Optische Linearmassstäbe

Die optischen Linearmassstäbe von Selba liefern ein direktes, hochexaktes Positionsfeedback für Präzisionsbewegungssysteme und gewährleisten eine reproduzierbare Linearmessung für industrielle, wissenschaftliche und Hightech-Anwendungen.
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Fertigung / Beschreibung / Technische Details / Services nach Mass / Industrielle Anwendungen / Anwendungsfall / FAQ

Das Produkt im Detail

Fertigung optischer Linearmassstäbe

Der optische Linearmassstab ist die grundlegende Messkomponente jedes Systems, in dem eine lineare Position direkt, exakt und wiederholbar bestimmt werden muss – von CNC-Bearbeitungszentren und Lithographieplatinen für Halbleiter bis zu Koordinatenmessgeräten und photonischen Prüfständen. Bei Selba wird jeder Massstab vollständig nach Kundenspezifikation gefertigt: Graduierungsteilung, Substratmaterial, Länge und Beschichtung werden mit Ihrem Konstruktionsteam definiert und anschliessend durch eine strukturierte Dateiprüfung vor Produktionsstart validiert.

Die Graduierungsmuster werden mit bis zu 50 800 dpi gefertigt und liefern feine inkrementale und absolute Graduierungslinien mit gleichbleibender Breite, scharfer Kantendefinition und mikrometrischer Teilungsgenauigkeit über die gesamte Massstablänge. Die Substratwahl – Sodalimeglas für Standard-Industrieanwendungen, Quarz für thermisch anspruchsvolle Umgebungen, Aluminium oder aluminiumbedampfter Film bei Gewichts- oder Reflektivitätsanforderungen – erhält Teilungsgenauigkeit und Signalstabilität unter Betriebsbedingungen. Standard- und Antireflex-Chrombeschichtungen werden passend zu den Anforderungen an optischen Kontrast und Signal-Rausch-Verhältnis Ihrer Lesekopfkonfiguration gewählt.

Die langfristige Zuverlässigkeit wird durch verschleissfeste Chrombeschichtungen, kontrollierte Kantenprofile und die Integration von Strukturierung und Bearbeitung an einem einzigen Standort gewährleistet – die Toleranzaddition zwischen Graduierungsmuster und mechanischem Montagebezug entfällt, und die vollständige Produktionsrückverfolgbarkeit bleibt über die gesamte Nutzungsdauer des Systems erhalten, dem der Massstab dient.

Bewegungsfeedback

Produktbeschreibung

Im Rahmen einer kontinuierlichen Innovationsstrategie entwickelt Selba aktiv Encoderscheiben und Massstäbe auf Aluminiumsubstraten und qualifiziert Folien mit einer Dicke von nur 0,2 mm für Anwendungen, die geringes Gewicht und mechanische Steifigkeit erfordern. Aluminiumbedampfte Filmvarianten befinden sich ebenfalls in der Entwicklung, für Kunden, die hohe Reflektivität in Verbindung mit wirtschaftlicher Produktion benötigen – eine Erweiterung des Substratportfolios von Selba als Antwort auf sich wandelnde Anforderungen in den Märkten der Bewegungssteuerung und Präzisionsmessung.

  • Industrielle Automatisierung & Robotik
  • CNC-Bearbeitungszentren
  • Halbleiter & Nanofertigung
  • Medizinische & wissenschaftliche Geräte
Selba's Optical Linear Scale

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. Encoderscheiben sind auf Glas-, Film- und Aluminiumsubstraten in einem durchgängigen Durchmesserbereich von 20 bis 200 mm erhältlich, auf besondere Anfrage bis 290 mm. Linearmassstäbe werden auf Glas und Film gefertigt; Teilungsgenauigkeit und Kantenschärfe ergeben sich aus unserem hochauflösenden Laser-Photoplotting-Prozess mit bis zu 50 800 dpi.

Hochauflösendes
Laser-Photoplotting

5 µm Standard.
Auf Anfrage bis zu 2 µm.

Extrem geringe
thermische Ausdehnung

≈0.55 ppm/°C
(quartz)

Industrietaugliche
Stabilität

≈9 ppm/°C
(sodalime)

Ultradünne
Substrate

Bis 0.1 mm
(Glas)

Leichtbau für die
Systemintegration

Bis 0,2 mm
(Aluminium)

Kontrollierte
Graduierungspräzision

Mikrometrische
Teilungsgenauigkeit

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. 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.
Dateiprüfung vor Produktion
Schnelles Prototyping & Musterteil
Skalierbare Produktion

SONDERANFERTIGUNG & SERIENPRODUKTION

Industrielle Anwendungen

Technische Details
Selba fertigt optische Linearmassstäbe auf Sodalimeglas (≈ 9 ppm/°C), Quarz (≈ 0,55 ppm/°C), Film und Aluminium – jedes Substrat abgestimmt auf die dimensionalen, thermischen und optischen Anforderungen der Anwendung. Quarz, rund fünfzehnmal thermisch stabiler als Sodalime, wird überall dort gewählt, wo eine thermische Teilungsdrift über die Massstablänge einen systematischen Positionierfehler verursachen würde. Die Graduierungsmuster werden in Standard- oder Antireflex-Chrom gefertigt; Letzteres unterdrückt Rückreflexionen in Konfigurationen mit geringem Arbeitsabstand und hoher Auflösung des Lesekopfs. Länge, Breite und Dicke des Massstabs werden vollständig nach Kundenspezifikation definiert – Glassubstrate sind bis 0,1 mm, Aluminium bis 0,2 mm bearbeitbar – ohne Katalogformat.

Die Präzision wird auf drei Ebenen kontrolliert: mikrometrische Teilungsgenauigkeit und Linienplatzierung durch Laser-Photoplotting bis 50 800 dpi; Aussengeometrie und Endprofile, bearbeitet mit intern entwickeltem Werkzeug; und die Zuordnung zwischen Graduierung und Montagebezug, durchgängig an einem einzigen Standort kontrolliert, was die Toleranzaddition zwischen Zulieferern entfällt. Beschichtungsgleichmässigkeit, Kantenschärfe, Fehlerfreiheit und Substratplanheit werden vor dem Versand jedes Massstabs optisch kontrolliert.

Industrielle Anwendungen
Die optischen Linearmassstäbe von Selba dienen als primäre Linearpositionsreferenz in einer Vielzahl von Disziplinen der Präzisionstechnik. In der industriellen Automatisierung und Robotik liefern sie das direkte Achsfeedback, das Positionierwiederholbarkeit, Portalkoordination und Achssteuerung in Montage-, Handhabungs- und Dosiersystemen bestimmt – sie eliminieren die Fehler durch Spiel und Nachgiebigkeit des Antriebsstrangs, die eine indirekte Messung über Drehencoder nicht korrigieren kann. In CNC-Bearbeitungszentren, direkt auf den Maschinenachsen montiert, schliessen sie die Positionsregelschleife am Schnittpunkt und kompensieren Kugelgewindetriebverschleiss, thermische Ausdehnung und Strukturnachgiebigkeit, für die dimensionale Exaktheit und Oberflächenqualität, die Fertigungsqualität erfordert.

In der Luft- und Raumfahrt werden Massstäbe auf Quarzsubstrat wegen ihrer aussergewöhnlichen thermischen Stabilität über die extremen Temperaturbereiche in Luft- und Raumfahrtumgebungen eingesetzt: Feedback für die Ansteuerung der Flugsteuerung, Antennenpositionierung und Sensorik an Präzisions-Entfaltungsmechanismen, wo langfristige Zuverlässigkeit ohne Zugriff für Wartung eine grundlegende Anforderung ist. Medizintechnische Plattformen – einschliesslich chirurgischer Robotersysteme, Strahlentherapiegeräte, CT-Scanner und motorisierter Diagnosegeräte – hängen von Linearmassstab-Feedback für die submillimetrische Positionsgenauigkeit und Chargenkonsistenz ab, die regulierte Fertigungsumgebungen erfordern, unterstützt durch die vollständige Produktionsrückverfolgbarkeit von Selba und das Qualitätsmanagementsystem auf dem Weg zur ISO-9001-Zertifizierung bis zum ersten Quartal 2027.

In Nanodruck- und Nanofertigungsanlagen, bei denen die Positionierung der Achsen in Nanometern gemessen wird und die Positionierungsgenauigkeit der Strukturen die entscheidende Leistungskennzahl des Systems ist, setzt der Teilungsfehler des Linearmassstabs eine nicht reduzierbare Grenze für die erreichbare Strukturierungspräzision – die Qualität des Massstabs ist damit untrennbar mit der Leistungsfähigkeit der Anlage verbunden.

Services nach Mass
Das Angebot von Selba an Linearmassstäben beruht vollständig auf massgeschneiderter Konstruktion und ingenieurtechnischer Zusammenarbeit – jeder gefertigte Massstab ist einzigartig für die Anwendung, der er dient, ohne Katalogformate, die Ihre Konstruktionsfreiheit einschränken würden. Graduierungsmuster, Teilung, Spurenanordnung, Positionierung der Referenzmarken und Konfigurationen der Absolutcodierung werden von Grund auf entwickelt, um den Anforderungen an Auflösung, Exaktheit und Signalformat des vorgesehenen Encodersystems zu entsprechen; unser F&E-Team prüft jede eingereichte Vorlagedatei vor Produktionsstart – Prüfung der Teilungsspezifikation, Bewertung der Prozesskompatibilität und Erkennung jeder Geometrie, die die Mustertreue oder Signalqualität des fertigen Massstabs beeinträchtigen würde.

Für Kunden in der Prototyping-Phase ermöglicht die Integration von Photolithographie und Substratbearbeitung eine schnelle Fertigung des ersten Musterteils ohne Abhängigkeit von Zulieferern, sodass Graduierungsgeometrie, Substratmaterial und Beschichtungsspezifikation schnell validiert und vor dem Konstruktionsabschluss effizient iteriert werden können. Beim Übergang von der Prototypvalidierung zur Qualifizierung in Kleinserie oder zur Volumenproduktion bleiben dieselben Prozessparameter, Substratspezifikationen und Prüfprotokolle, die während der Entwicklung festgelegt wurden, unverändert erhalten – jeder Massstab eines Fertigungslos verhält sich identisch zum ersten vom Kunden freigegebenen Musterteil.

Über den gesamten Lebenszyklus des Programms bleibt das Ingenieurteam von Selba direkt eingebunden – es unterstützt Kunden bei Substratwahl, Beschichtungsspezifikation, Optimierung der Graduierungskonstruktion, Zuordnung zwischen Spuren bei Absolutmassstäben und der Verwaltung von Revisionsständen der Vorlage – die technisch fundierte Partnerschaft, die die Entwicklung von Präzisionsencodern in jeder Phase vom Konzept bis zur Serienlieferung erfordert.

Anwendungsfall

Eine kompakte reflektierende Skala im Herzen eines neuen Lesekopf-Designs

„ein Pas von 20 µm, in Reflexion gelesen, der scharfe, gleichmässig platzierte Linien und hohen optischen Kontrast zwischen den reflektierenden und nicht reflektierenden Zonen erfordert, damit der Lesekopf die Position sauber auflösen kann.“
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FAQ

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein optischer Linearencoder?
Ein optischer Linearencoder ist ein Messsystem, das eine lineare Position oder Verschiebung bestimmt, indem es ein Präzisionsgraduierungsmuster auf einem optischen Massstab liest. Er besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Linearmassstab – einem Substrat, das ein photolithographisch gefertigtes Graduierungsmuster trägt – und dem Lesekopf, der Lichtquelle, Optik und Photodetektoreinheit zum Lesen des Massstabs enthält. Zusammen bilden sie ein Feedback-Element im geschlossenen Regelkreis, das eine physische lineare Verschiebung in ein hochauflösendes elektrisches Signal umwandelt, das von Bewegungssteuerungen, Messsystemen oder Datenerfassungsgeräten genutzt wird. Anders als Drehencoder, die eine Winkelposition auf einer rotierenden Welle messen, messen Linearencoder eine Verschiebung entlang einer geraden Achse – womit sie das Feedback-Element der Wahl sind, wo immer eine direkte lineare Positionsmessung erforderlich ist, frei von Spiel, Gewindefehlern und der Nachgiebigkeit des Antriebsstrangs, die eine indirekte Messung über Drehencoder an Kugelgewindetrieben oder Zahnstangenantrieben beeinträchtigen.
Wie funktioniert ein optischer Linearencoder?
Ein optischer Linearencoder erfasst die relative Bewegung zwischen einer Graduierungsskala und einem Lesekopf, während sich der eine entlang des anderen bewegt. Der Lesekopf projiziert Licht auf das Graduierungsmuster des Massstabs oder durch es hindurch – eine präzise definierte Abfolge opaker und transparenter Linien, photolithographisch mit einer kontrollierten Teilung gefertigt. Während sich der Lesekopf bewegt, modulieren die abwechselnden Segmente das durchgelassene oder reflektierte Licht, das den Photodetektor erreicht, und erzeugen ein sinusförmiges oder rechteckiges elektrisches Signal, dessen Periode der Graduierungsteilung entspricht. Dieses Signal wird von der Encoderelektronik verarbeitet, um Verschiebung, Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit zu bestimmen.

Bei inkrementalen Systemen wird die Verschiebung ab einer bekannten Referenzposition gezählt; bei absoluten Systemen codiert eine einzigartige Spurenkombination die Position eindeutig über den gesamten Verfahrweg, wodurch eine Referenzfahrt beim Einschalten entfällt. Die Auflösung des Systems – die kleinste erfassbare Verschiebung – wird durch die Graduierungsteilung des Massstabs und den von der Lesekopfelektronik angewendeten Interpolationsfaktor bestimmt: Je feiner die Teilung und je höher die Interpolation, desto feiner die Auflösung.

Welche Branchen nutzen optische Linearencoder-Massstäbe?
Optische Linearencoder-Massstäbe werden in jeder Branche eingesetzt, die eine direkte, hochexakte lineare Positionsmessung benötigt. CNC-Bearbeitungszentren montieren Linearmassstäbe direkt auf den Maschinenachsen, um ein Feedback im geschlossenen Regelkreis zu erhalten, das den Positionierfehler durch Nachgiebigkeit des Antriebsstrangs, Kugelgewindetriebverschleiss und thermische Ausdehnung eliminiert – dies bestimmt direkt Schnittgenauigkeit, Oberflächenqualität und dimensionale Reproduzierbarkeit der Bauteile. Lithographie- und Nanofertigungsanlagen für Halbleiter stützen sich auf Linearencoder-Feedback für die nanometergenaue Achspositionierung, die die Positionierungsgenauigkeit der Strukturen bei der Wafer-Belichtung und im Direktschreibverfahren bestimmt. Präzisionsmessgeräte – einschliesslich Koordinatenmessgeräten, Oberflächenprofilometern und optischen Komparatoren – nutzen Linearmassstäbe als primäre Längenreferenz, wobei die Massstabsgenauigkeit untrennbar mit der Messunsicherheit des Instruments verbunden ist.

Industrielle Automatisierung, Robotik und Portalsysteme nutzen Linearencoder für präzises Achsfeedback in Pick-and-Place-, Montage-, Dosier- und Handhabungsanlagen. Medizinische Bildgebungs- und Strahlentherapieplattformen sind für die Tischpositionierung und die Detektorbewegung darauf angewiesen; photonische und optische Prüfgeräte nutzen sie für die feine Achssteuerung, die bei der Faserausrichtung, Interferometrie und Charakterisierung optischer Komponenten erforderlich ist.

Welche Materialien werden für optische Linearencoder-Massstäbe verwendet?
Das Substratmaterial eines Linearencoder-Massstabs ist eine der folgenreichsten Konstruktionsentscheidungen im Encodersystem, da es bestimmt, wie sich die Graduierungsteilung des Massstabs – und damit die Positionsgenauigkeit des Encoders – unter thermischen, mechanischen und Umweltbedingungen verhält. Selba fertigt Linearmassstäbe auf vier Substratfamilien. Sodalimeglas ist die Standardwahl für die Mehrheit der industriellen und messtechnischen Anwendungen: gute dimensionale Stabilität, gleichbleibende Oberflächenplanheit und volle Kompatibilität mit der photolithographischen Chromstrukturierung über die üblichen Temperaturbereiche. Quarz (Quarzglas), mit einem rund fünfzehnmal niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Sodalime, wird für hochexakte Metrologie, Halbleiterlithographie und wissenschaftliche Präzisionsinstrumentierung eingesetzt, wo eine thermische Teilungsdrift über die Massstablänge sonst die Systemgenauigkeit begrenzen würde.

Filmsubstrate bieten eine wirtschaftliche und in der Handhabung flexible Alternative für Anwendungen, bei denen glasähnliche dimensionale Stabilität nicht erforderlich ist, und eignen sich besonders für Grossformat-Massstäbe oder Prototyping-Programme, bei denen ein kurzer Durchlauf im Vordergrund steht. Aluminiumsubstrate – in Folien bis zu einer Dicke von 0,2 mm verfügbar – bedienen gewichtsbeschränkte und kompakte Integrationsanwendungen, während aluminiumbedampfte Filmvarianten Systeme mit hochreflektiver Graduierungsoberfläche bei wirtschaftlicher Produktion bedienen.

Welches Präzisionsniveau lässt sich mit optischen Linearencoder-Massstäben erreichen?
Die mit einem optischen Linearencoder-Massstab erreichbare Präzision wird durch drei zusammenwirkende Faktoren bestimmt: die Graduierungsteilungsgenauigkeit des Massstabs selbst, die Interpolationsfähigkeit der Lesekopfelektronik und die thermische Stabilität des Substrats unter Betriebsbedingungen. Die Linearmassstäbe von Selba werden mittels hochauflösendem Laser-Photoplotting bis 50 800 dpi gefertigt, was Graduierungslinien mit feiner Teilung, gleichbleibender Breite, scharfer Kantendefinition und enger Teilungsgenauigkeit über die gesamte Massstablänge ermöglicht – die Parameter, die die grundlegende Genauigkeitsgrenze des Encodersystems festlegen. Auf Graduierungsebene kontrolliert Selba Linienplatzierungsgenauigkeit und Teilungsgleichmässigkeit auf mikrometrische Toleranzen, geprüft durch optische Kontrolle vor jeder Massstabfreigabe.

Die Substratwahl erweitert diese Präzision auf die thermische Ebene: Sodalimeglas-Substrate eignen sich für Anwendungen, die eine thermische Teilungsschwankung innerhalb üblicher industrieller Temperaturbereiche tolerieren, während Quarzsubstrate die Graduierungsteilungsgenauigkeit über weite Temperaturausschläge erhalten und den systematischen Positionierfehler verhindern, den thermische Ausdehnung sonst verursachen würde. Für die anspruchsvollsten Anwendungen – einschliesslich Koordinatenmetrologie, Halbleiter-Achsfeedback und hochauflösender wissenschaftlicher Instrumentierung – ermöglicht die Kombination aus Quarzsubstraten, Antireflex-Chrombeschichtungen und der mikrometergenauen Strukturierungsgenauigkeit von Selba Linearencodersysteme, die an den Grenzen der erreichbaren Messleistung arbeiten.

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