Technische Information

Längenmessgeräte zum Einsatz im Vakuum
Als Vakuum wird der leere Raum bezeichnet, also ein nicht mit Luft oder einem anderen Gas gefülltes Volumen.
Je nach Qualität unterscheidet man die Klassen Grob-, Fein-, Hoch- und Ultrahochvakuum.
Die Vakuumtechnik spielt bei vielen modernen Produktionsverfahren und Forschungsaufgaben eine wesentliche Rolle. So sind­vakuumtechnische Verfahren in der Elektronik, der Dünnschichttechnologie, bei der Entwicklung neuer Werkstoffe, in der Biotechnik
und in der Medizin- bzw. Analysetechnik unverzichtbar geworden.
Für die im Vakuum verwendeten Komponenten gelten besondere Anforderungen, so natürlich auch für die zu Positionieraufgaben erforderlichen Messgeräte. Die speziell für den Einsatz im Hoch- und Ultrahochvakuum konzipierten Längenmessgeräte von HEIDENHAIN­erfüllen diese Anforderungen durch spezielle konstruktive Maßnahmen:• Vakuumtaugliche Leiterplatten, Kleber und Lacke reduzieren das Ausgasen• Entlüftete Hohlräume verkürzen die Pumpzeit• Temperaturbeständigkeit erlaubt hohe Aufheiztemperaturen• Verzicht auf ferromagnetische Materialien ermöglicht hohe Prozesssicherheit• Fertigung in saubere Umgebung• Ausheizen vor dem Verpacken garantiert höchste Sauberkeit

Vakuumklassen
Wird Luft aus einem abgeschlossenen
Raum abgepumpt, so wird er luftleer. Die
Luft im Raum wird dünner, der Druck fällt –es entsteht ein Vakuum. Je weniger Luft imRaum verbleibt, umso höher ist die sogenannte Vakuumklasse. Man unterscheidet
vier Vakuumklassen. Von Grobvakuum
spricht man bei einem Luftdruck bis zu
1 mbar, darunter von Feinvakuum. Unter
0,001 mbar herrscht Hochvakuum und ab
0,000 000 1 mbar Ultrahochvakuum.
Vakuum-Anwendungen
Ein Vakuum als luft- und somit teilchen­freier Raum ist überall da notwendig, wo
sich die Anwesenheit „fremder” Teilchen
störend auswirkt. Unter bestimmten Umständen müssen direkt im Vakuumbereich
Dimensionsmessungen durchgeführt

06/2024

VakuumDruckin mbar

Höhe in kmBedeckungszeit in süber Erd­oberfläche

Mittlere freie­Weglänge in mohne Zusammenstoßzweier Gasmoleküle

Grob

10+3 bis 1< 50< 10–5< 10–5Fein

1 bis 10–3

50 bis 100

10–5 bis 10–1

10–5 bis 10–2

Hoch

10–3 bis 10–7 100 bis 500

10–1 bis 10+3

10–2 bis 10+2

> 10+3> 100

Ultrahoch < 10–7> 500­ erden, zum Beispiel, wenn feinste Strukw
turen im Sub-Mikrometerbereich kontrolliert
oder untersucht werden sollen. Bekannte
Anwendungen für Längen- und Winkelmessgeräte im Vakuum sind deshalb unter
anderem am Elektronenstrahlmikroskop,

in der eine Fläche mitTeilchen bedeckt ist

an Manipulatoren, Mehrfachverstellernoder XY-Tischen, zur Waferinspektion in derHalbleitertechnologie oder an Spektrometerachsen zum Messen der Synchrotron­
strahlung.

Hohe Temperaturbeständigkeit
Um eine hohe Vakuumklasse zu erreichen,wird die Vakuumkammer während des Abpumpens auf 100 °C bzw. 120 °C aufgeheizt. Wassermolekühle, die an den Geräte­oberflächen haften, verdampfen dabei undkönnen so schneller abgesaugt werden.
Messgeräte für den Einsatz im Vakuum
müssen daher für Temperaturen bis 100 °C
bzw. 120 °C ausgelegt sein.

Anforderungen an Messgeräte im­Vakuum
Im Grob- und Feinvakuum können meist
Standardmessgeräte von HEIDENHAIN bei
eingeschränktem Betriebstemperaturbereich eingesetzt werden. Im Hoch- und Ultrahochvakuum werden spezielle Anforderungen an die Messgeräte gestellt.
Geringes Ausgasen
Messgeräte im Vakuum dürfen keine Gasein großen Mengen freisetzen, da sonst derDruck in der Vakuumkammer stark ansteigt.
Im Ultrahochvakuum ist jedes einzelne
Bauteil kritisch zu betrachten. MancheKunststoffe zum Beispiel gasen Lösungsmittel aus. Solche Kunststoffe sind in Leiterplatten, Klebern oder Lacken enthalten
und sollten in Geräten für das Ultrahoch­vakuum generell vermieden werden.
­HEIDENHAIN verwendet deshalb vakuumtaugliche Leiterplatten und Kleber, vakuumtaugliche Beschichtungen ersetzen die
sonst üblichen Lacke. Für den Einsatz im
Ultrahochvakuum ist die Anzahl der Komponenten auf ein Minimum zu reduzieren.
Signalkonverter müssen deshalb grundsätzlich außerhalb der Vakuumkammer­positioniert werden. HEIDENHAIN bietet
deshalb vakuumtaugliche Messgeräte
mit externen Signalkonvertern. Für Hoch­vakuum-Applikationen ist es optional auchmöglich die Signalkonverter in der Vakuumkammer zu plazieren.
Gute Entlüftung von Hohlräumen
Um ein Vakuum zu erzeugen, muss Luftaus einem Raum abgepumpt werden. DieZeit bis zum Erreichen des gewünschten
Drucks, die sogenannte Pumpzeit, soll möglichst kurz sein, damit die Vakuumanlage
schnell einsatzbereit ist. Die Pumpzeit wirdverkürzt, wenn die Luft aus allen Hohlräumen schnell entweichen kann. Darum sindbei den vakuumtauglichen Geräten von
HEIDENHAIN die Gehäuse mit zusätzlichen
Entlüftungsbohrungen versehen, Gewindebohrungen am Ende geöffnet und Hohl­
räume angebohrt.

Hohe Sauberkeit
Die Geräte für den Einsatz in einer Vakuumkammer müssen speziell gereinigt und­besonders sauber sein. Die meisten Fetteund Öle, selbst Fingerabdrücke, gasen im
Vakuum aus und sind daher nicht zulässig.
Feinste Partikel, Stäube usw. können inder Vakuumkammer frei werden und zum
Beispiel die zu untersuchende mikroelek­tronische Schaltung zerstören oder das Versuchsergebnis beeinflussen. Es sind daherbesondere Anforderungen an die Fertigung,Reinigung und Verpackung gestellt.
Vor dem Verpacken (diese wird doppelt
ausgeführt) werden die Geräte für 24 h
und bei 100 °C unter Vakuum ausgeheizt.
Somit werden Restkontaminationen atmosphärischer Bestandteile von der Ober­
fläche gelöst und abgepumpt.

Vermeidung von ferromagnetischen
MaterialienAbhängig von den Prozessen, die in der­Vakuumkammer ablaufen, sind bestimmte
Materialien nicht erlaubt. In Elektronenstrahlmikroskopen zur Untersuchung­mikroelektronischer Schaltungen dürfen
keine ferromagnetischen Materialien verwendet werden. Die Maßverkörperungenund Abtastköpfe der vakuumtauglichen
Messgeräte von HEIDENHAIN sind aus
nichtmagnetisierbaren Materialien aufgebaut. Lediglich die Signalkonverter enthalten
ferromagnetische Materialien. Daher bietet
HEIDENHAIN Messgerätevarianten an, beidenen die Signalkonverter außerhalb desVakuums platziert werden können.

Elektrischer Anschluss
Die Messgeräte von HEIDENHAIN sind mit
Steckern ausgestattet, die den Anschluss
an vakuumtauglichen Gehäusedurchführungen erlauben.
Die Längenmessgeräte der Baureihen LIF
benötigen Signalkonverter zur Signalum­
setzung auf 1 VSS. Diese Signalkonverter
befinden sich in einem Stecker Sub-D. Für
Hochvakuumanwendungen können die­Signalkonverter direkt am Gerät oder außerhalb der Vakuumkammer angebracht werden. Für Ultrahochvakuumanwendung
müssen sich die Signalkonverter außerhalb
der Vakuumkammer befinden. Die Kabellänge zwischen Abtastkopf und Signal­
konverter darf maximal 3 m betragen.

Vakuumtaugliche GehäusedurchführungenVakuumtaugliche Messgeräte

Die vakuumtauglichen Messgeräte vonHEIDENHAIN wurden von Standardgeräten
abgeleitet und entsprechend modifiziert.
Von den ursprünglichen Geräten sind allerdings nur das Abtastprinzip sowie die optoelektronischen und optischen Bauteileübernommen. Dagegen wurden Gehäuse,Platinen und Kleber den Anforderungender Vakuumklasse angepasst.

Folgende besondere Maßnahmen zeichnen die HEIDENHAIN-Geräte für Vakuum­
einsatz aus:
• Keine magnetisierbaren Materialien• Laserbeschriftung anstatt Aufkleber• Entlüftungsbohrungen• Spezielle Reinigung und Verpackung• Kabel mit PTFE-Abschirmung mit­ver­zinntem Kupfergeflecht

LIF 481 V

Für Hochvakuum bis 10–7 mbar

Für Ultrahochvakuum
bis 10–11 mbar

LIC 4113 V/LIC 4193 V

LIF 481 V

Messverfahren

absolut

inkremental

Messlängen*

240 mm bis 3040 mm

70 mm bis 1640 mm

Genauigkeitsklasse*±1 μm (Robax);±3 μm; ±5 μm±3 μm

Interpolations­abweichung±20 nm±12 nmSchnittstelle

EnDat 2.2; Fanuc i; Mitsubishi; » 1 VSS
Panasonic; Yaskawa

Signalperiode–4 µm

Material des­Teilungsträgers*• Robax-Glaskeramik–6 –1
therm ≈ (0 ±0,5) · 10 K–6 –1• Glas therm ≈ 8 · 10 K

• Zerodur-Glaskeramik therm ≈ 0 K–1 (0 ±0,1) · 10–6 K–1• Glas therm ≈ 8 · 10–6 K–1

Ausheiztemperatur

100 °CKabel, Stecker• Hochvakuumtauglicher­Stecker Sub-D, Stift, 15-polig

1)

LIF 471 V

LIF 481 U

 TTL» 1 VSS120 °C• Hochvakuumtaugliche Steckverbindung rund,
16-polig (APE in Luft) mit Durchführung• Signalkonverter in Stecker integriert (APE in­Vakuum)

UHV-taugliche Steck­verbindung ohne Durchführung (APE in Luft)* Bei Bestellung bitte auswählen1)
Robax-Glaskeramik bis max. Messlänge 1640 mm
Robax ist eine eingetragene Marke der Schott-Glaswerke, Mainz

Weitere Informationen:
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH
Dr.-Johannes-Heidenhain-Straße 583301 Traunreut, Germany +49 8669 31-0
 +49 8669 32-5061
info@heidenhain.dewww.heidenhain.com
627568 · 06 · A · 01 · 06/2024 · PDF• Prospekt Offene Längenmessgeräte• Produktinformation LIF 481 V/LIF 471 V/LIF 481 U• Produktinformation LIC 4113 V/LIC 4193 V