Scheda tecnica

Sistemi di misura lineari aperti: valori di misura sempre
stabili e dati di accuratezza dettagliati
I sistemi di misura lineari aperti trovano impiego in applicazioni che impongono requisiti molto elevati in termini di accuratezza del valoremisurato, tra cui ad esempio dispositivi di produzione e di misura nell'industria dei semiconduttori, sistemi di assemblaggio automatici
per PCB e macchine di misura. Al fine di soddisfare costantemente le elevate accuratezze durante l'intero ciclo di vita dei sistemi di misura, HEIDENHAIN ha messo a punto ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale, che viene impiegato nei sistemi di misura lineari aperti
con rilevamento incrementale del valore di posizione.
ASIC compensa pressoché completamente le oscillazioni dell'ampiezza del segnale causate da disturbi. La stabilizzazione di base del segnale, notevolmente migliorata, è efficace soprattutto in presenza di contaminazioni del supporto di misura o del reticolo di scansione. Nerisulta un segnale di misura sempre stabile pressoché senza effetti negativi sull'accuratezza di interpolazione e sul rumore di fondo.
Per sistemi di misura lineari aperti, HEIDENHAIN ha introdotto anche nuovi dati di accuratezza che consentono al progettista di accedere
a informazioni dettagliate per la scelta del sistema di misura più idoneo alla sua applicazione. Oltre alla classe di accuratezza sono ora disponibili i seguenti dati:• accuratezza della graduazione su intervalli brevi,• accuratezza dell'interpolazione,• rumore di fondo.

LIDA 400

LIF 400

LIP 6000

Luglio 2016

Figura 1: sistemi di misura lineari aperti con ASIC HSP 1.0

Maggiore affidabilità grazie a valori di misura stabili
Segnale sempre ottimale con adattamento dell'illuminazione

In linea di principio i sistemi di misura HEIDENHAIN emettono segnali di scansionestabili, che non necessitano di ulteriore stabilizzazione. Contaminazioni sul supporto dimisura e sul reticolo di scansione possono
tuttavia compromettere tali segnali. A seconda del campo di impiego dell'encoder,le contaminazioni aumentano con il passare del tempo e, prima o poi, possono compromettere notevolmente la qualità del segnale.

Riga graduata

Contaminazione

Segnali di misura affidabili e di qualità
ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale HEIDENHAIN monitora costantemente ilsegnale di scansione. Se le contaminazioni
sul supporto di misura o sul reticolo discansione comportano alterazioni del segnale, HSP 1.0 compensa pressoché completamente tali scostamenti.
L'intelligenza di ASIC permette in questo
modo che il segnale di scansione mantenga nel tempo la sua elevata qualità e stabilità nonostante le contaminazioni. Gli errori
di interpolazione e il rumore di fondo nonaumentano nel normale funzionamento inpresenza di contaminazioni.

Fotoelemento
strutturato

Un segnale sempre stabile
Per la misurazione della posizione con unsistema di misura lineare aperto dotato diHSP 1.0 viene così generato sull'intera corsa utile un segnale di scansione molto
stabile, a prescindere dalle contaminazioni
presenti. L'ampiezza del segnale si mantiene pressoché costante a 1 VPP (fig. 3). Persino se i limiti di regolazione di ASIC venissero superati a causa di una contaminazione
estremamente elevata, non si verificherebbe un'improvvisa caduta del segnale masolo una lenta diminuzione dell'ampiezzadel segnale.

Con ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale
Senza ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale

Reticolo discansione
Sorgente luminosa LED
Figura 2: la scansione a un settore con ampia finestra di scansione – nell'esempio LIDA 400 – assicura in combinazione con ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale HEIDENHAIN un segnale di scansione sempre di elevata qualità anche con supporto di misura e reticolo di scansione contaminati.

2

Nessun effetto sul rumore di fondo
Nel caso l'ampiezza del segnale diminuisca, HSP 1.0 la corregge aumentando lacorrente del LED. Il conseguente incremento dell'intensità luminosa del LED nonha però effetti negativi sul livello del rumore
di fondo del segnale, contrariamente ai sistemi in cui l'amplificazione avviene nelpercorso del segnale.
Nelle applicazioni pratiche le contaminazioni non influiscono sugli errori di interpolazione
ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale non solo stabilizza l'ampiezza del segnale
ma assicura anche che esso conservi lasua forma ideale originale in presenza dicontaminazione. In questo modo garantisce un ridotto errore di interpolazione, persino con supporto di misura e reticolo discansione contaminati.

Segnale in VPP Impronta digitale

La stabilizzazione del segnale è inutile
in assenza di contaminazione
La grande superficie sensibile del fotoelemento strutturato è responsabile della stabilità del segnale di scansione dei sistemidi misura lineari aperti. Nel complesso i disturbi hanno così solo effetti minimi sulla
scansione del segnale. La stabilizzazionedel segnale non deve agire con rapidità eaggressività creando i migliori presupposti
per un segnale di scansione stabile. Se nonsono presenti contaminazioni su supporto
di misura e reticolo di scansione, come peri sistemi nuovi dopo essere stati montati
con cura, la stabilizzazione non entra nemmeno in funzione.

Olio1)

FiloOlio2)

1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

Errore di interpolazione erumore di fondo in μm 0406080100120Posizione in mm 10–1100 nm
50 nm
0–50 nm–100 nmCon ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale
Senza ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale1), 2) = gocce d'olio ¬ 2 mm – traccia incrementale coperta per metà1) ocompletamente2).

Figura 3: supporto di misura con contaminazioni e relative ampiezze del segnale per scansione tradizionale e scansione con ASIC HSP 1.0 per l'elaborazione del segnale

3Dati di accuratezza dettagliatiInformazioni precise per una scelta più accurata dei sistemi di misura

HEIDENHAIN amplia in generale i dati diaccuratezza per sistemi di misura lineari
aperti. Fino ad ora la classe di accuratezzae l'errore di posizione all'interno di un periodo del segnale descrivevano complessivamente gli errori specifici dei sistemi di misura. In futuro gli utenti finali troveranno
nella documentazione i seguenti dati dettagliati:• accuratezza del supporto di misura,• accuratezza dell'interpolazione,• rumore di fondo.
La ripartizione dei dati in accuratezza delsupporto, accuratezza dell'interpolazione e
rumore di fondo consente una previsione
molto più precisa dell'accuratezza raggiungibile nella relativa applicazione.
I progettisti sono così in grado di scegliere
con maggiore accortezza e semplicità il sistema di misura più idoneo per l'impiego
specifico.

Accuratezza del supporto di misura
L'accuratezza del supporto di misura comprende essenzialmente:• omogeneità e nitidezza della graduazione,• allineamento della graduazione rispetto alsupporto,• stabilità del supporto della graduazione.
L'accuratezza del supporto di misura è indicata dal valore massimo non compensato dell'errore base. In condizioni ideali viene determinato misurando gli errori diposizione con una testina di scansione diserie. I punti di misura corrispondono almultiplo intero del periodo del segnale,senza alcun effetto da parte degli errori diinterpolazione (fig. 4).
La classe di accuratezza "a" definisce il limite superiore dell'errore base all'interno diuna qualsiasi sezione della lunghezza massima di 1 m. Per sistemi di misura speciali
viene indicato anche l'errore base per intervalli definiti del supporto di misura. Oltre alla classe di accuratezza, ad esempio di±1 µm, l'utente finale dispone ora anchedell'informazione che il sistema di misura inquestione raggiunge un'accuratezza di≤ ±0,125 µm in un intervallo di 5 mm (tab.
1, versione LIP 281).

Errore di posizione 

Errore basePosizione

Livello del segnale Errore di posizione

L'accuratezza dell'interpolazione è determinata utilizzando un supporto di misura diserie e indicata da un valore massimo tipico "u" dell'errore di interpolazione (fig. 5).
I sistemi con interfaccia analogica sono testati con un'elettronica HEIDENHAIN (adesempio EIB 741). I valori massimi non includono alcun rumore di fondo e sono indicati nei dati tecnici.
L'errore di interpolazione è presente a velocità di traslazione molto ridotte e per misurazioni ripetitive. Aumenta inoltre la corrente motore e di conseguenza la temperaturadel motore.

Accuratezza dell'interpolazioneAccuratezza del supporto di misura

Figura 4

Accuratezza dell'interpolazione
L'accuratezza dell'interpolazione è essenzialmente determinata da:• dimensione ridotta del periodo del segnale,• omogeneità e nitidezza della graduazione,• qualità delle strutture di filtraggio dellascansione,• caratteristiche dei sensori,• qualità dell'elaborazione del segnale.

Errore diinterpolazione

Periodo del segnale
360 °el.

Posizione
Figura 54

Il rumore di fondo dipende dalle larghezze
di banda dell'elaborazione del segnale, necessarie per determinare i valori di posizione. Viene determinato nell'arco di un intervallo temporale definito e indicato comevalore RMS specifico per prodotto.
Il rumore di fondo è principalmente responsabile della ripetibilità dei risultati di misurae della ripetibilità del sistema di misura.
Nell'anello di regolazione della velocità ilrumore di fondo influisce sul sincronismo
a velocità di traslazione ridotte.

Rumore di fondo

RMS

Errore di posizione Rumore di fondo
Con rumore di fondo si intendono tutti iprocessi casuali che comportano errori diposizione imprevedibili. Sotto forma diuna distribuzione di frequenza i valori di posizione si raggruppano così intorno al valoreatteso.

Tempo Densità di frequenza

Figura 6Tabella 1

Errore base

LIPper massima accuratezza

Errore di inter- Periodo
polazionedelsegnale

Corsa utile

Interfaccia

Tipoda 70 mm a270 mm« TTL

LIP 372» 1 VPPLIP 382Classe diaccuratezza

Intervallo±0,5 µm

 ±0,075 µm/5 mm±0,01 nm

±1 µm
±3 µm

 ±0,125 µm/
5 mm±1 nm0,512 µm

da 20 mm a3.040 mm» 1 VPPLIP 281±0,5 µm±1 µm

 ±0,175 µm/
5 mm

±7 nm

2 µm

da 70 mm a420 mm« TTL

LIP 471» 1 VPPLIP 481±1 µm

 ±0,175 µm/
5 mm±12 nmda 70 mm a1.440 mm« TTL

LIP 571» 1 VPPLIP 581da 70 mm a
1.020 mm« TTL

LIF 471» 1 VPPLIF 481da 240 mm a3.040 mm« TTL

LIDA 473» 1 VPPLIDA 483

LIF
per elevata accuratezza

±1 µm
±3 µm

 ±0,225 µm/
5 mm±12 nmLIDA
per alte velocità e lunghe
corse utili

±1 µm
±3 µm
±5 µm

 ±0,275 µm/
10 mm±45 nm0,128 µm

4 µm

4 µm

20 µm

5Dati di accuratezza dettagliati
Determinazione e documentazione dei dati

Ogni singolo sistema di misura lineare
aperto prodotto da HEIDENHAIN è testatoe certificato. Per tutti i sistemi di misura lineari aperti di elevata accuratezza un certificato di qualità con curva di misura e
protocollo di misura dettagliato (fig. 7)
documenta i risultati delle misurazioni eseguite. Per tutti gli altri sistemi di misura lineari aperti è allegato un certificato di qualità
che attesta la conformità ai valori limite definiti per il sistema specifico.

Determinazione dell'accuratezza nell'intervallo definito
La classe di accuratezza viene indicata per
una sezione di max 1 m, ovvero per sistemi
di misura lineari più corti per l'intera lunghezza, e quindi descrive l'accuratezza minima del sistema, mentre l'indicazionedell'accuratezza nell'intervallo definito consente di trarre conclusioni dirette sull'accuratezza effettivamente raggiungibile dei valori di misura in piccoli intervalli.
Per poter comprovare l'accuratezza nell'intervallo definito, HEIDENHAIN definisce
dapprima la relativa ampiezza per la qualedeve essere indicata. Per la versione
LIP 200, ad esempio, l'ampiezza dell'intervallo è di 5 mm. La riga graduata viene
misurata in continuo sull'intera corsa utile
in passi di misura definiti, molto piccoli, conl'ampiezza di intervallo scelta. Vengono infine
analizzati gli errori base non compensati determinati per ogni passo di misura sull'ampiezza dell'intervallo. Il valore peggiore, ossia il massimo errore base misurato su tutti
gli intervalli considerati è quindi indicatocome valore massimo ±FI.

La figura 8 mostra un esempio di passi dimisura selezionati. Nel secondo passo di
misura l'errore base raggiunge il valoremassimo nell'arco dell'ampiezza selezionata dell'intervallo. Questo valore viene poi riportato nella documentazione come accuratezza del supporto di misura in unintervallo.
Vantaggi dell'accuratezza nell'intervallo
definito
In molte applicazioni non è determinantel'accuratezza sull'intera corsa di misura, ma
piuttosto l'accuratezza in una sezione molto
ristretta. Sui sistemi di assemblaggio, adesempio, anche l'ultimo millimetro dellacorsa è responsabile dell'elevata accuratezza del processo di montaggio. Dall'accuratezza nell'intervallo definito l'utente finalepuò ricavare informazioni essenzialmentepiù precise sull'accuratezza attesa rispetto
a quelle risultanti dalla classe di accuratezza.

Errore baseAmpiezza dell'intervallo
LIP 201 RID 631000-13
SN 44408260

Quality Inspection Certificate

Qualitätsprüf-Zertifikat
DIN 55 350-18-4.2.2

DIN 55 350-18-4.2.2

Positionsabweichung F [µm]Position error F [µm]

Passo di misura

Max FI

Messposition PosE [mm] / Measured position PosE [mm]Die Messkurve zeigt die Mittelwerte der Positionsabweichungen
aus Vorwärts- und Rückwärtsmessung.

The error curve shows the mean values of the position errors frommeasurements in forward and backward direction.

Positionsabweichung F des Maßstab: F = PosM – PosE
PosM = Messposition der Messmaschine
PosE = Messposition des Maßstab

Position error F of the scale: F = PosM – PosE
PosM = position measured by the measuring machine
PosE = position measured by the scale

Maximale Positionsabweichung der Messkurve
innerhalb 670 mm

Maximum position error of the error curve± 0,30 µm

within 670 mm± 0.30 µm

Unsicherheit der Messmaschine

Uncertainty of measuring machine

U95% = 0,040 µm + 0,400 ·10–6 · L (L = Länge des Messintervalls)

U95% = 0.040 µm + 0.400 ·10–6 · L (L = measurement interval length)

Messparameter

Measurement parameters

Messschritt

1000 µm

Measurement step

1000 µm

Erster Referenzimpuls bei Messposition

335,0 mmFirst reference pulse at measured position

335.0 mm

Relative Luftfeuchtigkeit

max. 50 %Relative humidity

max. 50 %Dieser Maßstab wurde unter den strengen
HEIDENHAIN-Qualitätsnormen hergestellt und geprüft.
Die Positionsabweichung liegt bei einer Bezugstemperatur
von 20 °C innerhalb der Genauigkeitsklasse ± 1,0 µm.

This scale has been manufactured and inspected in accordance withthe stringent quality standards of HEIDENHAIN.
The position error at a reference temperature of 20 °C lies within
the accuracy grade ± 1.0 µm.

Kalibriernormale

Kalibrierzeichen

Calibration standards

Calibration references

Jod-stabilisierter He-Ne Laser
Wasser-Tripelpunktzelle
Gallium-Schmelzpunktzelle
Barometer
Luftfeuchtemessgerät

40151 PTB 11
61 PTB 10
62 PTB 10
A6590 D-K-15092-01-00 2012-120230 DKD-K-30601 2012-11

Iodine-stabilized He-Ne Laser
Water triple point cell
Gallium melting point cellPressure gauge
Hygrometer

40151 PTB 11
61 PTB 10
62 PTB 10
A6590 D-K-15092-01-00 2012-120230 DKD-K-30601 2012-11= intervallo singolo= intervallo con errore base massimo Max FI
Figura 8: rappresentazione schematica della determinazione dell'accuratezza nell'intervallo definito

28.01.2014
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH · 83301 Traunreut, Germany · www.heidenhain.de · Telefon: +49 8669 31-0 · Fax: +49 8669 5061

Figura 7

6Prüfer/Inspected byK. Sommerauer

Figura 9: per ogni riga graduata di un sistema di misura lineare aperto, HEIDENHAIN determina l'errore base nell'intervallo definitoutilizzando una macchina di misura speciale.

Figura 10: su una speciale stazione di misura l'errore di interpolazione viene determinato per ciascun sistema di misura lineare
aperto calibrando la testina di scansione.

7

Sistemi di misura lineari aperti

I sistemi di misura lineari aperti di HEIDEN­
HAIN sono ottimizzati per l'impiego su
macchine precise e rapide, come richiesto
nell'industria elettronica e nella tecnologia
dell'automazione. Nonostante l'esecuzione
aperta presentano una minima sensibilitàalla contaminazione, garantiscono elevata
stabilità a lungo termine e sono di facile e
semplice montaggio.

LIF 400

LIP 6000

LIDA 400

Per ulteriori informazioni:• catalogo Sistemi di misuralineari aperti

1172234-40 · 7/2016 · PDF*I1172234-40*