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TONiC™ UHV Inkrementelles Messsystem mit RESM20 Winkelmessring

Merkmale

  • Abtastkopfgröße: 35 x 13,5 x 10 mm
  • Auflösung bis 1 nm
  • Geschwindigkeit bis 3.673 min-1
  • Extrem geringer zyklischer Fehler (SDE): typischerweise <±30 nm
  • Optische IN-TRAC™ Referenzmarke

Vorteile

  • Ultrahochvakuum (UHV)
  • Ring mit geringem Querschnitt und großem Innendurchmesser zur einfachen Integration
  • Extrem kompakter Abtastkopf mit dynamischer Signalverarbeitung für eine verbesserte Bewegungsführung
  • Das Diagnosekit bietet Unterstützung bei schwierigen Installationen und hilft bei der Systemoptimierung
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Was ist TONiC UHV?

Mit TONiC UHV lässt sich das extrem kompakte, berührungslose Messsystem von Renishaw bei UHV-Anwendungen einsetzen, wobei Anwender von einer verbesserten Bewegungsführung profitieren.
TONiC bietet Geschwindigkeiten bis 10 m/s und, in Verbindung mit dem Ti Interface, Auflösungen bis 1 nm sowohl für lineare als auch rotatorische Anwendungen. TONiC Systeme lassen sich dank großzügiger Einstelltoleranzen und Kalibrierung per Knopfdruck schnell und einfach installieren. Die dynamische Signalverarbeitung von TONiC gewährleistet eine verbesserte Signalstabilität mit einem extrem geringen zyklischen Fehler von typischerweise <±30 nm zur Erzielung einer überragenden Regelgüte.

Was ist ein RESM20 Ring?

RESM20 ist ein nahtloser Edelstahlring mit einer direkt am Außendurchmesser aufgebrachten Teilungsperiode von 20 µm und der optischen Referenzmarke IN-TRAC™. Zwei Versionen sind in einer Vielzahl verschiedener Größen (Ø52 mm bis Ø550 mm) erhältlich. Messringe mit ‚A‘-Sektion, die eine beeindruckende installierte Genauigkeit bieten und ein Konusmontagesystem besitzen, das weniger enge Fertigungstoleranzen voraussetzt und Exzentrizität beseitigt. Dünne Messringe mit ‚B‘-Sektion, die über eine geringe Trägheit und Masse verfügen, sind ebenfalls erhältlich. Beide Messringausführungen verfügen über einen großen Innendurchmesser zur flexiblen Integration in UHV-Anwendungen. Die berührungslose Funktionsweise verhindert Umkehrspiel, Wellentorsion und andere mechanische Hysteresefehler, die bei gekapselten Systemen üblich sind.

Was spricht für dieses Messsystem?

Ultrahochvakuum (UHV)

TONiC UHV Abtastköpfe bauen auf der hervorragenden Leistungsfähigkeit der TONiC Standard-Abtastköpfe auf, jedoch wurden sie unter Verwendung UHV-tauglicher Materialien und Verfahren entwickelt und hergestellt, sodass sie sich für UHV-Umgebungen bis 10 -10 Torr eignen.
Die Baureihe der TONiC UHV Messsysteme mit Zubehör ist aus vakuumtauglichen Materialien und Klebstoffen gefertigt, um niedrige Ausgasraten und eine nachweislich saubere Restgasanalyse (RGA) zu erhalten. Dadurch eignet sie sich für viele Anwendungen einschließlich Waferhandling/Wafertesting, wissenschaftliche Instrumente, Spektroskopie, Ausrüstung zur Prüfung im Vakuum und vieles mehr.

Optimale Zuverlässigkeit und Leistung in kompakter Baugröße

Optimale Zuverlässigkeit und konstante Leistung erzielen TONiC Abtastköpfe durch Filteroptiken der dritten Generation, welche ein noch geringeres Rauschen (Jitter) erzeugen und jetzt durch dynamische Signalverarbeitung einschließlich Auto Gain Control und Auto Offset Control weiter verbessert wurden. Diese im Abtastkopf integrierte Kombination erzielt beste Signalreinheit und höchste zyklische Genauigkeit von ±30 nm. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsregelung für verbesserte Scanleistung und eine erhöhte Positionsstabilität, die wiederum zur Minimierung der Wärmeentwicklung bei Motoren innerhalb des Vakuums beiträgt – grundlegende Voraussetzungen für Vakuumanwendungen in einem kompakten Abtastkopf.

Schnellere und einfachere Installation

Eine Einstell-LED am Abtastkopf zeigt die Signalgröße optisch an; ein optionales Diagnosekit ermöglicht die Fernüberprüfung der Systemleistung, wenn der Abtastkopf in der Maschine nicht zu sehen ist. Die Kalibrierung der Referenzmarke und der Inkrementalsignale erfolgt per Knopfdruck, ganz ohne mechanische Einstellung oder zusätzliche Diagnoseinstrumente. Die vom Anwender wählbare, optische IN-TRAC Referenzmarke ist zwecks kompakter Abmessungen und einfacher Justage in der inkrementellen Maßverkörperung eingebettet. Es wird ein Referenzmarkensignal erzeugt, das über den gesamten Betriebstemperatur- und Geschwindigkeitsbereich in beiden Verfahrrichtungen entsprechend der Auflösung wiederholgenau ist.

Interface-Optionen

TD (Dual Resolution) Interface

  • Rechtecksignale mit zwei wählbaren Auflösungen.
  • Ideal für Anwendungen, bei denen schnelle Bewegungen mit Präzisionsbewegungen kombiniert werden.
Ti Interface (rechteckig)

DOP (Dual Output) Interface

  • Liefert zeitgleich digitale Rechtecksignale und 1 Vss-Signale.
  • Für Anwendungen entwickelt, bei denen ein oder mehrere Abläufe mit einer Bewegungsachse synchronisiert werden müssen.TONiC ‚DOP'-Interface (Dual Output Interface)

DSi (Dual Signal Interface)

  • Das DSi von Renishaw kombiniert die Inkrementalsignale von zwei TONiC Abtastköpfen auf einem RESM20-Ring (REST20-Ring bei Anwendungen mit Teilrotationen) zur Kompensation der Auswirkungen von Lagerspiel und beseitigt ungerade harmonische Frequenzanteile einschließlich Exzentrizität, um eine installierte Gesamtgenauigkeit von typischerweise ±2,0 Winkelsekunden zu liefern.TONiC Dual Signal Interface mit RESM Winkelmessring

Diagnosekit (optional)

TONiC™ Diagnosekit (Software und Hardware)

Die TONiC Diagnosesoftware kann zur Optimierung der Installation von TONiC Messsystemen verwendet werden und bietet eine schnelle und umfassende Systemkalibrierung. Die Software muss in Verbindung mit der TONiC Diagnosehardware eingesetzt werden, die von Renishaw unter der Artikelnummer A-9411-0011 erhältlich ist. Die Hardware wird über das USB-Kabel (im Kit enthalten) an den PC oder in Reihe mit der Kundenelektronik angeschlossen.

Alles über das TONiC Diagnosekit erfahren.

Technische Daten

Maßverkörperung

RESM20: Nahtloser Edelstahlmessring mit geringem Querschnitt. Standard ‚A‘-Sektion mit konischem Innendurchmesser oder ‚B‘-Sektion mit geringer Trägheit

Auch als REST20 für Anwendungen mit Teilrotationen erhältlich.

Abtastkopfgröße (LxHxB)

35 mm x 13,5 mm x 10 mm

Teilungsperiode

20 μm

Thermischer Ausdehnungskoeffizient bei 20 °C15,5 ±0,5 µm/m/°C

Ring-Außendurchmesser

52 mm bis 550 mm. Für größere benutzerdefinierte Formate wenden Sie sich bitte an Renishaw

Strichzahl

8.192 bis 86.400 (je nach Ringgröße)

Referenzmarke

RESM20: Messring mit einfacher IN-TRAC Referenzmarke

REST20: Messring mit zwei Referenzmarken für Anwendungen mit Teilrotationen

Genauigkeit*

Teilungsgenauigkeit

Systemgenauigkeit


±3,97 bis ±0,38 Winkelsekunden (je nach Ringdurchmesser)

±4,20 bis ±0,40 Winkelsekunden (je nach Ringdurchmesser)

Maximale Geschwindigkeit

Analog

Digital

(Siehe Datenblatt für nähere Informationen)

3.673 min-1 bei -3 dB (auf 52 mm RESM20)

3.673 min-1 (TONiC mit 5 μm Auflösung auf 52 mm RESM20)

Zyklischer Fehler (SDE)

Typischerweise < ±30 nm

Dynamische Signalregelung

Signalaufbereitung in Echtzeit einschließlich Auto Gain Control (AGC) und Auto Offset Control (AOC) für optimale Leistung während des Betriebs

Inkrementalsignale

Analog

Digital

(Für Angaben zu den Winkelauflösungen siehe Datenblatt)

1 Vss (20 µm Teilungsperiode)

Auflösung von 5 μm bis 1 nm

Elektrische Verbindung

0,5 m, 1 m, 1,5 m, 3 m, 5 m und 10 m Kabel mit Miniverbinder (wird direkt an das TONiC Interface angeschlossen)

Spannungsversorgung

5 V ±10%, < 100 mA (analoges System), < 200 mA (digitale Systeme) (ohne Stecker)

Stromverbrauch<100 mA

Vibration (im Betrieb)

100 m/s2 max. bei 55 Hz bis 2.000 Hz

Schock (nicht in Betrieb)

1.000 m/s2, 6 ms, ½ Sinus

Betriebstemperatur (System)

0 ℃ bis +70 °C

Ausbacktemperatur (nicht im Betrieb)

120 °C (nur Abtastkopf und Maßstab)

Schutzklasse

Abtastkopf: IP20

Interface: IP20

Kabelaufbau

Einzeln geschirmte FEP-Aderisolation mit verzinntem Kupfergeflecht


* Die Systemgenauigkeit ist der Teilungsfehler plus zyklischer Fehler. Teilungsgenauigkeit ist der maximale Fehler zwischen dem von einem einzelnen Abtastkopf gemessenen Winkel und der tatsächlichen Rotation. Installationseinflüsse wie Exzentrizitäten sind nicht eingeschlossen.

Vollständige technische Details finden Sie in den Datenblättern.

Downloads

Datenblätter

Software

  • TONiC™ diagnostic software version 1.0 [en]

White Paper

  • White paper:  The accuracy of angle encoders White paper: The accuracy of angle encoders [en]

Funktionsweise

TONiC verwendet die dritte Generation der einzigartigen Filteroptik von Renishaw, die den Durchschnitt vieler Teilungsperioden ermittelt und nicht-periodische Eigenschaften wie Schmutz, Staub und andere Verunreinigungen herausfiltert. Ebenso wird die rechteckförmige Struktur der Teilungsperiode gefiltert, sodass ein reines Sinussignal auf dem Detektor abgebildet wird. Hier wird eine feine Struktur angewendet, um die Form von vier symmetrischen Phasensignalen darzustellen. Diese Verfahren werden kombiniert, um DC Anteile zu entfernen und ein Sinus-/Kosinussignal mit höchster spektraler Reinheit und geringem Offset zu erzeugen.

In Kombination gewährleisten die vollintegrierte, erweiterte dynamische Signalverarbeitung, Auto Gain Control, Auto Balance Control und Auto Offset Control einen extrem geringen zyklischen Fehler von <±30 nm.

Diese Entwicklung der Filteroptik liefert in Verbindung mit sorgfältig ausgesuchter Elektronik Inkrementalsignale mit großer Bandbreite, wodurch eine max. Geschwindigkeit von 10 m/s mit dem niedrigsten Positionsrauschen (Jitter) unter den Messsystemen seiner Klasse erreicht wird. Die Interpolation erfolgt durch CORDIC-Algorithmen innerhalb des TONiC Ti Interface, wobei Versionen mit höherer Auflösung durch zusätzliche rauschmindernde Elektronik weiter verstärkt werden, um einen Jitter von nur 0,5 nm RMS zu erzielen.

TONiC™ Optisches Prinzip mit Anmerkungen

Die IN-TRAC Referenzmarke ist voll in die inkrementelle Maßverkörperung integriert und wird von einem Split-Fotodetektor im Abtastkopf erfasst. Wie aus dem Schaubild hervorgeht, wurde der Referenzmarken-Split-Detektor direkt in die Mitte des linearen Inkrementalkanal-Fotodiodenarray eingebettet und garantiert damit eine größere Unempfindlichkeit gegenüber Gierwinkel-Phasenverschiebung. Dadurch wird ein Referenzmarkensignal erzeugt, das entsprechend der Auflösung bei allen Geschwindigkeiten in beiden Richtungen wiederholgenau ist. Diese einzigartige Anordnung profitiert außerdem von einer automatischen Kalibrierroutine, welche die Referenzmarke elektronisch synchronisiert und die dynamische Signalverarbeitung optimiert.