildet, dass das Magnetfeld in einem Bereich des magnetosensitiven Sensors einen möglichst großen Gradienten in einem Betrag der magnetischen Feldstärke aufweist, so dass Änderungen einer Position des Magnetfeldgebers über die damit verbundene Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke möglichst sensibel erfasst werden können. Je größer die Inhomogenität des Magnetfelds, desto besser. Die magnetische Feldstärke ist mit der magnetischen Flussdichte verknüpft. Äquivalent kann somit auch das Magnetfeld als bezogen auf die magnetische Flussdichte inhomogen beschrieben werden. [0027] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine magnetosensitive Sensor derart ausgebildet ist, dass er sowohl eine Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke oder der magnetischen Flussdichte als auch eine Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke oder der magnetischen Flussdichte erfasst.
[0028] Insbesondere kann es sich bei einem solchen magnetosensitiven Sensor um einen magnetoresistiven Sensor oder einen Hall-Sensor handeln. Vorzugsweise handelt es sich um einen magnetoresistiven Sensor. Durch Erfassen sowohl der Richtung der magnetischen Feldstärke als auch des Betrags der magnetischen Feldstärke kann auch eine redundante Erfassung einer Winkelposition um die mindestens eine Rotationsachse bereitgestellt werden. Dazu sind beispielsweise mindestens ein magnetoresistiver Sensor und mindestens ein Hall-Sensor bereitzustellen. Diese können dann gemeinsam den mindestens einen magnetosensitiven Sensor ausbilden. Durch die bekannte Anbringung des Magnetfeldgebers an dem rotatorisch bewegbaren Element erfolgt eine Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke identisch zu einer Änderung der Winkelposition. Aus einer Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke kann somit direkt auf die Winkelposition rückgeschlossen werden. Neigt sich das rotatorisch bewegbare Element um einen gewissen Winkel, neigen sich die Magnetfeldlinien des von dem Magnetfeldgeber erzeugten Magnetfelds entsprechend. Des Weiteren kann durch die Erfassung des Betrags der magnetischen Feldstärke ein Abstand des Magnetfeldgebers von dem magnetosensitiven Sensor ermittelt werden. Hierzu muss der mindestens eine magnetosensitive Sensor beispielsweise mindestens einen Hall-Sensor aufweisen. Unter Kenntnis der Position des Magnetfeldgebers an dem rotatorisch bewegbaren Element kann aus dem Abstand des Magnetfeldgebers zu dem magnetosensitiven Sensor aus den bekannten Positionen von Magnetfeldgeber, magnetosensitivem Sensor und der Rotationsachse wiederum auf die Winkelposition rückgeschlossen werden. Dies ermöglicht eine höchst genaue redundante Erfassung der Winkelposition.
[0029] Wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, eignet sich für eine Messung von sowohl einer Position bzw. Abstands als auch eines Winkels die Verwendung von magnetosensitiven Sensoren. Diese magnetosensitiven Sensoren können sowohl eine Veränderung des magnetischen Flusses bzw. der Feldstärke als auch eine Drehung der Orientierung des magnetischen Flusses bzw. der magnetischen Feldstärke erfassen. Damit können diese Sensoren eingesetzt werden, um sowohl direkt eine Veränderung der Winkelposition bzw. Neigung des rotatorisch bewegbaren Elements erfassen als auch eine lineare Verschiebung des Magnetfeldgebers zu erfassen. Genau diese beiden Bewegungen macht auch ein außerhalb der Rotationsachse an dem rotatorisch bewegbaren Element angeordneter Magnetfeldgeber.
[0030] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Magnetfeldgeber ein Permanentmagnet ist.
[0031] Mittels eines Permanentmagneten kann auf besonders einfache Weise ein geeigneter Magnetfeldgeber bereitgestellt werden. Ein Permanentmagnet benötigt darüber hinaus keine Energieversorgung.
[0032] Dabei kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet außerhalb mindestens einer der mindestens einen Rotationsachse des mindestens einen rotatorisch bewegbaren Elements angeordnet ist.
[0033] Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung kann bspw. sein, einen kleinen Permanentmagneten am äußeren Rand des rotatorisch bewegbaren Elements oder eines Spiegelelements zu befestigen. An einer solchen Stelle führt der Permanentmagnet die größte lineare Bewegung aus. Somit kann bei einer solchen Anordnung die beste Messgenauigkeit erzielt werden. Wenn man nur eine reine Drehung des Magnetfelds messen möchte, ist es ausreichend, den Magnet an einer beliebigen Stelle mit dem rotatorisch bewegbaren Element zu verbinden, es kann auch in der Rotationsachse sein. Bei einer Änderung außerhalb der Rotationsachse kann entweder eine Messung der Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke oder des magnetischen Flusses und/oder die Messung des Betrags der magnetischen Feldstärke oder des magnetischen Flusses erfolgen. Dies kann grundsätzlich um eine als auch um zwei oder Rotationsachsen geschehen.
[0034] Ein magnetosensitiver Sensor kann dann in der Nähe eines dem rotatorisch bewegbaren Elements oder dem Spiegelelement abgewandten Ende des Magneten angeordnet sein. Schon durch eine leichte Änderung der Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements sind dort die Richtungsänderungen des Magnetfelds am stärksten. Folglich kann dort am sensibelsten und damit genauesten gemessen werden.
[0035] Wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der mindestens eine magnetosensitive Sensor ein magne- toresistiver Sensor ist.
[0036] Neben den bereits angesprochenen magnetoresistiven Sensoren können noch andere Messprinzipien verwendet werden. Zum Beispiel sind magnetoinduktive Sensoren und Hall-Sensoren grundsätzlich geeignet. Bei diesen alternativen Messprinzipien ist aber typischerweise die Komplexität der Messanordnung größer bzw. der technische Aufwand höher. Im Vergleich zu den Hall-Sensoren zeichnen sich die magnetoresistiven Sensoren durch ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus. Ein großer Vorteil der magnetoresistiven Sensoren ist der äußerst kompakte Aufbau der gesamten Messanordnung.
[0037] Des Weiteren kann durch die Anordnung der Einzelsensoren an einem magnetosensitiven Sensor über eine Wheatstone-Brücke der Vorteil bereitgestellt werden, dass äußere Einflüsse wie z.B. eine Umgebungstemperatur oder auch das Erdmagnetfeld sich nicht störend auf die Messung auswirken.
[0038] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine rotatorisch bewegbare Element ein reflektierendes Element ist, insbesondere ein Spiegelelement.
[0039] Insbesondere bei solchen Spiegelelementen ist eine genaue Kenntnis der Winkelstellung des Spiegels bspw. in optischen Strahlengängen wichtig. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung kann diese auch genau erfasst werden.
[0040] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine rotatorisch bewegbare Element ein Mikrospiegel ist, und wobei der mindestens eine Magnetfeldgeber als mindestens eine auf den Mikrospiegel aufgebrachte Schicht ausgebildet ist. [0041] Derartige Mikrospiegel oder MEMS-Spiegel sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Statt eines Permanentmagneten kann auch ein magnetisierbares Material an dem Mikrospiegel angebracht werden, das dann langfristig bzw. dauerhaft eine Magnetisierung trägt, wenn es einmal magnetisiert wurde. Das magnetisierbare Element kann bspw. schon im Fertigungsprozess des Mikrospiegels z.B. in Form einer Schicht oder eines Schichtsystems oder einer Mehrzahl von Schichten aufgebracht sein. Dies könnte entweder während der Beschichtung oder nachträglich entsprechend den gewünschten Anforderungen magnetisiert werden. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte Bauweise realisieren. Es wird der Vorteil bereitgestellt, dass die bewegte Masse des Mikrospiegels bzw. des Spiegelelements minimiert werden kann. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn es auf eine möglichst hohe Dynamik des Spiegelelements bzw. des Mikrospiegels bei seiner Änderung der Winkelposition ankommt.
[0042] In allen Ausgestaltungen des Magnetfeldgebers kann vorgesehen sein, dass der Magnetfeldgeber mehrere Teilbereiche aufweist, wobei jeder Teilbereich eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung aufweist. Dabei kann die Magnetisierung vollflächig oder auch in Teilabschnitten erfolgen. Mit diesen Teilbereichen können im Feld dann starke Gradienten erzeugt werden. Diese können für die Messung Vorteile bieten, wenn der jeweilige magnetosensitive Sensor passend zu den Bereichen angeordnet ist.
[0043] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das rotatorisch bewegbare Element um zwei Rotationsachsen jeweils in eine Mehrzahl von Winkelpositionen rotatorisch bewegbar ist.
[0044] Mittels eines solchen rotatorisch bewegbaren Elements, wenn es bspw. als Spiegelelement ausgestaltet ist, kann auch eine entsprechende Bewegung, bspw. eines Laserstrahls, in zwei Raumrichtungen erfolgen. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung kann auch bspw. mittels eines einzigen magnetoresistiven Sensors eine Winkelposition um jede der Rotationsachsen bestimmt werden. Selbstverständlich können auch mehrere magnetoresistive Sensoren vorhanden sein, die derart positioniert sind, dass sie besonders gut zur Erfassung einer Änderung der Winkelposition um jeweils eine Rotationsachse geeignet sind. [0045] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zwei magnetosensitive Sensoren aufweist, die jeweils die Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements um dieselbe Rotationsachse erfassen.
[0046] Auf diese Weise kann ebenfalls eine Redundanz bei der Erfassung der Winkelposition um die mindestens eine Rotationsachse bereitgestellt werden. Zusätzlich zu der Erfassung von Betrag und Richtung einer Magnetfeldstärke bzw. eines magnetischen Flusses, kann somit sogar eine Vielfachmessung bezüglich einer Winkelposition um eine Rotationsachse bereitgestellt werden.
[0047] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass das rotatorisch bewegbare Element ein um zwei senkrecht zueinander verlaufende Rotationsachsen jeweils rotatorisch bewegbares Element ist, wobei der Magnetfeldgeber auf einer Winkelhalbierenden der Rotationsachsen und außerhalb jeder der Rotationsachsen angeordnet ist.
[0048] Auf diese Weise kann mittels eines einzigen Magnetfeldgebers ein Magnetfeld bereitgestellt werden, das durch eine rotatorische Bewegung des rotatorisch bewegbaren Elements eine Erfassung um jede der Rotationsachsen ermöglicht.
[0049] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Koordinatenmessgerät oder ein Mikroskop ist.
[0050] Insbesondere in derartigen Vorrichtungen zum Inspizieren eines Messobjekts kann, wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, die vorgeschlagene Vorrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
[0051] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren eine Auswertungs- und/oder Regelungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, aus zumindest einem von dem mindestens einen magnetosensitiven Sensor erfassten Messwert die Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements zu bestimmen. [0052] Auf diese Weise kann eine automatische Ausgabe der Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements basierend auf den Signalen des mindestens einen magnetosensitiven Sensors erfolgen, beispielsweise zur Einbindung der Messung in einen Regelkreis zur gezielten Ansteuerung der Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements.
[0053] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Auswertungs- und/oder Regelungseinheit des Weiteren dazu ausgebildet ist, aus dem zumindest einen von dem mindestens einen magnetosensitiven Sensor erfassten Messwert unter Kenntnis des von dem Magnetfeldgeber gegebenen Magnetfelds eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse zu bestimmen.
[0054] Auf diese Weise kann nicht nur eine Aussage über eine Rotationsbewegung des rotatorisch bewegbaren Elements getroffen werden, sondern auch eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse ermittelt werden, wie sie beispielsweise bei der Torsion von Festkörpergelenken auftritt.
[0055] In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Magnetfeldgeber ein zumindest in einem Bereich des mindestens einen magnetosensitiven Sensors inhomogenes Magnetfeld erzeugt.
[0056] Wie bereits voranstehend geschildert wurde, kann auf diese Weise ermöglicht werden, sowohl Betrag als auch Richtung des Magnetfelds oder des magnetischen Flusses bspw. mittels eines magnetoresistiven Sensors zu erfassen.
[0057] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter "in einem Bereich des mindestens einen magnetosensitiven Sensors" verstanden, dass das Magnetfeld in dem Volumen des Sensors und in seiner Nähe einen möglichst großen Gradienten im magnetischen Fluss bzw. der magnetischen Feldstärke aufweist. Beispielsweise sollte der magnetosensitive Sensor möglichst nicht in einem Bereich des Magnetfelds angeordnet sein, der linearisiert und bezüglich und seiner magnetischen Feldstärke oder seines magnetischen Flusses im Wesentlichen homogen ist. Dies würde eine Erfassung, insbesondere einer Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke oder magnetischen Flusses nicht möglich machen oder nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich machen.
[0058] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mittels des mindestens einen magnetosensitiven Sensors parallel eine Änderung der Richtung einer magnetischen Feldstärke und eine Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke erfasst wird, wobei mittels einer Auswertungs- und/oder Regelungseinheit aus der Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke eine Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements und/oder aus der Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke eine Position des Magnetfeldgebers bestimmt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Auswertungs- und/oder Regelungseinheit sowohl aus der Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke eine Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements und/oder aus der Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke eine Position des Magnetfeldgebers bestimmt wird, und wobei aus der Position des Magnetfeldgebers redundant die Winkelposition des rotatorisch bewegbaren Elements bestimmt wird.
[0059] Auf diese Weise kann, wie bereits voranstehend geschildert, mittels eines einzigen magnetoresistiven Sensors eine redundante Messung der Winkelposition des rotatorischen bewegbaren Elements erfolgen. Auf diese Weise kann eine hochgenaue Messung bereitgestellt werden, die auch Änderungen der Winkelposition zu einem Bruchteil einer Winkelsekunde erfasst.
[0060] Des Weiteren kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass aus einer Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke und/oder aus der Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke eine Verschiebung einer Rotationsachse des rotatorisch bewegbaren Elements, insbesondere unter Kenntnis des von dem Magnetfeldgeber gegebenen Magnetfelds, ermittelt wird.
[0061] Des Weiteren kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass mittels des mindestens einen magnetosensitiven Sensors parallel eine Änderung der Richtung einer magnetischen Feldstärke und eine Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke erfasst wird, wobei mittels einer Auswertungs- und/oder Regelungseinheit aus der Änderung der Richtung der magnetischen Feldstärke eine Winkelpo- sition des rotatorisch bewegbaren Elements und aus der Änderung des Betrags der magnetischen Feldstärke unter Kenntnis des von dem Magnetfeldgeber gegebenen Magnetfelds eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse bestimmt wird.
[0062] Auf diese Weise kann nicht nur eine Aussage über eine Rotationsbewegung des rotatorisch bewegbaren Elements getroffen werden, sondern auch eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse ermittelt werden, wie sie beispielsweise bei der Torsion von Festkörpergelenken auftritt. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0063] Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische vergrößerte Darstellung eines Teils des Magnetfelds im Bereich eines magnetosensitiven Sensors,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der
Vorrichtung, und
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens.
[0064] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Inspizieren eines Messobjekts 12. In der Vorrichtung 10 kann es sich bspw. um ein Koordinaten- messgerät handeln.
[0065] Die Vorrichtung 10 weist ein rotatorisch bewegbares Element 16 auf, das um eine Rotationsachse 14 rotatorisch bewegbar ist. Bei dem rotatorisch bewegbaren Element 16 kann es sich insbesondere um ein Spiegelelement, insbesondere einen Mikrospiegel handeln. Das rotatorisch bewegbare Element 16 ist in eine Mehrzahl von Winkelpositionen 18, 20 bewegbar. Eine erste Winkelposition 18 ist mit durchgezogenen Linien dargestellt. Eine zweite Winkelposition 20 ist mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Lage des rotatorisch bewegbaren Elements 16 in der zweiten Winkelposition 20 ist mit dem Bezugszeichen 16' bezeichnet.
[0066] An dem rotatorisch bewegbaren Element ist ein Magnetfeldgeber 22 vorgesehen. Dieser Magnetfeldgeber 22 ist in der dargestellten Ausführungsform als Permanentmagnet ausgebildet, der ein Magnetfeld 24 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Magnetfeldgeber 22 außerhalb der Rotationsachse 14 angeordnet. Eine Lage des Magnetfeldgebers 22 in der zweiten Winkelposition 20 ist mit dem Bezugszeichen 22' gekennzeichnet.
[0067] Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 mindestens einen magnetosensitiven Sensor 26 auf. Der magnetosensitive Sensor 26 ist in der dargestellten Ausführungsform mit einer schematisch angedeuteten Auswertungs- und/oder Regelungseinheit 27 verbunden. Die Auswertungs- und/oder Regelungseinheit 27 ist dazu ausgebildet, aus den von dem magnetosensitiven Sensor 26 erfassten Messwerten, d.h. zumindest einem eine Richtung 28 der magnetischen Feldstärke bzw. des magnetischen Flusses und/oder einen Betrags 30 der magnetischen Feldstärke bzw. des magnetischen Flusses repräsentierenden Messwert, die Winkelposition 18, 20 des rotatorisch bewegbaren Elements 16 zu bestimmen. Bei dem mindestens einen magnetosensitiven Sensor 26 kann es sich sowohl um einen Einzelsensor als auch eine Anordnung mehrerer Einzelsensoren in bekannter Lage, insbesondere Winkellage, relativ zueinander handeln.
[0068] In der Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Darstellung in Fig. 1 gezeigt. In diesem soll das Messprinzip des magnetosensitiven Sensors 26 erläutert werden. Der magnetosensitive Sensor 26 ist wie voranstehend ausgeführt, vorzugsweise als magnetoresistiver Sensor ausgebildet. Magnetoresistive Sensoren sind dem Durchschnittsfachmann grundsätzlich bekannt. Sie sind dazu in der Lage, sowohl eine Richtung als auch einen Betrag eines magnetischen Flusses bzw. einer magnetischen Feldstärke eines Magnetfeldes zu erfassen. Bei einem Betrieb in Sättigung sind die magnetoresisti- ven Sensoren lediglich dazu in der Lage, eine Richtung eines magnetischen Flusses bzw. einer magnetischen Feldstärke eines Magnetfeldes zu erfassen. Bei einem Betrieb in Sättigung der magnetoresistiven Sensors kann eine Anordnung mehrerer Einzelsensoren in bekannter Winkellage relativ zueinander vorgesehen sein. Zusätzlich zu mindestens einem magnetoresistiven Sensor kann aber auch mindestens ein Hall-Sensor bereitgestellt sein, wobei der mindestens eine magnetoresistive Sensor und der mindestens eine Hall-Sensor dann gemeinsam den magnetosensitiven Sensor 26 bilden. Auf diese Weise kann der magnetosensitive Sensor 26 dazu in der Lage sein, sowohl eine Richtung als auch einen Betrag eines magnetischen Flusses bzw. einer magnetischen Feldstärke des Magnetfeldes zu erfassen, selbst wenn der magnetoresistive Sensor in Sättigung betrieben wird.
[0069] Vorzugsweise ist der magnetosensitive Sensor 26 wie in der Fig. 2 dargestellt auf der dem rotatorisch bewegbaren Element 16 abgewandten Seite des Magnetfeldgebers 22 angeordnet. Es kann aber bspw. auch eine Position 26' gewählt sein.
Wichtig ist, dass der magnetosensitive Sensor 26 in einem Bereich des Magnetfelds 24 angeordnet ist, der möglichst inhomogen, insbesondere hinsichtlich der Richtung bzw. Orientierung der magnetischen Feldstärke bzw. des magnetischen Flusses, ist. Je inhomogener das magnetische Feld 24 in dem Bereich des magnetosensitiven Sensors 26 ist, desto sensibler und genauer können die Winkelpositionen 18, 20 des rotatorisch bewegbaren Elements erfasst werden. Die Inhomogenität des magnetischen Feldes 24 in der Position 26' verstärkt die Empfindlichkeit des magnetosensitiven Sensors 26 hinsichtlich einer Verkippung des rotatorisch bewegbaren Elements 16. Durch den Versatz des Detektionsortes von der Rotationsachse kann diese Empfindlichkeit weiter verstärkt werden, da der effektive Hebel dann eine Verkippung und ein räumliche Verschiebung zwischen dem Magnetfeldgeber 22 und dem magnetosensitiven Sensor 26 bewirkt. Mit dieser kombinierten Bewegung wird dann das magnetische Feld 24 des Magnetfeldgebers 22 abgetastet.
[0070] Auf diese Weise ist der magnetosensitive Sensor 26 dazu in der Lage, für jeden Punkt des magnetischen Feldes, der sich aufgrund der rotatorischen Bewegung des Elements 16 auf ihm befindet, eine mittels eines Pfeils 28 angedeutete Richtung der magnetischen Feldstärke bzw. des magnetischen Flusses zu erfassen. Des Weiteren ist der magnetosensitive Sensor 26 dazu in der Lage, einen Betrag 30 bzw. eine Größe der magnetischen Feldstärke bzw. des magnetischen Flusses zu erfassen. Aus der Änderung der Richtung 28 lässt sich unmittelbar auf eine Änderung der Winkelposition 18, 20 rückschließen. Aus einer Änderung des Betrags 30 lässt sich auf eine Änderung eines Abstands 32 des Magnetfeldgebers 22 zu dem magnetosensitiven Sensor 26 rückschließen. Aufgrund eines bekannten Anbringungsorts bzw. einer bekannten Position des Magnetfeldgebers 22 an dem Element 16 lässt sich auf den entsprechenden Hebel 34 des Magnetfeldgebers 22 zu der Rotationsachse 14 rückschließen und damit aus der Änderung des Abstands 32 auf die Änderung der Winkelposition 18, 20 rückschließen. Auf diese Weise kann mittels der Messungen des magnetosensitiven Sensors 26 die Winkelposition 18, 20 auch redundant bestimmt werden.
[0071] In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 10 gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem rotatorisch bewegbaren Element 16 um einen Mikrospiegel 36. Der Mikrospiegel 36 ist in einem Außenrahmen 38 und einem Innenrahmen 40 aufgehängt. Der Außenrahmen 38 ist starr oder ortsfest angeordnet. Der Innenrahmen 40 ist relativ zu dem Außenrahmen 38 um die erste Rotationsachse 14 drehbar. Der Mikrospiegel 36 ist relativ zu dem Innenrahmen 40 um eine zweite Rotationsachse 44 drehbar. Auf diese Weise kann der Mikrospiegel 36 um zwei Rotationsachsen 14, 44 rotatorisch bewegt werden. Die Rotationsachsen 14, 44 weisen zwischen sich eine Winkelhalbierende 46 auf. Die Rotationsachsen 14, 44 schneiden sich in einem Schnittpunkt 48. Auf der Winkelhalbierenden 46 ist der Magnetfeldgeber 22 angeordnet. Insbesondere ist der Magnetfeldgeber 22 an einem äußersten Rand bzw. in einer Ecke des Mikrospiegels 36 angeordnet. Auf diese Weise führt eine Verkippung des Mikrospiegels 36 um eine oder beide der Rotationsachsen 14, 44 zu einer größtmöglichen Auslenkung des Magnetfeldgebers 22, und damit zu einer größtmöglichen Änderung des Magnetfelds 24 im Bereich des magnetosensitiven Sensors 26.
[0072] Ein möglicher Anbringungsort für den magnetosensitiven Sensor 26 in dem Außenrahmen 38 ist in dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet. Alternativ kann der magnetosensitive Sensor auch an dem Ort 26' angebracht sein. Ein weiterer alternativer Anbringungsort außerhalb des Außenrahmens 38 auf einer der reflektierenden Fläche des Mikrospiegels 36 abgewandten Seite des Mikrospiegels 36 ist mit dem Bezugszeichen 26" angedeutet.
[0073] Grundsätzlich können auch mehrere magnetosensitive Sensoren 26, 26', 26" angeordnet sein, die zu einer Erfassung einer Winkelposition 18, 20 um dieselbe Rotationsachse 14, 44 oder jeweils um eine der Rotationsachsen 14, 44 ausgebildet sind. Auf diese Weise kann eine Redundanz der Messung und damit deren Genauigkeit weiter erhöht werden.
[0074] Des Weiteren kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass mehrere Magnetfeldgeber 22, 22' an dem rotatorisch bewegbaren Element 16 angebracht sind. Auf diese Weise kann ein erzeugtes Magnetfeld 24 geeigneter ausgestaltet oder verstärkt werden. Beispielsweise kann durch jeweilige Kombinationen von Magnetfeldgebern 22, 22' und magnetosensitiven Sensoren 26, 26', 26" eine für jeweils eine der Rotationsachsen optimierte Anordnung bereitgestellt werden, um so die erzielten Messsignale zu optimieren. Eine räumliche Anordnung von Magnetfeldgeber 22, 22' und magnetosensitivem Sensor 26, 26', 26" kann insbesondere so gewählt sein, dass bei der nachfolgenden Berechnung - egal ob analog oder digital - der Richtungsinformation keine Nulldurchgänge im Signal für den Nenner einer zu berechnenden Teilungsoperation (Division) zu erwarten sind, da diese das Messergebnis instabil und damit ungenau machen können.
[0075] Des Weiteren ist auch möglich, dass als Magnetfeldgeber 22 eine mag- netisierte Schicht 42 bzw. Beschichtung an dem Mikrospiegel 36 angebracht ist. Des Weiteren kann als weiterer Magnetfeldgeber 22 eine magnetisierte Schicht bzw. Beschichtung zusätzlich an dem Innenrahmen 40 angebracht sein, insbesondere auch mit einer von der Beschichtung an dem Mikrospiegel 36 unterschiedlichen Orientierung.
Dabei kann die Magnetisierung vollflächig oder auch in Teilabschnitten bzw. Teilbereichen erfolgen. Sie kann an dem Mikrospiegel 36 und/oder dem Innenrahmen 40 in Teilbereichen unterschiedlich sein. Mit diesen Teilbereichen können im Feld dann starke Gradienten erzeugt werden, die für die Messung Vorteile bietet, wenn der jeweilige Sensor passend zu den Bereichen angeordnet ist.
[0076] Darüber hinaus können die Messwerte des magnetosensitiven Sensors 26 auch korrigiert werden, um über die Korrektur ggf. Fehler, die aufgrund von Geometrieeinflüssen oder Feld- bzw. Messfehlern entstehen, unmittelbar kompensieren zu können. Diese Korrekturdaten können entweder aus Messungen oder auch aus Simulationsdaten gewonnen werden oder empirisch ermittelt und dann auf andere Systeme entsprechend übertragen werden. Dies kann bspw. im Sinne von "Computer Aided Accuracy" (CAA)-Korrekturen erfolgen, die insbesondere auch auf anderen Feldern in Koordinatenmessgeräten angewandt werden.
[0077] Grundsätzlich kann des Weiteren vorgesehen sein, das magnetische Feld gegenüber den nicht benötigten Bereichen der Vorrichtung 10 abzuschirmen.
Grundsätzlich wird das magnetische Feld 24 bspw. auf der dem magnetosensitiven Sensor 26 abgewandten Seite des Magnetfeldgebers 22 nicht benötigt. Des Weiteren kann vorgesehen sein, eine Abschirmung dahingehend vorzunehmen, dass bei einer Ansteuerung des Mikrospiegels 36 die durch die dort auftretenden Ströme verursachten Magnetfelder die Messung nicht beeinflussen.
[0078] In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 50 zum Erfassen einer Winkelposition 18, 20 eines rotatorisch bewegbaren Elements 16 in einer Vorrichtung 10, insbesondere einem Koordinatenmessgerät oder einem Mikroskop, dargestellt.
[0079] Das Verfahren beginnt in einem Startschritt 52. Daran schließt sich ein Schritt 54 des Bereitstellens einer Vorrichtung in einer der wie voranstehend geschilderten Ausführungsformen an. Insbesondere kann der mindestens eine magnetosensitive Sensor 26 mindestens einen magnetoresistiven Sensor und mindestens einen Hall- Sensor aufweisen, um eine Erfassung sowohl einer Richtung des Magnetfelds als auch eines Betrags des Magnetfelds durch den magnetosensitiven Sensor zu ermöglichen.
[0080] Anschließend teilt sich das Verfahren auf, wie durch einen Pfeil 56 dargestellt ist. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass eine oder beide der durch den Pfeil 56 ermöglichten Wege durch das Verfahren 50 ausgeführt werden. In einem Schritt 58 kann auf der einen Seite in einem Schritt eine Richtung des Magnetfelds 24 durch den magnetosensitiven Sensor 26 erfasst werden. Auf der anderen Seite kann alternativ oder kumulativ ein Betrag des Magnetfelds 24 durch den magnetosensitiven Sensor 26 in einem Schritt 60 erfasst werden. [0081] Anschließend an den Schritt 58 erfolgt eine Auswertung 62 dahingehend, dass aus der erfassten Richtung im Schritt 58 auf eine Winkelposition 18, 20 des rotatorisch bewegbaren Elements 16 rückgeschlossen wird.
[0082] Des Weiteren findet im Schritt 64 eine Auswertung dahingehend statt, dass der in dem Schritt 60 erfasste Betrag mit einem Abstand des magnetosensitiven Sensors 26 und des Magnetfeldgebers 22 korreliert und aus der bekannten Position des Magnetfeldgebers 22 an dem rotatorisch bewegbaren Element 16 und der bekannten Position des magnetosensitiven Sensors 26 über die bekannte Lage der Rotationsachse 14 auf die Winkelposition 18, 20 des rotatorisch bewegbaren Elements 16 rückgeschlossen wird.
[0083] Auf diese Weise kann bei Nutzung aller Verfahrensschritte 58, 60, 62, 64 eine redundante Messung bereitgestellt werden. In einem Schritt 66 kann dann eine Korrektur der Messergebnisse erfolgen und insbesondere die redundante Messung dazu genutzt werden, bspw. durch eine Mittelwertbildung einen letztendlich ausgegebenen Messwert bereitzustellen. Neben einer Mittelwertbildung kann bspw. auch eine Gewichtung der Auswertungsergebnisse der Verfahrensschritte 62, 64 erfolgen. Auf diese Weise kann bspw. die Auswertung eines der Verfahrensschritte 62, 64 höher gewichtet werden als der andere Verfahrensschritt bzw. gegenüber dem anderen Verfahrensschritt priori- siert werden.
[0084] Das Verfahren endet dann in einem Schritt 68. Zusätzlich kann in dem Verfahren 50 auch ein Soll-Ist-Vergleich mit einem vorgegebenen Soll-Wert für die Verkippung stattfinden. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren in einen Regelkreis für eine Positions- oder Lageeinstellung als Messsystem - analog einem Winkelencoder - eingebunden sein, um so eine hochgenaue Positions- bzw. Lageregelung zu ermöglichen.
[0085] Letztlich ist es grundsätzlich möglich, aus der wie voranstehend ermittelten Richtung und/oder dem ermittelten Betrag des Magnetfelds 24 an dem magnetosensitivem Sensor 26 unter Kenntnis des von dem Magnetfeldgeber 22 gegebenen Magnetfelds 24 nicht nur eine Aussage über eine Rotationsbewegung des rotatorische bewegbaren Elements 16 zu bestimmen, sondern auch eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse zu ermitteln, wie sie beispielsweise bei der Torsion von Festkörpergelenken auftritt.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (10) zum Inspizieren eines Messobjekts (12), mit mindestens einem um mindestens eine Rotationsachse (14, 44) in eine Mehrzahl von Winkelpositionen (18, 20) rotatorisch bewegbarem Element (16), dadurch gekennzeichnet, dass das rotatorisch bewegbare Element (16) ein optisches Element ist, wobei das rotatorisch bewegbare Element (16) mindestens einen Magnetfeldgeber (22) aufweist, und dass die Vorrichtung (10) des Weiteren mindestens einen magnetosensitiven Sensor (26) aufweist, um die Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) zu erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldgeber (22) ein zumindest in einem Bereich des magnetosensitiven Sensors (26) bezogen auf die magnetische Feldstärke inhomogenes Magnetfeld (24) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine magnetosensitive Sensor (26) derart ausgebildet ist, dass er sowohl eine Änderung der Richtung (28) der magnetischen Feldstärke als auch des Betrags (30) der magnetischen Feldstärke erfasst.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldgeber (22) ein Permanentmagnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet außerhalb mindestens einer der mindestens einen Rotationsachse (14, 44) des mindestens einen rotatorisch bewegbaren Elements (16) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine magnetosensitive Sensor (26) ein magnetoresistiver Sensor ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine rotatorisch bewegbare Element (16) ein reflektierendes Element ist, insbesondere ein Spiegelelement.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine rotatorisch bewegbare Element (16) ein Mikrospiegel (36) ist, und wobei der mindestens eine Magnetfeldgeber (22) als mindestens eine auf den Mikrospiegel (36) aufgebrachte Schicht (42) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das rotatorisch bewegbare Element (16) um zwei Rotationsachsen (14, 44) jeweils in eine Mehrzahl von Winkelpositionen (18, 20) rotatorisch bewegbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei magnetosensitive Sensoren (26) aufweist, die jeweils die Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) um dieselbe Rotationsachse (14, 44) erfassen.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das rotatorisch bewegbare Element (16) ein um zwei senkrecht zueinander verlaufende Rotationsachsen (14, 44) jeweils rotatorisch bewegbares Element (16) ist, wobei der Magnetfeldgeber (22) auf einer Winkelhalbierenden (46) der Rotationsachsen (14, 44) und außerhalb jeder der Rotationsachsen (14, 44) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein Koordinatenmessgerät oder ein Mikroskop ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren eine Auswertungseinheit (27) aufweist, die dazu ausgebildet ist, aus zumindest einem von dem mindestens einen magnetosensitiven Sensor (26) erfassten Messwert die Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) zu bestimmen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (27) des Weiteren dazu ausgebildet ist, aus dem zumindest einen von dem mindestens einen magnetosensitiven Sensor (26) erfassten Messwert unter Kenntnis des von dem Magnetfeldgeber (22) gegebenen Magnetfelds (24) eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse (14, 44) zu bestimmen.
15. Verfahren zum Bestimmen einer Winkelposition (18, 20) eines um mindestens eine Rotationsachse (14, 44) in eine Mehrzahl von Winkelpositionen (18, 20) rotatorisch bewegbaren Elements (16) in einer Vorrichtung (10) zum Inspizieren eines Messobjekts, dadurch gekennzeichnet, dass das rotatorisch bewegbare Element (16) ein optisches Element ist, wobei das um mindestens eine Rotationsachse (14, 44) in eine Mehrzahl von Winkelpositionen (18, 20) rotatorisch bewegbare Element (16) mindestens einen Magnetfeldgeber (22) aufweist, und dass die Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) mittels mindestens einem magnetosensitiven Sensors (26) erfasst wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldgeber (22) ein zumindest in einem Bereich des mindestens einen magnetosensitiven Sensors (26) bezogen auf die magnetische Feldstärke inhomogenes Magnetfeld (24) erzeugt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen magnetosensitiven Sensors (26) parallel eine Änderung der Richtung (28) einer magnetischen Feldstärke und eine Änderung des Betrags (30) der magnetischen Feldstärke erfasst wird, wobei mittels einer Auswertungseinheit (27) aus der Änderung der Richtung (28) der magnetischen Feldstärke eine Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) und/oder aus der Änderung des Betrags (30) der magnetischen Feldstärke eine Position des Magnetfeldgebers (22) bestimmt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wobei mittels der Auswertungseinheit (27) aus der Änderung der Richtung (28) der magnetischen Feldstärke eine Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) und aus der Änderung des Betrags (30) der magnetischen Feldstärke eine Position des Magnetfeldgebers (22) bestimmt wird, und wobei aus der Position des Magnetfeldgebers (22) redundant die Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) bestimmt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen magnetosensitiven Sensors (26) parallel eine Änderung der Richtung (28) einer magnetischen Feldstärke und eine Änderung des Betrags (30) der magnetischen Feldstärke erfasst wird, wobei mittels einer Auswertungseinheit (27) aus der Änderung der Richtung (28) der magnetischen Feldstärke eine Winkelposition (18, 20) des rotatorisch bewegbaren Elements (16) und aus der Änderung des Betrags (30) der magnetischen Feldstärke unter Kenntnis des von dem Magnetfeldgeber (22) gegebenen Magnetfelds (24) eine translatorische Verschiebung der Rotationsachse (14, 44) bestimmt wird.
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