Was ist ein Linearmaßstab?
Ein Linearmaßstab ist ein Gerät, das Positionen und Strecken, die auf einer geraden Linie zurückgelegt werden, mit hoher Genauigkeit misst und als elektrische Signale ausgibt. Sie werden manchmal auch als Längenmessgeräte bezeichnet.
Linearmaßstäbe lassen sich je nach Verfahrweg in zwei Typen unterteilen. Der erste ist der absolute Typ, der den Verfahrweg ausgehend von einer absoluten Position berechnet, und der zweite ist der inkrementelle Typ, der keine absolute Position hat und nur den Verfahrweg berechnet.
In Linearmaßstäben werden zwei Arten von Positionserfassungsmethoden verwendet. Es handelt sich dabei um elektromagnetische Detektoren, die mit elektromagnetischer Induktion arbeiten, und um optische Detektoren, die das Licht einer Lichtquelle lesen, indem sie es durch ein Kodierrad leiten. Die elektromagnetische Methode ist etwas weiter verbreitet als die optische.
Anwendungen von Linearmaßstäben
Linearmaßstäbe werden unter anderem in Werkzeugmaschinen und in der Halbleiterfertigung eingesetzt. Sie werden in Werkzeugmaschinen zum Ablesen und Kontrollieren des Bewegungsumfangs während des Maschinenbetriebs und in Prüfgeräten für Halbleiterbauteile zur Messung eingesetzt, insbesondere in Bereichen, in denen Präzisionsmessungen erforderlich sind.
Insbesondere elektromagnetische Linearmaßstäbe werden aufgrund ihres einfachen Aufbaus in allgemeineren Anwendungen eingesetzt. Typische Beispiele sind digitale Messschieber. Digitale Messschieber sind Messgeräte, die die Länge von zwei Punkten messen, aber aufgrund ihrer Vielseitigkeit in vielen Produktionsstätten eingesetzt werden.
Funktionsweise der Linearmaßstäbe
Das Prinzip der elektromagnetischen Linearmaßstäbe beruht auf der elektromagnetischen Induktion in der Physik. Konkret enthalten der Hauptmaßstab und der Detektor jeweils eine Spule, die eine elektromotorische Kraft erzeugt, die der Veränderung des Abstands zwischen den beiden entspricht. Die Entfernung wird indirekt gemessen, indem die durch die Bewegung erzeugte elektromotorische Kraft gemessen und in eine zurückgelegte Entfernung umgerechnet wird. Linearmaßstäbe mit elektromagnetischer Induktion haben einen einfachen Aufbau, sind unempfindlich gegen Schmutz und andere Verunreinigungen und können in vielen Fällen eingesetzt werden, eignen sich aber nicht für Umgebungen, in denen Magnetfelder erzeugt werden.
Das Prinzip der optischen Linearmaßstäbe beruht auf dem Licht, das von einem lichtemittierenden Element ausgestrahlt und von einem auf der gegenüberliegenden Seite angebrachten lichtempfangenden Element erfasst wird. Zwischen dem lichtemittierenden und dem lichtempfangenden Element befinden sich ein fester Hauptmaßstab und ein Fadenkreuzgitter. In die Hauptskala und das Fadenkreuzgitter sind Schlitze geschnitten, die Interferenzstreifen erzeugen, die zur Positionsbestimmung elektrisch umgewandelt werden.
Im Vergleich zum elektromagnetischen System ermöglicht der optische Linearmaßstab hochpräzise Messungen und ist weniger anfällig für Magnetfelder. Andererseits sind sie in der Regel etwas größer und anfälliger für externe Lichteinstrahlung auf die Oberfläche.
Weitere Informationen über Linearmaßstäbe
Anwendung von Linearmaßstäben
Linearmaßstäbe werden als Mittel zur Erfassung der genauen Position des Stellglieds und des Aktuators, der zur Bewegung des Objekts verwendet wird, in Halbleiterfertigungsanlagen, Werkzeugmaschinen usw. zur präzisen Positionskontrolle eingesetzt. Laserinterferometer und Encoder sind derzeit als Methoden zur präzisen Positionserfassung verfügbar.
Bei der Konstruktion eines Aktuators ist es üblich, dass der Aktuator auf einer linearen Bewegung in den drei Achsen (X-, Y- und Z-Achse) basiert und durch eine räumliche Bewegung, die die drei Achsen kombiniert, aufgebaut wird. Daher werden Linearmaßstäbe eingesetzt, die eine lineare Präzisionspositionserfassung ermöglichen. Die Maßstäbe und Detektoren werden an den beweglichen bzw. festen Teilen angebracht und ermöglichen eine präzise Erfassung der Abstände.
In den letzten Jahren hat es rasante Fortschritte bei den Halbleitern gegeben, und die Halbleiterindustrie entwickelt sich gemäß dem Mooreschen Gesetz mit höherer Integration weiter. Die aktuellen Fortschritte in der Halbleiterindustrie haben sich auch auf verschiedene elektronische Geräte ausgewirkt, wobei verschiedene Produkte immer stärker elektronisch gesteuert und präziser werden. Da Integration und Dichte weiter zunehmen, ist es wichtig, dass die Positionserfassungsgenauigkeit von Fertigungsanlagen für Halbleiter und Werkzeugmaschinen zur Herstellung von Maschinenteilen mit hoher Präzision ebenfalls hochgenau ist.
Einbau von Linearmaßstäben
Linearmaßstäbe werden häufig in Präzisionsausrüstungen für Werkzeugmaschinen und in der Halbleiterfertigung eingesetzt, da sie Positionen mit hoher Präzision messen können und einige Auflösungen im Mikrometerbereich oder darunter haben.
Bei der Konstruktion von Linearmaßstäben sind das Montageverfahren und die Montagegenauigkeit wichtig, um eine hohe Erfassungsgenauigkeit zu gewährleisten. Die Montagegenauigkeit für die Leistung von Linearmaßstäben ist in der Gebrauchsanweisung des jeweiligen Produkts und Herstellers beschrieben. Die Einbaumethode hängt von der Struktur des Geräts ab, in das der Linearmaßstab eingebaut wird, und muss vom Konstrukteur berücksichtigt werden.
Da die Genauigkeit des Linearmaßstabs selbst in der Größenordnung von Mikrometern liegt, ist eine Montagegenauigkeit von weniger als 1 mm für den Abstand zwischen Sensor und Maßstab, z. B. Gieren, Rollen und Nicken, erforderlich. In einigen Fällen ist es erforderlich, eine Präzisionsvorrichtung für die Montage zu entwerfen und herzustellen oder den Maßstab während der Montage manuell zu justieren.