Optische Encoderscheiben
Unsere hochpräzisen Encoderscheiben und Linearmassstäbe sind für Bewegungssteuerungssysteme konzipiert, die absolute Exaktheit erfordern. Die Chrom-auf-Glas-Technologie erlaubt uns, Muster mit submikronischer Kantenschärfe zu fertigen.
Das Produkt im Detail
Fertigung optischer Encoderscheiben
Die optischen Encoderscheiben und Linearmassstäbe von Selba sind photolithographische Präzisionskomponenten, die eine Dreh- oder Linearbewegung in ein hochexaktes elektrisches Signal für Bewegungsfeedback, Steuerung und Messung umwandeln. Vollständig nach Kundenspezifikation gefertigt – es gibt keine Katalogprodukte –, sind sie auf Glas-, Film- und Aluminiumsubstraten in Durchmessern von 20 bis 200 mm erhältlich, auf besondere Anfrage auch Scheiben bis 290 mm.
Die Graduierungsmuster werden mit bis zu 50 800 dpi gefertigt und liefern feine Strichteilungen mit gleichbleibender Breite, scharfer Kantendefinition und mikrometrischer Positionsgenauigkeit über die gesamte Musterfläche – eine Exaktheit, die sich direkt in der Auflösung und Messleistung des Encodersystems niederschlägt. Glassubstrate bieten die dimensionale Stabilität und geringe thermische Ausdehnung, die zur Erhaltung der Mustergeometrie und des optischen Kontrasts über den gesamten Betriebstemperaturbereich erforderlich sind, während Aluminiumsubstrate und aluminiumbedampfte Filmvarianten gewichtsbeschränkte beziehungsweise hochreflektive Anwendungen bedienen. Chrom- und Antireflex-Chrombeschichtungen werden passend zu den Anforderungen an optischen Kontrast und Signal-Rausch-Verhältnis Ihrer Lesekopfkonfiguration gewählt.
Die langfristige Zuverlässigkeit beruht auf der Integration von photolithographischer Strukturierung und Glasbearbeitung an einem einzigen Standort – die Toleranzaddition zwischen Graduierungsmuster und mechanischer Geometrie entfällt, und die dimensionalen, optischen und strukturellen Eigenschaften der fertigen Scheibe bleiben über die gesamte Nutzungsdauer des Encodersystems stabil, das sie ausrüstet.
Bewegungsfeedback
Produktbeschreibung
Selba fertigt inkrementale und absolute Encoderscheiben und Linearmassstäbe auf Glas- und Filmsubstraten; sie bilden das optische Leseelement in Dreh- und Linearencodersystemen. Unser photolithographischer Prozess gewährleistet gleichbleibende Strichbreiten, Teilungsgenauigkeit und Kantenschärfe – Parameter, die direkt die Auflösung und Signalqualität des Encoders bestimmen. Das Glassubstrat wird wegen seiner dimensionalen Stabilität und Temperaturbeständigkeit gewählt; Film stellt eine wirtschaftliche Alternative dar. Massgeschneiderte Graduierungsmuster werden nach Ihren Spezifikationen entwickelt: Anordnung der Spuren, Indexmarken und Blendengeometrie.
- Industrielle Automatisierung & Robotik
- CNC-Bearbeitung & Präzisionsfertigung
- Luft- und Raumfahrt- & Verteidigungssysteme
- Medizinprodukte & Bildgebungssysteme
PRODUKTSPEZIFIKATIONEN
Technische Details
Jede Dimension. Jede Spezifikation. Kein Standardkatalog.
Selba entwickelt und fertigt inkrementale und absolute Encoderscheiben und Linearmassstäbe vollständig nach Kundenspezifikation – es gibt keine Standardprodukte. Graduierungsmuster, Spurenanordnung, Indexmarken und Blendengeometrie werden in enger Zusammenarbeit mit Ihrem Konstruktionsteam definiert, um exakt der Auflösung, dem Signalformat und der mechanischen Schnittstelle des vorgesehenen Encodersystems zu entsprechen.
Encoderscheiben sind auf Glas-, Film- und Aluminiumsubstraten in einem durchgängigen Durchmesserbereich von 20 bis 200 mm erhältlich, auf besondere Anfrage bis 290 mm. Glassubstrate werden für Anwendungen mit hohen Anforderungen an dimensionale Stabilität und Temperaturbeständigkeit gewählt. Film bietet eine wirtschaftliche Alternative für weniger anspruchsvolle Umgebungen, während Aluminium – in Folien bis zu einer Dicke von 0,2 mm verfügbar – Anwendungen bedient, bei denen geringes Gewicht und kompakte Integration im Vordergrund stehen. Aluminiumbedampfte Filmvarianten sind zudem für Anwendungen erhältlich, die hohe Reflektivität mit wirtschaftlicher Produktion verbinden.
Linearmassstäbe werden auf Glas und Film gefertigt; Teilungsgenauigkeit und Kantenschärfe ergeben sich aus unserem hochauflösenden Laser-Photoplotting-Prozess mit bis zu 50 800 dpi. Die Mustertreue über die gesamte Graduierungslänge wird im Rahmen des Standardprüfprotokolls kontrolliert.
Verfügbare Substrate
Sodalime / Quarz / Film / Aluminium
Durchmesserbereich
20–200 mm (bis 290 mm auf Anfrage)
Plotting-Auflösung
5 µm Standard. Auf Anfrage bis zu 2 µm
Substratdicke
Glas: bis 0,1 mm / Aluminium: bis 0,2 mm
Basis der Linearmassstäbe
Intern kontrolliert
Strukturierung
Chrom (Standard & AR) / Filmemulsionn
PRODUKTSPEZIFIKATIONEN
Services nach Mass
Von der Dateiprüfung zum fertigen Bauteil
Unsere Dienstleistung für Encoderscheiben und Linearmassstäbe umfasst den gesamten Fertigungsablauf und beginnt vor der eigentlichen Produktion. Jeder Auftrag – ob Einzelprototyp oder Fertigungslos – beginnt mit einer strukturierten Dateiprüfung durch die F&E-Experten von Selba. Die eingereichte Vorlage wird vor Produktionsstart mit dem vorgesehenen Substrat, dem photolithographischen Prozess und den mechanischen Randbedingungen abgeglichen, sodass die Konstruktionsabsicht bis zum fertigen Bauteil erhalten bleibt.
Für Prototyping und die Validierung des ersten Musterteils sind Photolithographie und Glasbearbeitung an einem einzigen Standort vereint, was kurze Durchlaufzeiten ohne Abhängigkeit von Zulieferern ermöglicht. Reift ein Programm zur Kleinserie oder Massenproduktion, bleiben dieselben Prozessparameter, Substratmaterialien und Prüfprotokolle über alle Lose hinweg erhalten – die Reproduzierbarkeit, die Integratoren von Encodersystemen für eine gleichbleibende Leistung benötigen. Die vollständige Rückverfolgbarkeit wird über die gesamte Produktionskette gewahrt, und unser technischer Support bleibt in jeder Phase verfügbar: bei der Anpassung der Spurengeometrie, der Prüfung alternativer Substrate oder der Skalierung der Produktionsmengen.
Validierung durch F&E
Vom Prototyp zur Serie
Schnelles Prototyping
SONDERANFERTIGUNG & SERIENPRODUKTION
Industrielle Anwendungen
Technische Details
Selba fertigt Encoderscheiben und Linearmassstäbe auf Sodalimeglas, Quarz (Quarzglas), Film und Aluminium – jedes Substrat abgestimmt auf die dimensionalen, thermischen und optischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Sodalimeglas (≈ 9 ppm/°C) eignet sich für die Mehrheit der industriellen und messtechnischen Anwendungen, während Quarz (≈ 0,55 ppm/°C) gewählt wird, wenn thermische Stabilität und UV-Transmission entscheidend sind. Die Graduierungsmuster werden photolithographisch in Standard- oder Antireflex-Chrom definiert; Letzteres reduziert Rückreflexionen in hochauflösenden Konfigurationen mit geringem Arbeitsabstand des Lesekopfs. Die Scheibendurchmesser erstrecken sich durchgängig von 20 bis 200 mm – auf besondere Anfrage bis 290 mm –, mit Substratdicken bis 0,1 mm auf Glas und 0,2 mm auf Aluminium, alles nach Kundenspezifikation ohne Katalogformat.
Die Präzision wird auf drei Ebenen kontrolliert: Positionierung und Teilungsgenauigkeit der Graduierungslinien werden durch Laser-Photoplotting bis 50 800 dpi auf mikrometrische Toleranzen gehalten; die Aussengeometrie und Befestigungselemente werden nach Spezifikation mit intern entwickeltem Werkzeug bearbeitet; und die Zuordnung zwischen Muster und Geometrie wird durchgängig an einem einzigen Standort kontrolliert, was die Toleranzaddition zwischen Strukturierung und Bearbeitung entfällt. Die Qualität der strukturierten Oberfläche – Beschichtungsgleichmässigkeit, Kantenschärfe, Fehlerfreiheit – wird vor dem Versand jeder Scheibe optisch kontrolliert, ebenso wie die Substratplanheit und der Zustand der bearbeiteten Kanten: So erfüllen sowohl die optische als auch die mechanische Leistung des fertigen Bauteils die Anforderungen des Encodersystems, dem es dient.
Industrielle Anwendungen
Die optischen Encoderscheiben und Linearmassstäbe von Selba dienen anspruchsvollen Anwendungen zur Bewegungsrückmeldung und Positionsmessung in einer Vielzahl von Branchen und Technologieplattformen. In der industriellen Automatisierung und Robotik liefern sie das geschlossene Regelkreis-Feedback, das Positionierwiederholbarkeit, Bahngenauigkeit und Mehrachskoordination in Servoantrieben, Förderanlagen, Gelenkarmen und kollaborativen Robotergelenken bestimmt. In CNC-Bearbeitungszentren liefern Encoderscheiben und Linearmassstäbe die hochauflösenden Winkel- und Positionsdaten, die Schnittgenauigkeit, Oberflächenqualität und dimensionale Reproduzierbarkeit über Fertigungslose hinweg bestimmen. In der Luft- und Raumfahrt werden Scheiben auf Quarzsubstrat wegen ihrer aussergewöhnlichen thermischen Stabilität über extreme Temperaturbereiche eingesetzt – für Flugsteuerung, Kardanpositionierung, Antennenverfolgung und Sensorik an ausfahrbaren Strukturen im Luft- und Raumfahrtumfeld.
Medizintechnische Anwendungen – einschliesslich chirurgischer Robotik, CT- und Strahlentherapiesysteme sowie Laborautomatisierung – erfordern die submillimetrische Positionsgenauigkeit und Chargenkonsistenz, die durch unseren kontrollierten Produktionsprozess und die vollständige Rückverfolgbarkeitsdokumentation von Selba unterstützt werden. In Nanodruck- und Nanofertigungsanlagen, bei denen die Positionierung der Achsen in Nanometern gemessen wird, schlagen sich Teilungsfehler und Signalrauschen der Encoderscheibe direkt in der Positionierungsunsicherheit des gedruckten Musters nieder – die Qualität der Encoderscheibe ist damit untrennbar mit der Strukturierungsfähigkeit des Systems verbunden. Photonische Systeme, einschliesslich Laserstrahlsteuerungsplattformen, Faserausrichtungsachsen und Interferometern, stützen sich auf Encoderfeedback für die Sub-Bogensekunden-Winkel- und nanometergenaue Linearpositionierung, die optische Ausrichtung, Strahlausrichtung und Messwiederholbarkeit bestimmen, wobei Signalreinheit und Musterqualität ebenso entscheidend sind wie die Positionsgenauigkeit.
Services nach Mass
Selba ist ein vollständig auf Mass fertigender Präzisionshersteller – es gibt keine Standardprodukte, und jede Encoderscheibe, jeder Linearmassstab, jede Photomaske, jede Kalibrierplatte und jedes Glasbauteil verlässt unser Werk nach einer Spezifikation, die gemeinsam mit dem Kunden definiert wurde. Massgeschneiderte Graduierungsmuster, Spurenanordnungen, Indexmarkenkonfigurationen und Substratformate werden von Grund auf entwickelt, um exakt den optischen, mechanischen und dimensionalen Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu entsprechen; unser F&E-Team prüft jede eingereichte Vorlagedatei vor Produktionsstart – Konstruktionsintegrität, Prozesseinschränkungen und Optimierung der Geometrie für das gewählte Substrat und den photolithographischen Prozess.
Dieses ingenieurtechnische Engagement beginnt bereits in der frühesten Entwicklungsphase: Für Kunden in der Prototyping-Phase ermöglicht die Integration von Photolithographie und Glasbearbeitung eine schnelle Fertigung des ersten Musterteils ohne Abhängigkeit von Zulieferern, sodass Konstruktionsiterationen schnell und kostengünstig validiert werden können. Reift ein Programm, bleiben dieselben Prozessparameter, Substratmaterialien und Prüfprotokolle, die im Prototyping angewendet wurden, in der Kleinserie und der Volumenproduktion erhalten – die in der Entwicklung erzielte Leistung ist damit im grossen Massstab vollständig reproduzierbar.
Über den gesamten Lebenszyklus eines Programms – von der ersten Konstruktionsprüfung über das Musterteil und die Qualifizierung bis zur Serienlieferung – bleibt das Ingenieurteam von Selba direkt erreichbar und unterstützt Kunden bei der Substratwahl, der Beschichtungsspezifikation, der prozessgerechten Konstruktionsoptimierung und der Verwaltung von Revisionsständen der Vorlage – eine technisch fundierte, langfristige Partnerschaft statt einer rein transaktionalen Lieferbeziehung.
Anwendungsfall
Entwicklung einer 200-mm-Glas-Encoderscheibe für ein hochauflösendes Drehencodersystem
„Die R&D- und Glasbearbeitungsteams von Selba entwickelten einen speziellen Bearbeitungsprozess mit einem gefasten Randprofil über den gesamten Umfang der Scheibe.“
FAQ
Häufig gestellte Fragen
Was ist eine optische Encoderscheibe?
Eine optische Encoderscheibe ist das zentrale optische Element eines Drehencodersystems und wandelt eine mechanische Drehung in ein hochauflösendes elektrisches Signal um. Sie besteht aus einem Präzisionssubstrat – typischerweise Glas, Film oder Aluminium –, das ein photolithographisch gefertigtes Graduierungsmuster aus opaken und transparenten Segmenten trägt, die mit definierter Geometrie um ihren Umfang angeordnet sind. Auf einer rotierenden Welle montiert, läuft die Scheibe an einer feststehenden optischen Lesekopfeinheit vorbei, die aus Lichtquelle, Kollimationsoptik und Photodetektor besteht. Das Graduierungsmuster moduliert das den Detektor erreichende Licht während der Drehung und erzeugt das periodische Signal, aus dem die Encoderelektronik Winkelposition, Drehgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung ableitet. An der Scheibe werden die grundlegenden Grenzen von Auflösung, Exaktheit und Signalqualität festgelegt – die photolithographische Präzision ihres Graduierungsmusters ist damit die kritischste Variable für die Leistung des Encodersystems.
Wie funktioniert ein optischer Drehencoder?
Ein optischer Drehencoder liest ein Präzisionsgraduierungsmuster auf einer rotierenden Scheibe, um ein kontinuierliches elektrisches Signal proportional zur Winkelposition oder -geschwindigkeit zu erzeugen. Während sich die Scheibe dreht, läuft ihr Graduierungsmuster – eine präzise definierte Abfolge opaker und transparenter Segmente, photolithographisch mit einer kontrollierten Winkelteilung gefertigt – am optischen Lesekopf vorbei. Der Lesekopf projiziert Licht durch die Graduierung oder auf sie; die abwechselnden opaken und transparenten Segmente modulieren die am Photodetektor eintreffende Lichtintensität und erzeugen ein periodisches elektrisches Signal, dessen Frequenz proportional zur Drehgeschwindigkeit ist und dessen Periode der Graduierungsteilung entspricht.
Inkrementale Encoder erzeugen ein sich wiederholendes Signal, aus dem die Winkelverschiebung relativ zu einer bekannten Referenzposition kumuliert wird, die üblicherweise durch eine dedizierte Indexmarke auf der Scheibe festgelegt ist. Absolute Encoder tragen mehrere konzentrische Graduierungsspuren, von denen jede ein Binär- oder Gray-Code-Bit codiert; zusammen identifizieren sie eindeutig die Winkelposition der Scheibe an jedem Punkt einer Umdrehung – oder, bei absoluten Mehrfachumdrehungssystemen, über mehrere Umdrehungen hinweg –, ohne dass beim Einschalten eine Referenzfahrt erforderlich ist. Die Systemauflösung ergibt sich aus der Graduierungsteilung der Scheibe in Kombination mit dem elektronischen Interpolationsfaktor, der vom Signalprozessor des Lesekopfs angewendet wird.
Welche Branchen nutzen optische Drehencoder?
Optische Drehencoder werden in praktisch jeder Branche eingesetzt, in der eine gesteuerte oder gemessene Drehbewegung eine Rolle spielt. In der industriellen Automatisierung und Robotik sind sie das primäre Feedback-Element in Servomotorantrieben und liefern die Positions- und Geschwindigkeitsdaten im geschlossenen Regelkreis, die Motordrehmoment, Drehzahlregelung und Mehrachskoordination in Fertigungsanlagen, Förderanlagen und Gelenkarmen bestimmen. CNC-Bearbeitungszentren nutzen Drehencoder an Spindeln und Drehachsen, um Schnittgeschwindigkeit, Winkelindexierung und koordinierte Konturbearbeitung zwischen Achsen zu steuern. In der Luft- und Raumfahrt kommen Drehencoder bei der Ansteuerung von Flugsteuerflächen, der Kardan- und Antennenpositionierung sowie der Sensorik an Drehgelenken ausfahrbarer Satellitenstrukturen zum Einsatz, wo thermische Stabilität und langfristige Zuverlässigkeit ohne Zugriff für Wartung entscheidend sind.
Medizinprodukte – einschliesslich chirurgischer Robotersysteme, CT-Gantrys, Strahlentherapieplattformen und motorisierter Diagnosegeräte – stützen sich auf Drehencoder-Feedback für die Winkelpositioniergenauigkeit, die direkt die Genauigkeit des Eingriffs und die Patientensicherheit bestimmt. Wissenschaftliche und photonische Instrumentierung, einschliesslich Teleskopmontierungen, Spektrometer, Polarimeter und Laserstrahlsteuerungssysteme, nutzt Drehencoder für die Sub-Bogensekunden-Winkelpositionierung, die optische Ausrichtung und Messwiederholbarkeit erfordern. In Halbleiter- und Nanofertigungsanlagen steuern Drehencoder die Bewegung von Präzisionsachsen und Wafer-Handling-Systemen, bei denen ein Winkelfehler direkt zu Positionierungsunsicherheit der Struktur führt.
Welche Materialien werden für Drehencoderscheiben verwendet?
Das Substratmaterial einer Drehencoderscheibe bestimmt ihre dimensionale Stabilität unter thermischer und mechanischer Belastung, ihre Kompatibilität mit dem photolithographischen Strukturierungsprozess und ihre strukturelle Integrität über die gesamte Nutzungsdauer des Encodersystems. Selba fertigt Drehencoderscheiben auf vier Substratfamilien, die je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung gewählt werden. Sodalimeglas ist das Standardsubstrat für die Mehrheit der industriellen und messtechnischen Encoderscheiben: ein gut kontrollierter thermischer Ausdehnungskoeffizient von rund 9 ppm/°C, gute Oberflächenplanheit und volle Kompatibilität mit der photolithographischen Strukturierung in Standard- oder Antireflex-Chrom – das Gleichgewicht aus dimensionaler Stabilität, optischer Leistung und Kosten, das die meisten Encoderanwendungen benötigen.
Quarz (Quarzglas), mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von rund 0,55 ppm/°C, wird für Encoderscheiben in anspruchsvollen Anwendungen der Metrologie, Luft- und Raumfahrt, Photonik und wissenschaftlichen Instrumentierung eingesetzt, bei denen eine thermisch bedingte dimensionale Änderung der Scheibe einen systematischen Winkelfehler im Encoderausgang verursachen würde. Filmsubstrate bieten eine wirtschaftliche Alternative für Anwendungen, bei denen glasähnliche dimensionale Stabilität nicht erforderlich ist, und eignen sich gut für Prototyping-Programme und kostensensible Fertigungsumgebungen. Aluminiumsubstrate – in Folien bis zu einer Dicke von 0,2 mm verfügbar – dienen Anwendungen, bei denen geringes Rotationsträgheitsmoment, geringes Gewicht und kompakte mechanische Integration Vorrang haben, während aluminiumbedampfte Filmvarianten Systeme bedienen, die hochreflektive Graduierungsoberflächen bei wirtschaftlicher Produktion erfordern.
Welches Präzisionsniveau lässt sich mit optischen Drehencoderscheiben erreichen?
Die Präzision eines Drehencodersystems wird letztlich durch die Exaktheit des Graduierungsmusters auf der Scheibe begrenzt – konkret durch die Konstanz der Graduierungsteilung, die Schärfe der Strichkanten und die Positionsgenauigkeit jeder Graduierungslinie relativ zum mechanischen Drehmittelpunkt der Scheibe. Die Drehencoderscheiben von Selba werden mittels hochauflösendem Laser-Photoplotting bis 50 800 dpi gefertigt, was Graduierungsmuster mit feiner Teilung, gleichbleibender Strichbreite, scharfer Kantendefinition und mikrometrischer Positionsgenauigkeit über den gesamten Scheibenumfang ermöglicht. Auf photolithographischer Ebene werden Linienplatzierungsfehler und Teilungsungleichmässigkeit auf die Toleranzen gehalten, die die Winkelgenauigkeitsspezifikation des Encodersystems erfordert – Toleranzen, die vor jeder Scheibenfreigabe optisch kontrolliert werden.
Auf mechanischer Ebene kontrolliert die integrierte Glasbearbeitung von Selba Scheibendurchmesser, Dickengleichmässigkeit und die Konzentrizität zwischen Graduierungsmuster und mechanischem Montagebezug der Scheibe, wodurch die Toleranzaddition entfällt, die entsteht, wenn Strukturierung und Bearbeitung von getrennten Zulieferern durchgeführt werden. Die Substratwahl erweitert die Präzision auf die thermische Ebene: Sodalimeglas-Substrate eignen sich für Anwendungen, die eine übliche industrielle thermische Schwankung tolerieren, während Quarzsubstrate die Graduierungsgenauigkeit über die extremen Temperaturbereiche hinweg erhalten, die in der Luft- und Raumfahrt, der Metrologie und der wissenschaftlichen Instrumentierung auftreten. Für die anspruchsvollsten Anwendungen – einschliesslich Präzisionswinkelmetrologie, Halbleiter-Wafer-Handling und hochauflösende wissenschaftliche Drehachsen – ermöglicht die Kombination aus Quarzsubstraten, Antireflex-Chrombeschichtungen und dem mikrometergenauen Strukturierungsprozess von Selba Drehencodersysteme, die an den Grenzen des erreichbaren Winkelmessvermögens arbeiten.