Miniaturisierter optischer Drehwinkelsensor

Winkelmessung auf engstem Raum war bisher eine kaum lösbare Aufgabe. Insbesondere, wenn ein optisches Verfahren angewendet werden soll und eine hohe Auflösung benötigt wird, ist bisher keine zufriedenstellende Lösung zu finden. Hahn-Schickard hat in Zusammenarbeit mit dem IMS Chips einen neuen Ansatz zur Lösung dieser Aufgabe gefunden.
 
Die Grundidee des neuen Verfahrens ist es, die Winkelinformation direkt auf einem Opto-ASIC zu integrieren. Dadurch ist es möglich, Winkelscheiben mit sehr kleinen Durchmessern (> 1mm) zu realisieren. Aber auch große Durchmesser oder gar Winkelscheiben für Hohlwellen sind möglich. Auf der Winkelscheibe befindet sich lediglich ein einheitlich strukturiertes Beugungsgitter, welches optisch abgetastet wird. Bei einer Drehung der Welle bzw. der Winkelscheibe dreht sich ein Lichtspot auf dem Opto-ASIC ähnlich einem optischen Zeiger. Durch diesen Ansatz ist der Drehwinkelsensor frei von Messfehlern, welche bei herkömmlichen Drehwinkelsensoren aufgrund von nicht vermeidbaren Exzentrizitäten zwischen Winkelscheibe und Drehwelle entstehen und nur mit großem Justageaufwand minimiert werden können.
 
Auf Anhieb konnte mit dem Demonstrator eine Auflösung von 10 Bit erreicht werden bei einem Durchmesser < 10 mm. Das optische Konzept erlaubt es, die Winkelinformation sowohl absolut als auch inkrementell zu erfassen und auch Kombinationen daraus sind möglich. Werden höhere Auflösungen gefordert, lassen sich diese mittels Interpolationsverfahren erreichen. Spezielle Schnittstellen lassen sich mithilfe des Opto-ASIC realisieren.
 
Die Kompetenzen von Hahn-Schickard im Bereich der Auslegung und Entwicklung von miniaturisierten optischen Systemen sowie deren Herstellung und Charakterisierung werden am Beispiel dieses miniaturisierten optischen Drehwinkelsensors dargestellt. Aufgrund des einfachen Aufbaus ist nach einer industriellen Umsetzung des Konzepts nur mit geringen Herstellkosten zu rechnen. Eine Anbindung des Systems an eine spezifische Anwendung kann individuell gestaltet werden.

Kontakt: Hahn-Schickard, Claudia Feith, Claudia.Feith@hahn-schickard.de