Techniker, die optische Messsysteme zum ersten Mal verwenden, fragen oft nach dem Konzept der Gitterperiode. Dabei kann es leicht passieren, dass sie den Zusammenhang zwischen der Gitterperiode und der tatsächlichen Messauflösung verwechseln. Auch die verschiedenen Hersteller optischer Messsysteme legen bei ihren Produktbeschreibungen unterschiedliche Schwerpunkte. Zum Beispiel: HEIDENHAIN's Bei der Auswahl wird vor allem auf die Gitterperiode und den Messschrittabstand geachtet; PRECIZIKA Bei den FAGOR-Proben liegt der Schwerpunkt hauptsächlich auf der Auflösung.
Um die optischen Skalen zu verstehen, sollte man daher zunächst das Konzept und die inneren Zusammenhänge der Gitterperiodeden Signalperiodeden Messschritt und der Auflösung.
Die Gitterperiode Die Gitterteilung (auch als Rasterteilung bezeichnet) der optischen Skala wird auch als physikalische Rasterteilung bezeichnet. Das Raster dient als Messreferenz eines Rasterlineals oder Encoders und ist ein periodisches Gitter. Optische Encoder verwenden üblicherweise zwei Arten von Substraten: Metall und Glas. Das Raster besteht aus einer Reihe von Streifen und Schlitzen auf einem Metall- oder Glaslineal. Die Breite eines Streifens und eines Schlitzes wird als Rasterteilung bezeichnet; gängige Rasterteilungen sind 20 μm und 40 μm.
HEIDENHAIN hat beispielsweise mehrere Marken für Präzisionsgitter registriert, darunter:
- AURODUR: Ätzlinien auf goldbeschichtetem Stahlstreifen, typische Gitterperiode 40 µm
- METALLUR: Verschmutzungsresistenter, vergoldeter Draht, typische Teilung 20 µm;
- DIADUR： Ultraharte Chromdrähte auf einem Glassubstrat (typischer Abstand 20 µm) oder dreidimensionales Chromdrahtgitter auf einem Glassubstrat (typischer Abstand 8 µm);
- SUPRADUR: Phasengitter: optische dreidimensionale flache Gitterlinien; ausgezeichnete Antifouling-Eigenschaften; typische Gitterteilung überschreitet nicht 8 µm;
- OPTODUR Phasengitter: Optische dreidimensionale flache Gitterlinien, ultrahohe Reflexionsleistung, typischer Gitterabstand überschreitet nicht 2 µm.
Für die Herstellung von Gittermastern werden Präzisionsgraviermaschinen benötigt. Die Klarheit und Gleichmäßigkeit der Kanten der gravierten Gitterlinien ist entscheidend dafür, ob der Lesekopf nach der fotoelektrischen Abtastung qualitativ hochwertige Signale ausgibt. Auch die Gitterqualität der Gitterskala ist ein wichtiger Faktor für die Genauigkeit der optischen Skalen.
Signalperiode: Bei jedem Abtasten eines Gitterrasters durch den Lesekopf wird eine Sinus- oder Rechteckwellensignalperiode erzeugt. Dieses Signal wird durch eine elektronische Schaltung (eingebaute oder externe Unterteilungsbox des Lesekopfes) unterteilt, beispielsweise um den Faktor 5, 10, 50 oder 100, sodass eine sehr hohe Auflösung erreicht werden kann.
(Signalperiode von Sinus-, Kosinus- und Rechteckwellen)
Messschritt Der Messschritt bezeichnet die minimale Distanz, die die Bewegungsachse des Systems zurücklegen kann. Beim 1VPP-Signal hängt der Messschritt vom externen Unterteilungssignal ab. Die Anzahl der Messschritte gibt an, wie viele Inkremente (Messschritte) von einem bestimmten Punkt aus die Positionsinformation liefert.
Auflösung Die Auflösung ist die kleinste messbare physikalische Bewegung. Sie ist definiert als die Strecke eines einzelnen Impulses. Bei Linear-Encodern wird die Auflösung in µm/Impuls oder nm/Impuls angegeben; bei Drehgebern in Impulsen/Umdrehung, Bogensekunden/Impuls oder Mikroradian/Impuls. Die Bedeutung der Auflösung entspricht der Messschrittweite. Verschiedene Hersteller verwenden diesen Begriff jedoch unterschiedlich. Beispielsweise entspricht ein Durchlauf im HEIDENHAIN-System der Messschrittweite, während im PRECIZIKA-System die Auflösung angegeben wird.
Die Auflösung lässt sich aus der Gitterperiode und dem Unterteilungsfaktor berechnen. Der Unterteilungsfaktor entspricht der Summe der internen und externen elektronischen Unterteilung des Gitterlineals. Die vom Hersteller angegebene Auflösung (Messschritt) beinhaltet in der Regel die externe 4-fache Frequenzunterteilung in der nachfolgenden elektronischen Schaltung (z. B. PRECIZIKA, HEIDENHAIN, RSF), sofern keine abweichenden Anweisungen vorliegen. Beispiel: Beträgt die Gitterperiode des Gitterlineals 40 µm und die interne Interpolation 50-fach, so ergibt sich eine Auflösung von 40/(50*4) = 0.2 µm.
Daher kann man bei der Berechnung der Auflösung des Gitterlineals und der Messung des Schrittabstands folgende Methode anwenden: Auflösung = Gitterperiode / Summe der Interpolationen
Die oben genannten Konzepte bilden die Grundlage von Gitterskalen. Anhand der Parametercharakteristika des Gitterlineals lassen sich Funktion und Leistungsfähigkeit analysieren und bestimmen. In den folgenden Artikeln werden wir zudem erläutern, wie diese konzeptionellen Parameter die praktische Anwendung von Gitterlinealen beeinflussen.
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