Linear-Encoder Optische Encoder werden üblicherweise nach ihrer Abtasttechnologie – optisch oder magnetisch – klassifiziert. Magnetische Encoder verwenden Metallskalen (häufig als „Magnetbänder“ bezeichnet), während optische Encoder Skalen aus Metall (hauptsächlich Stahlstreifen) oder Glas nutzen. Trotz der in den letzten Jahren deutlich verbesserten Auflösung und Genauigkeit magnetischer Encoder sind optische Encoder für Messauflösungen im Mikrometer- und Submikrometerbereich weiterhin die bessere Wahl. Von den beiden für optische Encoder verfügbaren Substraten (Metall und Glas) werden Glassubstrate hauptsächlich für lineare Encoder verwendet, die typischerweise nach ihrer Abtasttechnologie – optisch oder magnetisch – klassifiziert werden. Magnetische Encoder verwenden Metallskalen (häufig als „Magnetbänder“ bezeichnet), während optische Encoder Skalen aus Metall oder Glas nutzen. Trotz der in den letzten Jahren deutlich verbesserten Auflösung und Genauigkeit magnetischer Encoder sind optische Encoder für Messauflösungen im Mikrometer- und Submikrometerbereich weiterhin die bessere Wahl. Von den beiden für optische Encoder verfügbaren Substraten (Metall und Glas) werden Glassubstrate hauptsächlich für Anwendungen eingesetzt, die eine Auflösung im Nanometerbereich erfordern.

 

Die häufigste Anwendung von linearen Glasgitter-Encodern liegt in der Ultrapräzisionsbearbeitung, insbesondere bei Schleif- und Drehmaschinen für optische Komponenten und Bauteile in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Sie sind auch für die Prüfung von Bauteilen mit einer Genauigkeit im einstelligen oder Submikrometerbereich unerlässlich, und Glasgitter ermöglichen es Messgeräten wie Koordinatenmessgeräten (KMG), diese Aufgabe zu erfüllen.

 

Neben der höheren Auflösung im Vergleich zur magnetischen Variante zeichnet sich der lineare Glasgitter-Encoder durch einen deutlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Dadurch ist er nahezu unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, welche die Gitterteilung verändern und die Messgenauigkeit beeinträchtigen könnten. Glas-Encoder eignen sich zudem für den Einsatz in Vakuumumgebungen, einschließlich Hochvakuum und Ultrahochvakuum.

 

Glasgitter sind jedoch nach wie vor ein Nischenprodukt und werden meist nur im Notfall eingesetzt. Dies liegt zum Teil an den Kosten, aber auch daran, dass lineare Glasgitter-Encoder im Vergleich zu magnetischen Encodern andere Herausforderungen bei Anwendung und Integration mit sich bringen. Im Vergleich zu den meisten magnetischen Encodern ist der Gitterabstand feiner, wodurch sich Installationsfehler deutlich stärker auf die Genauigkeit des optischen Messsystems auswirken.

 

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 des Messgitters ist es äußerst wichtig, es vor Verschmutzung 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 die lineare Skala auf der Verfahrachse montiert ist, auf der die Arbeiten ausgeführt werden. Dadurch befindet sich der Encoder typischerweise direkt an der Quelle von Spänen, Flüssigkeiten und anderen Verunreinigungen. Die gängigste Methode zum Schutz optischer Encoder (insbesondere von Glasmessgittern) vor Verschmutzung ist die Unterbringung des Messgitters in einem Gehäuse, das optional mit Druckluft abgeblasen wird, um das Eindringen von Staub und Flüssigkeiten besser zu verhindern. Das Gehäuse erhöht jedoch die Kosten, die Anzahl der Verschleißstellen und die Hysterese, was wiederum die Messgenauigkeit beeinträchtigt. Daher ist die Installation des Messbandes in einem Aluminiumprofil mit einer lippenförmigen Dichtung die effektivste Methode, um Verschmutzungen zu vermeiden.

 

Heidelbergs Das DIADUR-Glasmatrix-3D-Chromdrahtgitter hat typischerweise einen Gitterabstand von 8 µ m. PRECIZIKA Floatglas und optisches Glas BK7 mit einer Genauigkeit von ± 1.

 

Das Abtastprinzip von Glasgittern basiert auf der Interferenzabtastung in der Fotoelektronentechnik. Die Glasskala ist mit sehr dünnen Linien, sogenannten Gittern oder Skalen, markiert, deren Gitterperioden (Abstände) nur wenige Mikrometer betragen. Die Interferenzabtastung wird typischerweise für Rasterabstände von 5 Mikrometern oder kleiner eingesetzt. Dabei wird eine dreidimensionale Struktur auf der Skala genutzt, die auf Lichtbeugung und Interferenz beruht. Beim Durchgang von Licht durch das Gitter wird es in drei Teilwellen gebeugt. Treffen diese Teilwellen auf die Skala, werden sie vom dreidimensionalen Gitter gebeugt. Anschließend treffen die Wellen erneut auf das Gitter, wo sie sich weiter beugen und miteinander interferieren. Durch die relative Bewegung der Markierungen und Skalen zueinander entstehen wechselnde Lichtintensitäten. Diese Änderung der Lichtintensität wird von Photovoltaikzellen erfasst und in elektrische Signale umgewandelt.

 

Insgesamt gibt es in China aufgrund von Kostengründen und Einschränkungen bei den Installations- und Nutzungsbedingungen noch relativ wenige Projekte, die Glasgitterlineale dieser Art verwenden.

 

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