Glossar

Ein optisches Längen- oder Winkelmesssystem besteht grundlegend aus einem Messkopf und einer Maßverkörperung. Die Messung einer Bewegung (Länge oder Winkel) erfolgt über ein optisches Verfahren wobei der Messkopf, die Maßverkörperung berührungslos abtastet. Im einfachsten Fall, werden Inkremente (Striche) auf der Maßverkörperung gezählt. Die definierten Abstände der Inkremente zueinander, ermöglichen eine Ableitung der gemessenen Länge – ähnlich wie bei einem Lineal.

Beim inkrementalen Messverfahren besteht die Teilung aus einer regelmäßigen Gitterstruktur. Die Positionsinformation wird durch Zählen der einzelnen Inkremente (Messschritte) von einem beliebig gesetzten Nullpunkt aus gewonnen. Da zum Bestimmen von Positionen ein absoluter Bezug erforderlich ist, verfügen die Maßstäbe oder Maßbänder über eine weitere Spur, die eine Referenzmarke trägt. Die mit der Referenzmarke festgelegte absolute Position des Maßstabs ist genau einem Messschritt zugeordnet. Bevor also ein absoluter Bezug hergestellt oder der zuletzt gewählte Bezugspunkt wiedergefunden wird, muss die Referenzmarke überfahren werden.

Beim absoluten Messverfahren steht der Positionswert unmittelbar nach dem Einschalten des Messgeräts zur Verfügung und kann jederzeit von der Folge-Elektronik abgerufen werden. Ein Verfahren der Achsen zum Ermitteln der Bezugsposition ist nicht notwendig. Diese absolute Positionsinformation wird aus der Maßstabteilung ermittelt, die als serielle Codestruktur oder aus mehrere Teilungs- bzw. Codespuren aufgebaut ist. Eine separate Inkrementalspur bzw. die Spur mit der feinsten Teilungsstruktur wird für den Positionswert interpoliert und gleichzeitig zum Erzeugen eines Inkrementalsignals verwendet.

Als Maßverkörperung dient eine hochgenaue Strichgitter-Teilung mit periodischer Anordnung von Strichen und Lücken. Ein Strich und eine Lücke werden zusammen als Teilungsperiode bezeichnet.

Beim Abtasten der Strichgitterteilung werden sinusförmige Signale erzeugt, deren Periode einem Teilungsintervall entspricht.

Anzahl der Teilungsintervalle pro Umdrehung (Drehwinkelerfassung).

Die sinusförmigen Messsignale werden je nach gewünschtem Unterteilungsfaktor n-fach unterteilt und von einer elektronischen Schaltung in Rechtecksignale umgewandelt.

Die Auflösung beschreibt in der Messtechnik den kleinsten, unterscheidbaren Messschritt eines Messsystems. Sie kann durch die Elektronik-, den Encoder- oder auf Mechanikebene definiert sein.

Ein Messschritt ist der kleinste Zählschritt, der in Abhängigkeit von Teilungsintervall und Interpolationsfaktor im Anzeigegerät dargestellt werden kann.

Referenzmarken dienen dazu, den Zählwert an einer bestimmten Position der Messstrecke eindeutig festzulegen. An dieser Position wird eine Signalspitze (Referenzimpuls) erzeugt.

Ein Referenzimpuls wird beim Überfahren der Referenzmarke aus beiden Richtungen reproduzierbar auf einen Zählschritt genau ausgegeben.

Die Genauigkeit ist ein entscheidendes Merkmal eines Messgeräts, das durch Genauigkeitsklassen (z.B. ±1 µm/m) angegeben wird. Bei offenen Linearmesssystemen gilt die Definition der Genauigkeitsklasse nur für die Maßverkörperung.

Die Genauigkeit der Messung wird im Wesentlichen beeinflusst durch:

• Güte der Teilung
• Güte der Abtastung
• Güte der Signalverarbeitungselektronik
• Exzentrizität der Teilung zur Lagerung
• Führungsabweichungen des Maßstabs zur Abtasteinheit

Diese Einflussgrößen teilen sich auf in messgerätespezifische Abweichungen und anwendungsabhängige Faktoren. Zur Beurteilung der erzielbaren Gesamtgenauigkeit müssen alle einzelnen Einflussgrößen berücksichtigt werden.

Die Wiederholgenauigkeit (auch Wiederholpräzision) ist die Fähigkeit eines Bewegungssystems, über viele Versuche unter identischen Bedingungen und während eines kurzen Zeitintervalls, eine Sollposition zuverlässig zu erreichen.

Die messgerätespezifische Abweichungen sind in den Technischen Kennwerten als Systemgenauigkeit angeben.

Die Systemgenauigkeit beinhaltet:

• Homogenität und Periodenschärfe der Teilung
• Ausrichtung der Teilung
• Abweichungen der Lagerung
• Positionsabweichungen innerhalb einer Signalperiode

Der Hysteresefehler ist eine Abweichung zwischen der tatsächlichen und der befohlenen Position verursacht durch Elastizität, die sich im Bewegungssystem angesammelt hat. Er beeinträchtigt die Genauigkeit und die bidirektionale Wiederholgenauigkeit.

Während des Verfahrens werden Amplitudenabweichungen, Offsetabweichungen, Amplitudendifferenzen und Phasenabweichungen zyklisch erfasst und stabilisiert.

Um die erforderliche hohe Auflösung zu erzielen, werden die periodischen analogen Signale A und B mittels Interpolationsverfahren weiter unterteilt. Die Interpolationsverfahren arbeiten fehlerfrei, solange die beiden sinusförmigen Ausgangssignale ideal und genau um 90° el. zueinander versetzt sind. Abweichungen davon generieren Fehler, die mit jeder Periode der Abtastsignale (Signalperiode) wiederkehren.

Maßgebend für die Größe der Abweichung sind viele Faktoren, beispielsweise:

• die Feinheit der Signalperiode
• die Homogenität und Periodenschärfe der Teilung
• die Güte der Filterstrukturen der Abtastung
• die Charakteristik der Sensoren
• die Stabilität und Dynamik der Weiterverarbeitung der analogen Signale

Ein Abbefehler (Kippfehler) beschreibt die Abweichung zwischen einem gemessenen und einem tatsächlichen Wert in der Längen-Messtechnik. Es handelt sich hierbei um einen systematischen Fehler, der durch geeignete Korrekturmaßnahmen kompensiert werden kann.

Freiheitsgrade bei der Montage des Abtastkopfs.

Der Arbeitsabstand beschreibt den vorgegebenen Abstand zwischen Messkopf und Maßverkörperung (in der Z-Achse). Die Abstände selbst sowie die Toleranzbereiche dieser können je nach Messsystem oder Ausführung unterschiedlich sein und müssen eingehalten werden, um eine zuverlässige Funktion des Messsystems im Betrieb zu gewährleisten.

Bei einem sog. offenen Messsystem, werden die beiden Hauptkomponenten Messkopf und Maßverkörperung einzeln ausgeliefert. Sie sind nicht durch ein umschließendes Gehäuse, gegen äußere Einflüsse geschützt, lassen sich allerdings dadurch wesentlich besser in Anwendungen integrieren.

Diese Systeme werden daher hauptsächlich in sauberen Umgebungen eingesetzt, beispielsweise in Fertigungsbereichen der Elektronikindustrie, Halbleitertechnik oder in Anwendungen der Medizintechnik.

Bei einem sog. Kit-Messsystem handelt es sich um ein modulares System, bei denen verschiedene Einzelkomponenten in einer Vielzahl von Ausführungen zusammengestellt werden können. Kundenspezifische Anfertigungen sind dabei ebenfalls möglich.

So ein System ermöglicht dem Anwender vielfältige Möglichkeiten eigene Ideen und Anforderungen an ein Messsystem, in seiner Anwendung individuell zu realisieren. Bei der neuesten Produktgeneration von NUMERIK JENA, wird bei Kit-Systemen der Name der jeweiligen Produktfamilie mit dem Beinamen „select“ bezeichnet (Bsp. „LIKselect“).