Linear-Encoder Optische Encoder werden im Allgemeinen anhand ihrer Abtasttechnologie – optisch oder magnetisch – klassifiziert. Magnetische Encoder verwenden Metallskalen (oft als „Bänder“ bezeichnet), während optische Encoder Skalen aus Metall (vorwiegend Stahlband) oder Glas nutzen. Obwohl sich die Auflösung und Genauigkeit magnetischer Encoder in den letzten Jahren deutlich verbessert haben, sind optische Encoder für Messauflösungen im Mikrometer- und Submikrometerbereich nach wie vor die bessere Wahl.
Von den beiden für optische Encoder verfügbaren Substraten (Metall und Glas) werden Glassubstrate vorwiegend für Anwendungen eingesetzt, die eine Auflösung bis in den Nanometerbereich erfordern.
Wann ist eine Submikron-Auflösung wirklich notwendig?
Die wohl häufigste Anwendung für lineare Glasencoder ist die Ultrapräzisionsbearbeitung, insbesondere Schleif- und Drehmaschinen für optische Komponenten und Bauteile der Luft- und Raumfahrtindustrie. Auch Bauteile, die mit einer Genauigkeit im einstelligen oder Submikrometerbereich bearbeitet wurden, müssen geprüft werden. Glasskalen ermöglichen es Messgeräten wie Koordinatenmessgeräten (KMG), diese Aufgabe zu erfüllen.
Neben der höheren Auflösung im Vergleich zur magnetischen Variante weisen lineare Drehgeber mit Glasskala einen wesentlich niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was bedeutet, dass die Skala praktisch unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist, welche die Teilung der Skala verändern und die Messgenauigkeit verringern können. Glas-Skalengeber kann auch in Vakuumumgebungen, einschließlich Hoch- und Ultrahochvakuum, eingesetzt werden.
Glasgitter sind jedoch nach wie vor ein Nischenprodukt und werden in den meisten Fällen nur im Notfall eingesetzt. Dies liegt zum Teil an den Kosten, aber auch daran, dass lineare Glas-Encoder im Vergleich zu magnetischen Encodern andere Anwendungs- und Integrationsherausforderungen mit sich bringen. Im Vergleich zu den meisten magnetischen Encodern ist die Gitterteilung feiner, und jeder Installationsfehler wirkt sich deutlicher auf die Genauigkeit der optischen Skala aus.
Glaslineale sind härter als Maßbänder, doch die Ebenheit der Montagefläche ist bei Glassubstraten wichtiger als bei Metallbändern. Die Montage des Lesekopfes erfordert eine Ausrichtung in fünf Achsen, um den korrekten Luftspalt zwischen Lesekopf und Skala zu gewährleisten – ein aufwändiger Prozess.
Nach der Installation der Skala ist es äußerst wichtig, sie vor Verunreinigungen zu schützen. Magnetische Skalen reagieren in den meisten Fällen nur auf magnetische Verunreinigungen, während optische Encoder empfindlich auf jegliche Partikel reagieren, die die Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigen. Dies kann ein schwieriges Problem darstellen, da lineare Skalen auf der Verfahrachse montiert werden, auf der die eigentliche Arbeit ausgeführt wird. Dadurch befinden sich die Encoder oft direkt an der Quelle von Spänen, Flüssigkeiten und anderen Verunreinigungen. Die gängigste Methode, optische Encoder, insbesondere Glasskalen, vor Verunreinigungen zu schützen, ist die Unterbringung der Skala in einem Gehäuse. Optional kann das Gehäuse zur besseren Abdichtung gegen Staub und Flüssigkeiten mit Druckluft gespült werden. Gehäuse verursachen jedoch zusätzliche Kosten, Verschleißpunkte und Hysterese, was wiederum die Messgenauigkeit beeinträchtigt. Die Montage des Messbandes in einem Aluminiumprofil mit Lippendichtung ist daher die effektivste Methode, es vor Verunreinigungen zu schützen.
Vertreter im Bereich Glasgitter sind:
HEIDENHAIN's DIADUR-Glas-basierte dreidimensionale Chromdrahtgitter haben typischerweise eine Teilung von 8 µm.
PRECIZIKA Floatglas, optisches Glas BK7, die Genauigkeit kann ±1 erreichen.
Das Abtastprinzip des GlasgittersInterferenzabtastung bei der fotoelektrischen Abtastung. Glasskalen sind mit sehr dünnen Linien, sogenannten Gittern oder Graduierungen, markiert, deren Gitterperioden (Teilung) nur wenige Meter betragen.Interferometrisches Scannen wird typischerweise für Gitterkonstanten von 5 Mikrometern oder weniger eingesetzt. Dabei werden dreidimensionale Strukturen in diesem Bereich genutzt, wobei die Beugung und Interferenz von Licht zum Einsatz kommt. Beim Durchgang des Lichts durch das Retikel wird es in drei Teilwellen gebeugt, die an einem dreidimensionalen Gitter in diesem Bereich gebeugt werden, sobald sie auf dieses treffen.
Die Wellen treffen sich dann erneut am Fadenkreuz, wo sie sich weiter beugen und miteinander interferieren.Zeichen und Skala sind mDurch die gegeneinander gerichtete Bewegung werden wechselnde Lichtintensitäten erzeugt. Diese Änderung der Lichtintensität wird von Photovoltaikzellen erfasst und in elektrische Signale umgewandelt.
Im Allgemeinen gibt es aufgrund von Kostengründen und Einschränkungen bei den Installations- und Nutzungsbedingungen immer noch wenige private Projekte, bei denen Glasgitter dieser Art zum Einsatz kommen.
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