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Title:
METHOD FOR PRODUCING A MAGNETIC MEASURING ROD AND MAGNETIC MEASURING ROD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/239318
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a magnetic measuring rod (10) comprising the following steps: (a) applying a magnetic layer (14) to a substrate (12) and (b) structuring the magnetic layer (14) such that a position coding structure (22) is obtained, (c) wherein the structuring takes place by means of a laser (20). According to the invention, the magnetic layer (14) is made from a hard magnetic material.

Inventors:
SCHUMACHER HANS-WERNER (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/060585
Publication Date:
December 03, 2020
Filing Date:
April 15, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND VERTRETEN DURCH DAS BUNDESMINISTERIUM FUER WIRTSCH UND ENERGIE (DE)
International Classes:
G01D5/244; G01D5/249
Domestic Patent References:
WO2016067949A12016-05-06
Foreign References:
DE102015102322A12016-08-18
US20110267043A12011-11-03
AT407196B2001-01-25
JPH0424511A1992-01-28
Other References:
GAMALY E G ET AL: "Ultrafast ablation with high-pulse-rate lasers. Part I: Theoretical considerations", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, US, vol. 85, no. 8, 15 April 1999 (1999-04-15), pages 4213 - 4221, XP012047079, ISSN: 0021-8979, DOI: 10.1063/1.370333
Attorney, Agent or Firm:
GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Magnetmaßstabs (10), mit den Schritten:

(a) Aufbringen einer Magnetschicht (14) auf ein Substrat (12) und

(b) Strukturieren der Magnetschicht (14), sodass eine Positionskodierungs struktur (22) erhalten wird,

(c) wobei das Strukturieren mittels eines Lasers (20) erfolgt

dadurch gekennzeichnet, dass

(d) die Magnetschicht (14) aus hartmagnetischem Material besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

das Strukturieren mittels eines gepulsten Lasers (20) erfolgt und eine Pulsdauer (t) höchstens 20 Pikosekunden beträgt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetschicht (14) mit einer Schichtdicke (d) von höchstens 400 pm, insbesondere höchstens 200 pm aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschicht (14) linienförmig ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da die Positionskodierungsstruktur (22) eine Länge von zumindest 50 cm hat.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbereiche (28) nach dem Strukturieren magnetisiert werden. - 2

7. Magnetmaßstab (10) mit

(a) einem Substrat (12) und

(b) einer Positionskodierungsstruktur (22), die

(i) Magnetbereiche (28) und

(ii) Nichtmagnetbereiche (30), in denen die hartmagnetische Magnet schicht (14) zumindest teilweise entfernt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

(c) die Magnetbereiche (28) durch eine hartmagnetische Magnetschicht (14) gebildet sind und

(d) eine Kante (32) des Magnetbereichs (28), die einem Nichtmagnetbereich (30) zugewandt ist, eine Bruchkante ist.

8. Magnetmaßstab (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Strukturbreite (S) der Positionskodierungsstruktur (22) höchstens 15 pm beträgt.

9. Magnetmaßstab (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Messbereich zumindest 50 Zentimeter beträgt.

10. Magnetmaßstab (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich net, dass für zumindest 70% der Magnetbereiche (28) gilt, dass im Magnetbe reich (28) nur eine magnetische Polarität vorliegt.

11. Magnetmaßstab (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass für zumindest 70% der Magnetbereiche (28) gilt, dass

eine magnetische Feldstärke in den Nichtmagnetbereichen (30) höchstens ein Zehntel der magnetischen Feldstärke in den Magnetbereichen (28) beträgt.

12. Magnet-Längenmesssystem (36) mit

(a) einem Magnetmaßstab (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, und

(b) einem Auslesekopf (24) zum Messen eines lokalen Magnetfelds (B), so- dass Messdaten erhalten werden, und

(c) einer Auswerteeinheit (38) zum Berechnen der Position (P) des Auslese kopfs (24) relativ zum Magnetmaßstab (10).

Description:
Verfahren zum Herstellen eines Magnetmaßstabs und Magnetmaßstab

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetmaßstabs mit den Schritten (a) Aufbringen einer Magnetschicht aus hartmagnetischem Material auf ein Substrat und (b) Strukturieren der Magnetschicht, sodass eine Positionskodierungs struktur erhalten wird, wobei das Strukturieren mittels eines Lasers erfolgt. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Magnetmaßstab, der (a) einen Substrat und (b) einer Positionskodierungsstruktur, die Magnetbereiche, die durch eine hartmagnetische Magnetschicht gebildet sind, und Nichtmagnetbereiche, in de nen die hartmagnetische Magnetschicht zumindest teilweise entfernt ist, aufweist.

Magnetmaßstäbe sind Teile von Magnet-Längenmesssystemen und bilden einen Längenmaßstab, bei dem die Längeninformation magnetisch kodiert ist. Mittels eines Auslesekopfs, der relativ zum Magnetmaßstab beweglich angeordnet ist, kann das lokale Magnetfeld des Magnetmaßstabs gemessen werden. Aus dem gemessenen Magnetfeld wird die Position des Auslesekopfs relativ zum Magnetmaßstab be stimmt.

Magnet-Längenmesssysteme und damit magnetische Maßstäbe werden zur Positi- ons- und Winkelmessung in verschiedenen Technologiebereichen eingesetzt, bei spielsweise in Werkzeugmaschinen. Eine Werkzeugmaschine mit einem erfindungs gemäßen Magnet-Längenmesssystem ist eine besondere Ausgestaltung der Erfin dung.

Wünschenswert ist es, dass Magnetmaßstäbe eine möglichst geringe Messunsicher heit hinsichtlich der Positionsbestimmung haben. Wünschenswert ist zudem, dass Magnetmaßstäbe möglichst einfach herzustellen sind. Es ist zudem günstig, wenn Magnetmaßstäbe möglichst einfach in großen Längen herzustellen sind. Der Grund dafür ist, dass bei vielen Anwendungen, beispielsweise in Werkzeugmaschinen, eine hohe Positionsgenauigkeit bei langen Verfahrwegen zu erreichen ist.

Aus der AT 407 196 B ist eine magnetische Längenmessvorrichtung bekannt, die ei nen Maßstab enthält. Der Maßstab ist ein dünnes Weicheisenband, in dem Ausneh mungen vorgesehen sind, die in Richtung der Maßstablängsachse eine Erstreckung aufweisen, die der Erstreckung der zwischen den Ausnehmungen verbleibenden Ste gen des Weicheisenbandes in Richtung der Maßstablängsachse im Wesentlichen entspricht. Die Ausnehmungen werden beispielsweise durch Verwendung eines La sers geschaffen. Nachteilig daran ist die vergleichsweise geringe erreichbare

Ortsauflösung.

Aus der WO 2016 / 067 949 A1 ist das Abscheiden einer hartmagnetischen Schicht auf ein Siliziumsubstrat mittels Laser-Deposition bekannt.

Die JP H04 024 51 1 A beschreibt das Herstellen eines Magnetmaßstabs durch Auf bringen einer Magnetschicht auf ein Substrat und nachfolgendes Schweißen. Durch das Schweißen wird die Permeabilität verändert. Durch das Schweißen gemäß ei nem vorgegebenen Muster kann so ein magnetisches Muster erzeugt werden, das das Maß verkörpert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine höhere Ortsauflösung zu ermögli chen.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren, bei dem die Magnetschicht aus hartmagnetischem Material gebildet wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch einen Magnet maßstab, bei dem die Magnetbereiche durch eine hartmagnetische Magnetschicht gebildet sind, wobei eine Kante des Magnetbereichs, die einem Nichtmagnetbereich zugewandt ist, eine Bruchkante ist.

Unter einer Bruchkante wird insbesondere eine Randfläche verstanden, an der das Material der Magnetschicht eine Kristallstruktur hat, die der Kristallstruktur im Inneren der Magnetschicht entspricht, Insbesondere ist eine Bruchkante frei von geschmolze nem und wiedererstarrtem Material.

Diese Bruchkante ist vorzugsweise die Folge des Strukturierens mittels eines gepuls ten Lasers. Durch die kurzen Laserpulse kommt es zu spontanem Verdampfen und Abplatzen des Materials, wodurch die Bruchkante entsteht. Die Bruchkante weist meist Abschnitte auf, die durch sukzessives Abplatzen von Teilen der späteren Bruchkante entstanden sind.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass erfindungsgemäße Magnetmaßstäbe schnell hergestellt werden können. Das Strukturieren mittels Lasers ermöglicht eine hohe Ortsauflösung bei gleichzeitig einer effizienten Herstellung. Es ist daher möglich, bei langen Magnetmaßstäben, beispielsweise solchen, die länger sind als 50 Zentimeter, insbesondere länger als 1 Meter, Positions-Messunsicherheiten zu erreichen, die bei Verfahren aus dem Stand der Technik nur durch Aneinandersetzen mehrerer einzel ner Magnetmaßstäbe erreicht werden konnten.

Vorteilhaft ist zudem, dass ein erfindungsgemäßer Magnetmaßstab auf eine Vielzahl an Substraten aufgebracht werden kann. Beispielsweise ist es möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, dass das Substrat durch ein Maschi nenelement einer Werkzeugmaschine gebildet ist.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die per Laser erzeugte Struktur wohldefinierte Abmes sungen hat, wodurch der so definierte Magnetmaßstab zur präziseren Positionsbe stimmung genutzt werden kann. Bei der Herstellung von Magnetmaßstäben nach dem Stand der Technik wird einem unstrukturierten magnetischen Maßstab durch ei nen Magnetkopf ein magnetisches Polmuster aufgeprägt. Bei kleinen Strukturgrößen erfolgt das nur sehr Undefiniert.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Aufbringen ein Vorgang verstanden, mittels dem auf eine Oberfläche des Substrats die Magnetschicht so auf gebracht wird, dass diese fest mit Substrat verbunden bleibt. Das Aufbringen kann beispielsweise ein Aufsintern, Elektroplattieren oder Aufsputtern sein. Unter dem Merkmal, dass die Magnetschicht strukturiert wird, wird insbesondere ver standen, dass die Magnetschicht lokal zumindest teilweise entfernt wird. In anderen Worten ist eine Dicke der Magnetschicht an den Stellen, an denen das Strukturieren durchgeführt wurde, kleiner als an den Stellen, an denen das Strukturieren nicht durchgeführt wurde. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Strukturieren ein lokal vollständiges Entfernen der Magnetschicht ist. Es ist insbesondere auch mög lich, dass das Strukturieren der Magnetschicht so durchgeführt wird, dass sich ledig lich die Dicke der Magnetschicht reduziert, die Dicke aber nicht auf null abgesenkt wird.

Unter dem Merkmal, dass die Kante des Magnetbereichs, die einem Magnetbereich zugewandt ist, eine Bruchkante ist, wird insbesondere verstanden, dass die Kante nicht durch Ätzprozess oder durch Bearbeitung mit einem spanenden Werkzeug ent standen ist. Lithographisch hergestellte Kanten sind sehr glatt und weisen insbeson dere keine beim Brechen entstehenden Versetzungen auf. Durch spanende Ferti gung hergestellte Kanten besitzen - anders als Bruchkanten - Bearbeitungsriefen. Zwar sind Bruchkanten im Vergleich zu lithographisch hergestellten Kanten geomet risch weniger gut definiert, verlaufen aber über vergleichsweise große Abschnitte entlang von Kristallgrenzen. Dadurch kommt es zu einem sehr starken Magnetfeld gradienten an der Bruchkante, weswegen geringe Messunsicherheiten erreichbar sind. Lithographisch hergestellte Kanten führen zwar in der Regel zu noch stärkeren Magnetfeldgradienten, sind jedoch ungleich aufwändiger in der Herstellung. Es ist daher günstig, wenn die Kante eine Bruchkante ist.

Unter einem hartmagnetischen Material wird insbesondere ein Material mit einer Ko- erzitivfeldstärke H c von zumindest 1 Kiloampere pro Meter, vorzugsweise zumindest 5 Kiloampere pro Meter, besonders bevorzugt zumindest 10 Kiloampere pro Meter. Vorzugsweise beträgt die Koerzitivfeldstärke H c des hartmagnetischen Materials zu mindest 100 Kiloampere pro Meter. Die Koerzitivfeldstärke H c ist meist kleiner als 2000 Kiloampere pro Meter.

Vorzugsweise hat das hartmagnetische Material eine magnetische Energiedichte von zumindest 160 Kilojoule pro Kubikmeter, insbesondere zumindest 200 Kilojoule pro Kubikmeter. Die magnetische Energiedichte ist vorzugsweise kleiner als 500 Kilo joule pro Kubikmeter.

Das Substrat ist vorzugsweise inelastisch. Besonders günstig ist es, wenn das Sub strat aus einem Substratmaterial aufgebaut ist, dessen Elastizitätsmodul zumindest 90 GPa beträgt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Substratmaterial um ein Me tall, insbesondere Stahl, Kunststoff, Glas, Keramik oder um eine Glaskeramik.

Es ist möglich, dass das Substrat flexibel ist. Beispielsweise kann das Substrat durch ein Metallband, insbesondere ein Stahlband, gebildet sein. In diesem Fall lässt sich der magnetische Maßstab leicht auf einen Trägeruntergrund aufbringen, beispiels weise aufkleben. Ist das Substrat flexibel, wird die Magnetschicht vorzugsweise so gewählt, dass ein Biegen des Substrats, ohne dass es zu einer plastischen Verfor mung des Substrats kommt, nicht dazu führt, dass die Magnetschicht abplatzt.

Vorzugsweise erfolgt das Strukturieren mittels eine gepulsten Lasers. Verwendet werden können beispielsweise Langpulslaser, die Pulsdauern zwischen einer Mikro sekunde und 500 Millisekunden haben. Beispielsweise kann der Langpulslaser ein Faserlaser sein. Vorzugsweise wird ein Langpulslaser verwendet, dessen Pulsspit zenleistung zumindest 1 kW, insbesondere zumindest 3 kW, beträgt.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Kurzpulslaser eingesetzt werden, dessen Puls dauer zwischen 1 Nanosekunde und 1 Mikrosekunde liegt. Beispielsweise kann ein Edgewave-Doppelpulslaser mit einer mittleren Leistung von zumindest 30 Watt ein gesetzt werden. Günstig ist es bei der Verwendung eines Kurzpulslasers, wenn eine Pulsdauer zwischen 2 und 10 Nanosekunden liegt. Um eine hohe Produktivität zu er reichen, liegt eine Pulsfrequenz bei zumindest 20 kHz, wobei Pulsraten unterhalb von 1 MHz vorteilhaft sind.

Besonders günstig ist es, wenn ein Ultrakurzpulslaser verwendet wird, dessen Puls dauer unterhalb einer Nanosekunde liegt. Besonders günstig ist es, wenn eine Puls dauer höchstens 20 ps beträgt. Um eine hohe Produktivität zu erreichen, liegt die Re petitionsrate vorzugsweise bei zumindest 1 MHz, insbesondere zumindest 10 MHz.

In der Regel liegen die Repetitionsraten unterhalb von 500 MHz. Bei Pulsdauern von unter 20 ps, insbesondere unter 10 ps, wird das Material voll ständig verdampft und es erfolgt nahezu kein Wärmeeintrag in die benachbarte Mag netschicht und/oder das Substrat. Es ist daher möglich, dass Strukturieren der Mag netschicht so durchzuführen, dass sich in der verbleibenden Magnetschicht keine Schmelzschichten bilden. Das ist vorteilhaft, um die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht in möglichst großem Umfang zu erhalten. So kann eine geringe Posi tionsmessunsicherheit erreicht werden.

Günstig ist es, wenn eine Magnetschicht mit einer Schichtdicke von höchstens 400 pm, insbesondere höchstens 200 pm, aufgebracht wird. Eine Magnetschicht die ser Dicke erlaubt ein hinreichend starkes magnetisches Feld und ist dennoch einfach zu strukturieren. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke zumindest 1 pm.

Günstig ist es, wenn die Magnetschicht aus Kobalt-Samarium, insbesondere SmCo5, Sm2Co17, Sm(Co,Cu,Fe,Zr), Neodym-Eisen-Bor, AINiCo-Legierungen, Flartferriten auf Basis Barium oder Strontium, PtCo-Legierungen, CuNiFe oder CuNiCo-Legierun- gen, FeCoCr-Legierungen, martensitische Stählen oder MnAIC-Legierungen aufge baut ist.

Vorzugsweise hat die Magnetschicht ein magnetisches Streufeld von zumindest 1 Millitesla, insbesondere zumindest 10 Millitesla. Günstig ist es, wenn die die Magnet schicht ein magnetisches Streufeld von maximal 1 Tesla hat. Das Streufeld ist das am Übergang zwischen der magnetischen Schicht und der Umgebung an der Ober fläche auftretende magnetische Feld. Dessen Amplitude nimmt mit Abstand von der Oberfläche meist exponentiell ab.

Günstig ist es, wenn die Magnetschicht linienförmig ist. Insbesondere ist eine Breite der Magnetschicht vorzugsweise geringer als 2 cm, insbesondere geringer als 1 cm. Eine Länge der Magnetschicht ist vorzugsweise zumindest zehnmal so groß wie eine Breite der Magnetschicht.

Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass sich die Magnetschicht entlang einer Ge raden erstreckt. In diesem Fall wird ein Linear-Magnetmaßstab erhalten. Es ist auch möglich, dass sich die Magnetschicht entlang einer gebogenen Linie erstreckt, bei spielsweise entlang eines Kreisbogens oder Kreisbogenabschnitts. Der Magnetmaß stab kann damit insbesondere auch ein Rotationsmaßstab sein. Ein Aspektverhält nis, also das Verhältnis von Länge zu Breite, der Magnetschicht beträgt vorzugs weise zumindest 20.

Günstig ist es, wenn die Positionskodierungsstruktur eine Länge von zumindest 50 cm, insbesondere zumindest 100 cm, hat. Aus dem Stand der Technik bekannte Maßstäbe sind nicht gleichzeitig lang, präzise und einfach herstellbar. Durch die er findungsgemäße Lösung werden Magnetmaßstäbe erhalten werden, für die alle drei Forderungen gleichzeitig erfüllt werden können.

Günstig ist es, wenn die Magnetbereiche nach dem Strukturieren magnetisiert wer den. So werden hohe Remanenzfeldstärken erreicht.

Vorzugsweise beträgt eine Strukturbreite der Positionskodierungsstruktur höchstens 15 pm, vorzugsweise höchstens 10 pm. Mit modernen Lasersystemen sind Struktur breiten bis unter 5 pm Linienbreite erreichbar. Vorzugsweise ist die Strukturbreite größer als 0,5 pm.

Unter der Strukturbreite wird insbesondere die lichte Weite zwischen zwei Kanten der Positionskodierungsstruktur verstanden. Der Gradient des Magnetfelds an der Kante kann zum Bestimmen der Positionen herangezogen werden. Je größer die Anzahl der Kanten in einem vorgegebenen Längenabschnitt ist, desto genauer kann daher die Position bestimmt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, umfasst die Positionskodierungsstruktur einen ersten Bereich mit einer ersten Strukturbreite von höchstens 15 pm und vor zugsweise zumindest 0,5 pm und einen zweiten Bereich mit einer zweiten Struktur breite von zumindest 50 pm und vorzugsweise höchstens 500 pm. So sind eine Fein- und eine Grobpositionierung möglich.

Besonders günstig ist es, wenn für zumindest 70% der Magnetbereiche gilt, dass im Magnetbereich nur eine magnetische Polarität vorliegt. Diese magnetische Polarität ist entweder Nordpol oder Südpol. Gemeint ist die magnetische Polarität an der Oberfläche der Magnetschicht. In anderen Worten werden im Magnetbereich die Be reiche gleicher magnetischer Polarität vorzugsweise durch die Kante des Magnetbe reichs begrenzt und nicht durch eine Grenze zwischen zwei Weißschen Bezirken. Es kommt dadurch zu starken Gradienten des Magnetfelds, was in der Regel zu einer geringen Positions-Messunsicherheit führt. Besonders günstig ist es, wenn die ge nannten Merkmale nicht nur für zumindest 70% der Magnetbereiche gelten, sondern für zumindest 90% der Magnetbereiche.

Die Prozentangabe bezieht sich auf die Fläche desjenigen Bereichs des Magnet maßstabs, der zur Positionsmessung verwendet wird. Selbstverständlich ist es mög lich, dass jenseits dieses Bereiches ein Bereich der Magnetschicht existiert, in der die magnetischen Bereiche nicht durch Bruchkanten begrenzt wird, sondern durch die Grenzen Weißscher Bezirke. Es ist zudem möglich, dass der Magnetmaßstab ei nen ersten Abschnitt aufweist, in den Magnetbereichen zu zumindest 70% nur eine magnetische Polarität vorliegt, und dass ein zweiter Bereich existiert, in dem dies nicht gilt, beispielsweise weil die Magnetschicht nicht strukturiert ist. Dieser zweite Bereich kann dann verwendet werden, wenn an die Positionsgenauigkeit keine er höhten Anforderungen gestellt werden. Die Prozentangabe bezieht sich dann auf den ersten Bereich. Die oben angegebene bevorzugte Länge der Positionskodierungs struktur bezieht sich in diesem Fall ebenfalls auf diesen ersten Bereich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gilt für zumindest 70% der Magnetberei che, dass eine Magnetfeldstärke in den Nichtmagnetbereichen höchstens ein Zehntel der magnetischen Feldstärke in den Magnetbereichen beträgt. Die magnetische Feldstärke in den Magnetbereichen wird dabei positiv gerechnet. In den Bereichen mit entgegengesetzter Polarität wird die magnetische Feldstärke als negativ betrach tet. lm Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu tert. Dabei zeigt:

Figur 1 a schematisch das Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 1 b einen erfindungsgemäßen Magnetmaßstab,

Figur 1 c ein Rastermuster, in dem die Magnetbereiche und die Nichtmagnetberei che angeordnet sind, und

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Magnet-Längenmesssystem in einer erfindungs gemäßen Werkzeugmaschine.

Figur 1 a zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Maß stabs 10 (vgl. Figur 1 b), bei dem ein Substrat 12 zunächst auf eine Magnetschicht 14 aufgebracht wird. Die Magnetschicht 14 entsteht aus einer Sintermaterialschicht 16 durch Sintern mittels einer Vorrichtung 18, hier in Form eines Ofens. Die Sintermate rialschicht 16 umfasst beispielsweise eine Mischung aus einem hartmagnetischen Material, insbesondere Neodym-Eisen-Bor-Pulver und einem unter wärme Einwirken aushärtenden Harz.

Eine weitere Möglichkeit zum Aufbringen der Magnetschicht 14 ist das Aufsputtern. Das kann ebenfalls in einer Vorrichtung 18 erfolgen, die kleiner ist als das Substrat 12 und in diesem Fall eine Sputtervorrichtung ist. Alternativ kann die Magnetschicht 14 in einer Sputtervorrichtung aufgesputtert werden, die größer ist als das Substrat 12.

Das Substrat 12 hat eine Substrat-Länge L12. Im vorliegenden Fall hat der Ofen 18 eine aktive Breite, die kleiner ist als die Substrat-Länge L12. Dieses Beispiel soll illust rieren, dass sehr lange Substrate 12 mit der Magnetschicht 14 versehen werden kön nen. Es ist aber auch möglich, dass die Magnetschicht 14 in einem Ofen gesintert wird, der das Substrat 12 vollständig aufnimmt. Die Magnetschicht 14 wird mittels eines Lasers 20 strukturiert, sodass eine Positions kodierungsstruktur 22 erhalten wird. Die Positionskodierungsstruktur 22 kann die Po sition direkt kodieren. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass das lokale Er mitteln des Magnetfelds der Positionskodierungsstruktur 22 ausreicht um die abso lute Position zu berechnen. Es ist gemäß einer alternativen Ausführungsform jedoch ausreichend, dass die Positionskodierungsstruktur 22 eine relative Positionierung er laubt. Das heißt, dass eine Positionsänderung eines Auslesekopfes 24 (vgl. Figur 2) mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann, wenngleich die absolute Position des Auslesekopfs 24 nicht unmittelbar aus der Positionskodierungsstruktur 22 ermittelbar ist.

Der Laser 20 ist ein Ultrakurzpulslaser, der Lichtpulse mit einer Pulsdauer t von t = 8 ps abgibt. Eine Repetitionsfrequenz f liegt bei f = 400 kHz. Trifft ein vom Laser 20 abgegebener Laserstrahl 26 auf die Magnetschicht 14, so verdampft das Material lokal vollständig. Auf diese Weise wird die Positionskodierungsstruktur 22 erzeugt.

In einem nachfolgenden Schritt wird die Magnetschicht 14 mittels eines Magneten magnetisiert.

Figur 1 b zeigt eine schematische Ansicht der Positionskodierungsstruktur 22. Es ist zu erkennen, dass die strukturierte Magnetschicht 14 eine Schichtdicke d hat. Im vor liegenden Fall beträgt die Schichtdicke d = 200 pm. Die Positionskodierungsstruktur 22 besitzt Magnetbereiche 28. i (i = 1 , 2, ... ), in denen die Magnetschicht 14 unverän dert ist.

In Nichtmagnetbereichen 30.j (j = 1 , 2, ... ) ist die Magnetschicht 14 zumindest teil weise, im vorliegenden Fall vollständig, entfernt. Eine Kante 32. k eine Magnetbe reichs 28. i, die einem Nichtmagnetbereich 30. i zugewandt ist, ist eine Bruchkante.

Der Grund hierfür ist, dass die Nichtmagnetbereiche 30.j durch Ablation der Magnet schicht 14 entstanden sind.

Figur 1 c zeigt ein Rastermuster, in dem die Magnetbereiche 28. i und die Nichtmag netbereiche 30.j angeordnet sind. Eine Strukturbreite S entspricht dem kleinsten Ab- stand zwischen zwei Magnetbereichen. Sind die Magnetbereiche 28. i und die Nicht magnetbereiche 30. i entlang eines Rasters 34 angeordnet, wie es in Figur 1 c gezeigt ist, so entspricht die Strukturbreite S der Zellengröße der Rastereinheiten des Ras ters 34 in einer Längserstreckungsrichtung L.

Figur 1 b zeigt, dass in allen Magnetbereichen 28. i stets eine magnetische Polarität vorliegt. Im vorliegenden Fall weist stets der Nordpol N nach oben. Alternativ kann auch der Südpol nach oben weisen. Maßgeblich ist, dass innerhalb eines Magnetbe reichs 28. i lediglich eine magnetische Polarität vorliegt. Links ist der Fall eingezeich net, dass neben der Positionskodierungsstruktur 22 eine weitere Positionskodie rungsstruktur 22' vorhanden sein kann, bei der in einem Magnetbereich 28.5 oder 28.6 die beiden Polaritäten Nordpol und Südpol an der Oberfläche vorliegen können. An derartigen Magnetbereichen 28 ist die Messunsicherheit bei der Positionsbestim mung höher, sie sind aber leichter herzustellen. Es ist daher möglich, dass derartige Positionskodierungsstrukturen 22' am Rande der eigentlichen Positionskodierungs strukturen 22 vorliegen, beispielsweise in Bereichen, wo die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit nicht so hoch sind.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Magnet-Längen- messsystems 36 mit dem Magnetmaßstab 10 und dem Auslesekopf 24. Das Magnet- Längenmesssystem 36 umfasst zudem eine Auswerteeinheit 38, die mit dem Ausle sekopf 24 verbunden ist. Der Auslesekopf 24 umfasst zumindest einen Magnetsen sor 40. m (im vorliegenden Fall gilt m = 1 , 2, 3. Es ist aber auch möglich, dass m = 1 oder m = 2 oder m=4 oder größer gilt).

Alle Magnetsensoren 40. m messen ein lokales Magnetfeld B. Aus den jeweiligen Messdaten wird von der Auswerteeinheit 38 die jeweilige Position x entlang einer x- Achse ermittelt, die sich entlang der Längserstreckungsrichtung L erstreckt.

Eine Magnetschicht-Länge LH beträgt im vorliegenden Fall LH = 1 Meter.

Das Magnet-Längenmesssystem 36 ist im vorliegenden Fall Teil einer erfindungsge mäßen Werkzeugmaschine 42, die einen Schlitten 44 hat, an dem ein Werkzeug 46, beispielsweise eine Wendeschneidplatte oder ein Fräser befestigt sind. Eine Position P des Werkzeugs 46 wird in x-Richtung mittels des Magnet-Längenmesssystems 36 ermittelt.

Figur 1 c zeigt, dass die Magnetschicht 14 eine Magnetschicht-Breite BH hat, die deutlich kleiner ist als die Magnetschicht-Länge LH. Das Aspektverhältnis A = L14/B14 liegt im vorliegenden Fall bei über 100.

Bezugszeichenliste

10 Magnetmaßstab

12 Substrat

14 Magnetschicht

16 Sintermaterialschicht

18 Ofen

20 Laser

22 Positionskodierungsstruktur

24 Auslesekopf

26 Laserstrahl

28 Magnetbereich

30 Nichtmagnetbereich

32 Kante

34 Raster

36 Magnet-Längenmesssystem

38 Auswerteeinheit

40 Magnetsensor

42 Werkzeugmaschine

44 Schlitten

46 Werkzeug

Bi4 Magnetschicht-Breite

L14 Magnetschicht-Länge f Repetitionsverlaufsfrequenz d Schichtdicke

i, j, k,m Laufindex

S Strukturbreite

L Längserstreckungsrichtung

B Magnetfeld

P Position

A Aspektverhältnis