DE10155741A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von interferentiell-optischen Linearmaßstäben zur Verwendung in einem optischen Längenmesssystem sowie optisches Längenmesssystem mit einem derartig hergestellten Maßstab - Google Patents

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur replizierten Fertigung von Messlinealen zum Einsatz in optischen Längen-Messsystemen. Dazu wird in die Oberfläche einer Präge-Walze eine mikrostrukturierte geometrische Negativform einer Codierung in Form von diffraktiven optischen Elementen eingeschrieben. Die Mikrostrukturierung der Präge-Walze als Master wird etwa mittels Laser-Ablation, Mikrobearbeitung mit Diamant-Fräsen oder Lithographie mittels UV-, X-ray-, Elektronenstrahl- oder holographischer Belichtung vorgenommen. Dabei ist die Leserichtung der Codespuren radial dem Walzen-Umfang entlang angeordnet. In einem weiteren Schritt wird die Positionscodierung auf der Master-Walze in das Maßstabs-Material rollend abgeformt. Die binäre Codierung wird dabei durch optisch diffraktive Flächen bzw. durch unstrukturierte Flächen realisiert. Verschiedene Replikationsverfahren, wie etwa Mikro-Spritzguss, Heißprägung oder UV-Prägung, erlauben sowohl die Replikation inkremental codierter Maßstäbe prinzipiell unbeschränkter Länge als auch von absolut codierten Maßstäben endlicher Länge.

Description

• Die dargelegte Erfindung betrifft das technische Gebiet der optischen Längenmessung. Hierzu werden Maßstäbe als Längenmess-Normale verwendet, die eine Codierung aufweisen, welche mittels photoelektrischen Abtast-Empfängern detektiert werden. Die Maßstäbe werden in diesem Zusammenhang auch Mess-Lineale oder einfach Lineale genannt.
• Eine Positionscodierung auf einem Maßstab besteht aus einer oder mehreren sogenannten Codespuren, die eventuell mehrfach in Bewegungsrichtung hintereinander und im Falle mehrerer Spuren auch nebeneinander ausgelesen werden. Jede Codespur weist eine nicht notwendigerweise periodische Anordnung von Codefeldern auf, die im klassischen Falle der Abtastung aus Hell- und aus Dunkelfeldern nach Prinzipien der geometrischen Optik bestehen.
• Es existieren im wesentlichen zwei Arten der Codierung: die absoluten Codes, zu denen etwa der Binärcode, der Pseudo-Random-Code, der Graycode, der BCD-Code und der Nonius- Code zählen und die auch im Stillstand sowie an jeder Position stets die genaue, als absolut bezeichnete Lage ermitteln. Als weiteres existieren die sogenannten inkrementalen Codierungen, die periodische Strichteilungen aufweisen und durch Aufzählung eine Lageveränderung erfassen. Zumeist besitzen die inkrementalen Codierungen eine oder mehrere sogenannte Referenzmarke(n), auch Nullposition(en) genannt, auf einer weiteren Codespur. Wird eine dieser Positions-Referenzmarken überfahren, so ist die absolute Lage bekannt. Da man mit dieser Referenzmarke einen absoluten Positions-Bezug geschaffen hat, spricht man auch von quasi-absoluten Messsystemen.
• Es gibt im wesentlichen drei physikalische Technologien zur optischen Längenmessung mit Maßstäben als Mess-Normal:
  Eine erste Technologie (Typ 1) nach dem sogenannten Moiré-Abtastverfahren verwendet lichttransparente Glas- oder Plexiglas-Maßstäbe, die mit einer strukturierten Chromschicht versehen sind. Die Strukturierung der Chromschicht liegt in Form von inkrementalen oder absoluten Codierungen in Gestalt von Hell-/Dunkelfeldern vor. Zur Herstellung dieser Strukturierung der Codescheibe wird diese bislang belichtet und geätzt. Die feinsten Codebreiten betragen dabei etwa 10 bis 40 Mikrometer. Einfachere Codescheiben bestehen aus aufgesputterten oder geätzten Metallscheiben. Diese Codescheibe wird mit parallel kollimiertem Licht, welches in der Regel aus einer Halbleiter-Lichtquelle (LED, light emitting diode) emittiert wird, beleuchtet und gelangt durch ein sogenanntes Abtastgitter mit einer dem Code auf der Codescheibe entsprechenden Teilung auf den photoelektrischen Abtastempfänger (Abtaster). Daher stammt die Bezeichnung Moiré-Gitter bzw. Moiré-Abtastverfahren. Alternativ kann das Abtastgitter ersetzt werden durch entsprechend strukturierte lichtempfindliche Detektorflächen auf dem Abtaster.
• Weitere Mess-Technologien verwenden Prinzipien der Wellenoptik unter Ausnutzung der Interferenz und Beugung des Lichtes.
• Eine erste derartige Technologie (Typ 2), wie sie etwa in EP 0 741 282 oder in EP 0 849 567 beschrieben ist, verwendet optische Beugungsgitter mit Gitterperioden im Bereich der Wellenlänge des emittierten Lichtes. Dabei dient die Gitterperiode des Beugungsgitters als inkrementale Codeteilung. Damit liegen die Gitterperioden im Bereich vom Sub-Mikrometerbereich bis hin zu einigen Mikrometern. Ein zweites Beugungsgitter mit ähnlicher oder gleicher Gitterperiode wie das Codegitter, das sogenannte Abtastgitter, wird mit dem Abtast- Empfänger mitgeführt und durch optische Interferenz an beiden Beugungsgittern ergibt sich somit ein abstandsabhängiges Positionssignal. Dieses Messverfahren erlaubt bei entsprechender toleranzarmer mechanischer Führung eine noch höhere Messgenauigkeit. Durch mehrere nebeneinander liegende inkrementale Spuren mit leicht voneinander abweichenden Teilungsperioden ist es nach dem Nonius- bzw. Vernier-Prinzip möglich, absolute Messsysteme zu realisieren.
• Diese interferentiell optischen Messverfahren vom Typ 2 nutzen die optische Beugung und die Interferenz des Lichtes an optischen Gittern kleiner Gitterteilung. Möglich ist sowohl die Herstellung von transmissiven als auch von reflektiven Maßstäben. Die transmissiven Maßstäbe bestehen aus lichtdurchlässigem Kunststoff. Die reflektiven Maßstäbe sind vorderseitig oder rückseitig mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen.
• Ein weiteres optisches Positionsmess-Verfahren (Typ 3) beruht ebenfalls auf optisch interferentiellen Effekten, unterscheidet sich jedoch vom vorangehenden Verfahren dadurch, dass zur Abtastung kein zweites Beugungsgitter notwendig ist. Dieses Verfahren ist für reflektiv aufgebaute Positionsmessgeräte in DE 195 18 714 und für transmissive Positionsmessgeräte in DE 100 25 410 beschrieben. Hierbei sind auf dem Maßstab in codierter Form angeordnete diffraktive optische Elemente positioniert. Die kann etwa dadurch geschehen, dass abwechselnd die binäre Codierung einerseits durch unstrukturierte und andererseits durch mittels diffraktiven optischen Elementen mikrostrukturierte Codefelder gegeben ist. Somit können insbesondere die aus der Positionssensorik bekannten binären Codierungen verwendet werden, wie etwa Random-Codes, der Gray-Code oder der Binärcode. Die Mikrostrukturen bestehen aus optischen Beugungsgittern.
• Im reflektiven Fall ist der Lichtsender in Form einer LED auf der gleichen Seite des Maßstabes wie der Abtastempfänger positioniert. Das emittierte und parallel kollimierte Licht fällt unter einem schrägen Winkel auf die dem Abtastempfänger senkrecht gegenüberliegende Stelle des Maßstabs. Unstrukturierte Codefelder reflektieren das Licht am Abtastempfänger vorbei, während die geometrische Anordnung von Lichtquelle, Codescheibe und Abtaster derart beschaffen ist, dass die mit Beugungsgittern mikrostrukturierten Codefelder das einfallende Licht beugen und das Licht der (-1.) Beugungsordnung in die Richtung der Empfängerdioden des Abtastempfängers zurückstrahlen. Vor dem Abtastempfänger kann eine Abbildungsoptik angeordnet sein, die vorteilhafterweise telezentrisch ausgestaltet ist.
• Im transmissiven Fall (vgl. auch Fig. 9) ist die Lichtquelle dem Abtastempfänger gegenüberliegend angeordnet; zwischen beiden Bauelementen ist der Maßstab angeordnet. Auch hier besteht der Maßstab aus mit Beugungsgittern mikrostrukturierten Codefeldern einerseits und aus unstrukturierten Codefeldern andererseits. Die unstrukturierten Codefelder lassen das emittierte und kollimierte Licht der Lichtquelle ungehindert in die lichtempfindlichen photoelektrischen Flächen des Abtastempfängers gelangen, während die mikrostrukturierten Codefelder das Licht derart ohne eine nullte Beugungsordnung beugen, dass es seitlich an dem Abtast-Empfänger vorbei strahlt.
• Für Drehgeber können die Codescheiben für das zuletzt beschriebene interferentielle Messverfahren vom Typ 3 in der reflektiven oder der transmissiven Ausführung etwa mittels Mikrospritzgusstechnik hergestellt werden. Der Vorteil dieses Fertigungsverfahrens ist die preiswerte Replikation der Maßstäbe. Für Längenmessgeräte ist ein vergleichbares Fertigungsverfahren bislang nicht bekannt.
• Die optischen Maßstäbe für Messgeräte vom Typ 1 werden bislang mit inkremental oder absolut codierten klassisch optisch strukturierten Chrom-Mustern mit Hell-/Dunkelfeldern oder mit inkremental codierten interferentiellen Beugungsgittern versehen hergestellt. Abgesehen von obiger Technologie für Drehgeber mit mikrostrukturierten Codescheiben müssen die Maßstäbe dabei bislang einzeln belichtet und geätzt werden, wobei die Interferenz-Maßstäbe einzeln photolithographisch mit großem Aufwand hergestellt werden. Für Linearmaßstäbe ist bislang kein anderes Verfahren bekannt.
• Ein weiteres Problem obiger Messgeräte vom Typ 1 ist das unerwünschte Auftreten von optischen Beugungseffekten: An den Kanten der Chromgitterstrukturen entsteht durch Interferenz eine Lichtmodulation, die eine Verringerung der Auflösung zumindest von sinusförmigen Abtastsignalen zur Folge hat. Um dieses Problem zu vermeiden, ist der Abtast- Empfänger nur sehr gering von dem Maßstab beabstandet. Diese Maßnahme führt zu geringen Material- und Fertigungstoleranzen, sowie zu einer starken Abstandsabhängigkeit zwischen dem Maßstab und dem Abtast-Empfänger.
• Namentlich bei Längenmessgeräten mit großer Baulänge ist daher eine sehr genaue Führung des Abtast-Empfängers relativ zum Maßstab notwendig.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein preiswertes und vergleichsweise einfaches Herstellungsverfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung für Maßstäbe zum Einsatz in Längenmessgeräten anzugeben, welches durch Replikation auch große Maßstabs-Längen herzustellen in der Lage ist, sowie darüber hinaus ein Längenmessgerät zu beschreiben, welches einen derart hergestellten Maßstab aufweist, welcher insbesondere einen inkrementellen oder einen absoluten Positionscode trägt.
• Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
• Insbesondere weisen die nach der Erfindung gestalteten Längenmessgeräte eine größere Entfernungs-Toleranz zwischen dem Maßstab und dem Abtast-Empfänger auf, wodurch geringere Anforderungen an die Montage, Fertigung und die Bauteile gestellt werden können.
• Klassische Kunststoff-Replikationstechnologien sind etwa das Mikrospritzguss-Verfahren, das Heißprägen oder das UV-Reaktionsgiessen. Sie erlauben bereits die Herstellung von Sub- Mikrometerstrukturen bei teilweise hohem Aspektverhältnis. Jedoch ist bislang die Herstellung von Replikaten mit großer Kantenlänge nicht möglich.
• Auch die Herstellung der Prägeformen mittels der Techniken der Laser-Ablation, der Lithographie mittels UV-Licht oder Röntgenstrahlung (X-ray writing), der Strukturierung mittels Elektronenstrahlen (e-beam writing), der holographischen Belichtung oder der mikromechanischen Bearbeitung etwa mittels Mikrofräsen oder anderer Technologien ist bislang auf kleine geometrische Maße bis etwa 140 Millimeter beschränkt.
• Im folgenden wird eine einfaches Verfahren bzw. eine einfache Vorrichtung vorgestellt und beschrieben, die es erlaubt, preiswert und schnell Linearmaßstäbe zu replizieren. Dabei ist auch die Herstellung von vergleichsweise großen Maßstabs-Längen von bis zu einem Meter und mehr möglich. Insbesondere können die Maßstäbe dabei inkrementale oder auch absolute Codierungen aufweisen. Auch die Herstellung von Maßstäben mit nebeneinander angeordneten inkrementalen und absoluten Codierungsspuren ist möglich.
• Hierzu wird in einem ersten Schritt zunächst eine Walze als Abdruckform (Master) angefertigt. In die Oberfläche dieser Walze wird als geometrische Negativform im Maßstab 1 : 1 der ursprüngliche Code eingeformt. Die Einformung bzw. Prägung der Master-Abdruckform kann durch unterschiedliche Techniken geschehen. So kann etwa die Laser-Ablation, mikromechanische Bearbeitung etwa mittels einer Mikrofräse, photolithographische oder holographische Verfahren oder andere Verfahren, wie etwa die LIGA-Technik zum Einsatz kommen. Das LIGA-Verfahren umfasst die Teilprozesse der Lithographie, der Galvanoformung und der Abformung.
• Die lithographischen Verfahren teilen sich in die Arbeitsprozesse der Maskenherstellung, der Belichtung und der Ätzung auf. Anschließend wird auf die lithographisch hergestellte Grundform etwa eine Nickelschicht galvanisch aufgewachsen. Die lithographische Belichtung kann dabei etwa mittels UV-Licht, Elektronenstrahlung (e-beam), Ionenstrahlung (ion-beam) oder Röntgenstrahlung (X-ray) vorgenommen werden. Dabei ist zu beachten, dass die Walzen-Oberfläche konvex und nicht plan ist.
• Allen lithographischen Verfahren ist gemeinsam, dass eine strahlungsempfindliche Schicht, das sogenannte Resist mittels einer Arbeitsmaske partiell der Strahlung (UV-Licht, Elektronen, Ionen oder Röntgenstrahlung) ausgesetzt wird und bei einem positiv-Resist die bestrahlten Stellen anschließend weggeätzt werden. Bei einem negativarbeitenden Resist bleiben umgekehrt die belichteten Stellen hingegen nach dem Ätzvorgang erhalten.
• Für holographische Belichtungsverfahren werden im Gegensatz zur Lithographie keine Belichtungsmasken verwendet; vielmehr werden in der Regel zwei kohärente Teilstrahlen auf das Resist gerichtet und gelangen dort zur Überlagerung. Durch Interferenz bedingte Intensitätsschwankungen des Lichtes belichten das Resist mehr oder weniger. Dies hat eine unterschiedliche Ätztiefe zur Folge. Je nach Art und Einfallswinkel der kohärenten Strahlungsbündel ist das Intensitätsmuster beeinflussbar.
• Die mikrostrukturierte Abdruckform wird dabei im Maßstab 1 : 1 als Negativform in die Oberfläche einer Walze (100) eingearbeitet.
• In einem weiteren Schritt geschieht die Abformung der Maßstäbe (10) von der Abdruckform durch das Heißprägen oder UV-Replikation von Kunststoff. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Kunststoff-Form zwischen zwei Walzen (100, 110) zu prägen, wobei mindestens eine Walze (100) derart mit einer mikrostrukturierten Oberfläche versehen ist, so dass beim Abrollen der Walze (100) die Positionscodierung (2) in Form von Beugungsgittern in die Kunststoff-Form eingeprägt werden.
• Zur thermoplastischen Prägung wird das Polymer zunächst auf hohe Temperaturen oberhalb der sogenannten Glasübergangstemperatur erhitzt, so dass das Material im niederviskosen Zustand in die mikrostrukturierten Oberflächenvertiefungen einzudringen vermag.
• Anschließend wird die Kunststoff-Form noch im Kontakt mit der Walzenoberfläche unter die Glasübergangstemperatur abgekühlt, damit die eingeprägte Mikrostrukturierung auch nach der Ent-Kontaktierung mit der mikrostrukturierten Walzenoberfläche erhalten bleibt. Die Walze wird dazu vorteilhafterweise gekühlt. Um die kleinen Strukturen mit Größenordnungen im (sub-)Mikrometer Bereich abzuformen, werden zum Teil recht hohe Kräfte im kilo- Newton Bereich benötigt.
• Alternativ ist das Verfahren der UV-Abformung verwendbar: Hierzu wird die mikrostrukturierte Negativform auf der Oberfläche der Walze (100) in ein Medium mit UV-härtbaren Bestandteilen, vorzugsweise aus Kunststoff, eingeprägt und mittels UV-Licht gehärtet.
• Es ist möglich, mittels einer mit einer mikrostrukturierten Oberfläche geprägten Walze (100) mit Radius (r) und Durchmesser d = 2r den linearen Maßstab (10) über eine Länge von (πd) wiederholungsfrei zu strukturieren. Dies ist notwendig für absolute Codierungen oder für inkrementale Codierungen mit eindeutigem Referenzsignal (Nullimpuls) je Messlänge.
• Auf der in sich geschlossenen Walzenoberfläche ist die Strukturierung geschlossener Codes möglich, nach der Einprägung dieses Codes in einen linearen Maßstab (10) liegt ein linearer Code vor, der einen Anfang und ein Ende aufweist.
• Da der Umfang der Walze (100) eine geschlossene Fläche darstellt, ist es möglich, eine ganzzahlige Anzahl von inkrementalen Perioden auf den Umfang der Prägewalze (100) aufzuschreiben. Da sich für rein inkrementale Codierungen der Code wiederholen kann, ist es in diesem Fall möglich, mit diesem Replikationsverfahren durch mehrere Umdrehungen der Walze (100) während des Prägevorganges prinzipiell beliebig lange inkrementale Maßstäbe (10) herzustellen. Weiterhin ist es möglich, auf diesem inkrementalen Maßstab quasi unbegrenzter Länge nach dem Prägevorgang zusätzlich eine oder mehrere Referenzmarken (40) auf einer weiteren Spur anzubringen. Dieses kann etwa durch Laserablation, durch mikromechanische Bearbeitung oder durch Heißprägung mit einem entsprechenden mikrostrukturierten Stempel geschehen, der eine Negativ-Form der Referenz-Markierung aufweist.
• Ferner ist es möglich, einen absoluten Code und eventuell zusätzlich einen inkrementalen Code auf die Walze (100) zu übertragen und auf mehrere identische Maßstäbe hintereinander abzuformen und anschließend die identischen Maßstäbe durch mittels Laserbeschriftung versehene unterschiedliche Referenzmarkierungen (40) auf einer weiteren Codespur unterscheidbar zu gestalten. Um eine Trennung der unterschiedlichen geprägten Maßstabs-Stücke nach der Replikation zu ermöglichen, gleichzeitig jedoch auch eine Nutzung als Gesamtmaßstab zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, einen Freiraum oder ein Trenn-Bit zwischen beiden Maßstabs-Stücken vorzusehen, welches zusammen mit einem ersten Maßstab ein absolutes Signal ergibt, welches jedoch auch fehlen kann, sodass an dieser Stelle ein Schnitt vorgesehen werden kann.
• Alternativ ist es möglich, bei absoluten Codierungen einen unstrukturierten Übergangsbereich auf der Walze (100) vorzusehen, der die anschließende Trennung der Maßstäbe nach dem Prägevorgang an dieser Stelle ermöglicht.
• Weiterhin ist etwa auf einer weiteren Spur eine Codierung einer Übergangs-Referenzmarke mit mindestens einem Bit möglich.
• Die vor der thermoplastische Einformung respektive vor dem Heißprägen notwendige Erwärmung des Kunststoff-Materials des Maßstabes (10) auf eine Temperatur oberhalb der (Plexi-)Glasübergangstemperatur geschieht dabei entweder mittels Wärmestrahlung, IR-Licht oder mittels Mikrowellen. Während bei der IR-Erwärmung die Wärmeenergie über Wärmekonvektion von aussen in das Innere des Materials vordringt, bewirkt die Bestrahlung mit Mikrowellen eine volumetrische Materialerwärmung. Auch eine Kombination beider Materialerwärmungs-Verfahren ist zur gleichmäßigen Erwärmung möglich.
• Zur Mikrowellenheizung wird weiterhin vorgeschlagen, die Kunststoff-Form des zu prägenden linearen Maßstabes (10) in einer offenen oder geschlossenen Kavität (50) mittels Mikrowellen zu erhitzen. Da gerade polare Kunststoffe und Thermoplaste, wie etwa PVDF, eine hohe Dissipation und damit Absorption von Mikrowellenenergie aufweisen, kann der Kunststoff gesteuert und in kurzer Zeit auf den notwendigen Prozess-Temperaturbereich erhitzt werden. Die Absorptionsfähigkeit nicht-polarer Kunststoffe kann durch Beigaben von elektrisch leitenden oder polaren Additiven gesteigert werden. Die Kavität (50) kann geschlossen sein oder es muss durch ein geeignetes Einkoppelsystem sichergestellt sein, dass die Mikrowelle die Kavität (50) nicht verlässt. Der Vorteil des Einsatzes von Mikrowellen ist die gleichmäßige volumetrische Materialerwärmung. Bei kleinen zu prägenden Strukturtiefen ist eine oberflächliche Erhitzung des Maßstabsmaterials ausreichend.
• Um die notwendige Zeit zur Abkühlung unterhalb der Entformungs-Temperatur nach dem Einprägevorgang zu minimieren bzw. um einen kontinuierlichen Abrollvorgang der Präge- Walze (100) zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, die Präge-Walze (100) sowie auch die eventuell gegenüberliegende Führungswalze (110) zu kühlen und/oder auf der geprägten Seite einem kalten Luftstrom auszusetzen. Die Oberfläche der Walze (100) weist vorzugsweise eine geringe Oberflächenspannung gegenüber dem zu prägenden Material auf, so dass eine Haftung und damit eine Haftung des geprägten Materials des Maßstabes (10) oder Teilen davon an den Walzen (100), (110), insbesondere an der Prägewalze (100) zuverlässig vermieden wird.
• Der mikrostrukturierte Maßstab (10) besteht vorteilhafterweise aus Kunststoff, wie etwa Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylidenflourid (PVDF) oder entsprechenden Derivaten. PVDF weist darüber hinaus eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Möglich ist auch die Aufbringung einer dünnen Schicht auf einem Träger, der etwa aus Glas, Kunststoff, Keramik oder einem anderen Material besteht, wobei diese Schicht anschließend mikrostrukturiert wird. Mit geeigneten Walzenmaterialien ist auch eine direkte Strukturierung von Glas- oder Keramik-Materialien möglich. Weiterhin ist auch die Strukturierung einer Kunststoff-Folie mittels der Prägewalze (100) möglich. Die Folie wird anschließend mit einem Träger etwa durch Verkleben verbunden. Alternativ kann die mikrostrukturierte Folie mit einem Trägermaterial hinterspritzt werden. Hierzu wird die zuvor geprägte Folie in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt, bevor das Trägermaterial eingespritzt wird. Die Folie bildet die Oberfläche des Trägermaterials und geht eine feste Verbindung mit diesem ein.
• Der mit Beugungsgittern (diffraktiven optischen Elementen, DOE's) mikrostrukturierte Längen-Maßstab (10) kann insbesondere eine der oben beschriebenen interferenz-optischen Ausgestaltung aufweisen, d. h. es ist sowohl möglich, eine oder mehrere Codespuren mit inkrementaler Teilungsperiode eventuell mit zusätzlicher Referenzmarke versehen in den Längen-Maßstab (10) einzuprägen, wobei die Teilungsperiode durch ein Beugungsgitter gegeben ist (Typ 2), oder auch inkrementale oder absolut codierte Codefelder (200, 201) einzuprägen, wobei die Codefelder (200, 201) durch Beugungsgitter mikrostrukturiert oder unstrukturiert sind (Typ 3).
• Alternativ zu obigem Verfahren kann auch das UV-Walzen-Prägeverfahren eingesetzt werden: Hierzu wird ein Kunststoff-Material, welches UV-härtbar ist, im zähflüssigen Zustand durch die Walze (100) mikrostrukturiert geprägt und anschließend nach der Prägung mittels UV-Licht ausgehärtet.
• Das dargestellt Replikationsverfahren kann für die Herstellung von Maßstäben (10) für Drehgeber vom Typ 2 und 3 eingesetzt werden.
• Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen näher erläutert:
• Es sind dargestellt in der
• Fig. 1 schematisch eine Prägewalze (100) mit einem Positionscode (2), bestehend aus fünf Codespuren (20) bis (24), die mikrostrukturierte Codefelder (200) aufweisen.
• In der Fig. 2 ist schematisch der Prägevorgang des Maßstabes (10) gezeigt, der durch die mikrostrukturierte Prägewalze (100) und die Führungswalze (110) geleitet wird,
• in den Fig. 3 und 4 die Durchführung des linearen Maßstabes (10) durch die Mikrowellenkavität (50), sowie die Führung mittels Führungswalzen (110) und die mikrostrukturierte Prägung durch die Prägewalze (100).
• In der Fig. 5 ist jeweils oben schematisch die Seitenansicht einer mikrostrukturierten Walze (100) dargestellt, die laterale Erhöhungen (links) oder Vertiefungen (rechts) aufweist und somit nach dem Prägevorgang im Maßstab (10) mikrostrukturierte Vertiefungen (links) oder Erhöhungen (rechts) hinterlässt.
• In der Fig. 6 ist ein Prägevorgang eines Maßstabes (10) mit einem Positionscode (2), bestehend aus zwei Codespuren (20) und (21) durch eine Prägewalze (100) dargestellt. Dabei weist eine erste Codespur (20) eine einspurige absolute Codierung auf, hier dargestellt als Pseudo-Ramdom Code und eine weitere Codespur (21) weist eine inkrementale Codierung auf.
• In der Fig. 7 ist ein linearer Maßstab (10) dargestellt, der eine inkrementale Codespur (20), bestehend aus strukturierten (200) und unstrukturierten Codefeldern (201), sowie eine zusätzliche Referenzmarkierung (40) aufweist.
• In der Fig. 8 ist ein Maßstab (10) dargestellt mit einer inkrementalen Codespur (20) sowie einer Referenzmarkierung (40). Im Gegensatz zum in der Fig. 7 dargestellten Maßstab (10) besteht die inkrementale Codespur (20) aus einem durchgehenden Beugungsgitter zum Einsatz in einen Längenmessgerät vom Typ 2.
• Last not least zeigt die Fig. 9 den prinzipiellen Aufbau eines beschriebenen Längenmesssystems (Typ 3) am Beispiel eines optisch transmissiven Aufbaus: Der Maßstab (10) weist binär-codiert angeordnete Transmissions-Beugungsgitter (15) auf, deren nullte Beugungsordnung ausfällt. Fällt das vom Lichtsender (12), der in der Regel aus einer Halbleiterdiode besteht, emittierte und vermittels der Kollimatorlinse (13) parallel gebündelte Licht auf eine unstrukturierte Fläche des Maßstabes (10), so gelangt es ungehindert durch das abbildende diffraktive oder refraktive optische Element (14) auf die lichtempfindlichen Empfängerdioden des Abtast-Empfängers (11). Fällt das Licht jedoch auf ein Transmissionsgitter, so wird es seitlich an dem Empfänger (11) vorbei gelenkt, so dass diese Codefelder den Dunkelfeldern entsprechen.
• Der Maßstab (10) enthält in binär codierter Form Positionsinformationen in Form eines Positionscodes (2). Dieser besteht aus einem oder mehreren nebeneinander liegenden, d. h. senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordneten Codespuren (20, 21, 22, 23, 24). Jede Codespur besteht wiederum aus hintereinander liegenden, d. h. kollinear zur Bewegungsrichtung angeordneten Codefeldern (200, 201), die in binär codierter Form vorliegen. Es gibt zwei Möglichkeiten der Codierung: Im ersten Fall besteht die Codierung aus unstrukturierten und durch diffraktive optische Elemente (DOE's) strukturierten Codeflächen für Längenmessgeräte vom Typ 3. Dabei sind die Codeflächen in codierter Abfolge angeordnet; so können sie etwa für eine inkrementale Codierung periodisch abwechseln.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Codierung für Drehgeber vom Typ 2 aus einem durchgehenden periodischen Beugungs-Liniengitter mit senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordneten Gitterstrukturen besteht. In diesem Fall ist die Breite einer Codefläche quasi die halbe Gitterkonstante. Die Gitterkonstante ist die Periodenlänge des Gitters. Man erhält somit einen rein inkrementalen Code sehr hoher Genauigkeit. Zusätzlich kann eine Referenzmarkierung (40) vorgesehen sein. Es ist auch möglich, auf einem Maßstab (10) ein durchgehendes Gitter vom Typ 2 mit einem absoluten Code vom Typ 3 zu kombinieren und man erhält somit einen absolutes Längenmessgerät mit sehr hoher Genauigkeit.
• In der Fig. 1 ist eine Prägewalze (100) dargestellt, welche eine Negativform eines Positionscodes (2) vom Typ 3 aufweist, der aus fünf die Walze (100) radial umlaufenden Codespuren (20, 21, 22, 23, 24) besteht. Dabei ist die erste Codespur (20) inkremental, besteht also aus einer periodischen Anordnung aus mikrostrukturierten Codefeldern (200) und aus unstrukturierten Flächen. Alle weiteren Spuren (21, 22, 23, 24) zusammen ergeben eine mehrspurige absolute Positionscodierung, wozu alle ebendiese Codespuren (21, 22, 23, 24) ausgewertet werden müssen. Alternativ ist auch die Verwendung einer einspurigen absoluten Codierung möglich, wie etwa eines Random-Codes. Die mikrostrukturierten Codefelder (200) sind genau die rechteckig eingerahmten Flächen auf der Oberfläche der Walze (100).
• Es zeigt die Fig. 2 schematisch den Vorgang des Einprägens des Positionscodes (2) in den Maßstab (10), der zwischen der mikrostrukturierten Walze (100) und einer weiteren Führungs-Walze (110) hindurchgeführt wird.
• Es kann fertigungstechnisch auch bei absoluten Codes sinnvoll sein, zunächst ein langes Teilstück mit sich wiederholender Codierung zu prägen und dieses anschließend in kurze Teilstücke zu zerlegen. Ferner ist es für den Fall, dass keine rein inkrementale Codierung verwendet wird, sinnvoll, den Anfang und das Ende des Codes auf der Walze beabstandet zu lassen, um nach dem Abpräge-Vorgang der Positionscodierung (20) auf den Linearmaßstab (10) ebendort Raum für eine Schnittkante zu haben.
• Die Fig. 3 zeigt die Durchleitung des Maßstabes (10) durch eine Mikrowellenkavität (50). Die Mikrowellenleistung wird vorteilhaft durch einen Hohlleiter geleitet und durch ein geeignetes Einkoppelsystem, etwa einen T-Koppler (55), in die Kavität (50) eingekoppelt (in den Fig. 2 und 3 durch Pfeile angedeutet).
• Die Fig. 4 zeigt dieselbe Mikrowellenkavität (50) mitsamt Führungswalzen (110) und Prägewalze (100), die den Maßstab (10) nach dem Durchlaufen durch die Mikrowellen- Kavität (50) mikrostrukturiert.
• Alternativ zur Mikrowellenerwärmung kann auch ein Laser (Abkürzung für: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) zwecks lokaler Erhitzung des Maßstabes (10) vor der Heißprägung durch die Walze (100) eingesetzt werden. Vorteilhafterweise wird ein IR-Laser eingesetzt, der kurz vor der Prägewalze (100) auf das noch nicht mikrostrukturierte Maßstabs-Material (10) emittiert wird.
• Beim Walzen-Heißprägeverfahren von Kunststoff-Material wird der Maßstab (10) zunächst auf eine Temperatur oberhalb seiner Erweichungstemperatur erhitzt und anschließend durch die mikrostrukturierte Oberfläche der Walze (100) geprägt, indem der Kunststoff die Oberflächenform ausfüllt und somit die Mikrostrukturen formgetreu abbildet. Die vorteilhafterweise gekühlte Präge-Walze (100) kühlt den Kunststoff ab und dupliziert ihre Oberflächen- Form durch mehrfaches Abrollen in das Maßstabs-Material.
• Die Erwärmung des Kunststoff-Materials für den Maßstab (10) kann etwa auch durch Mikrowellen geschehen. Dazu ist es möglich, die Mikrowellenstrahlung in eine Kavität (50) etwa mittels einer T-Koppeleinrichtung (55) einzuspeisen. Das Maßstabs-Material durchläuft dann zunächst die Kavität (50), bevor es vermittels der Prägewalze (100) geprägt wird. Zur Führung des Maßstabes (10) werden Führungswalzen (110) verwendet.
• Beim UV-Reaktionswalzen wird in die fliessfähige Kunststoff-Form die Oberflächen- Strukturierung der Präge-Walze (100) abgeformt und anschließend wird der Kunststoff mit UV-Licht bestrahlt, der die UV-härtbaren Bestandteile des Kunststoffes aushärtet.
• Zusätzlich zu den fest vorgegebenen Codespuren, die durch die Walze (100) in den Maßstab (10) eingeprägt werden, können anschließend eine oder mehrere Referenz-Markierungen (40) in das Mess-Lineal eingearbeitet werden. Dies ist in der Fig. 7 erkennbar: Hier weist der lineare Maßstab (10) neben der inkrementalen Codespur (20) eine Referenzmarkierung (40) auf. Die Referenzmarkierung besteht aus mindestens einem Codefeld (40).
• Dabei kann eine Referenzmarkierung pro Umdrehung der Walze bereits auf der Prägewalze (100) vorgesehen sein. Will man eine Codierung über mehrere Umdrehungen der Prägewalze (100) absolut bestimmen, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, nach der Strukturierung des linearen Maßstabes (10) durch die Prägewalze (100) einen oder mehrere Referenzmarkierungen (40) in den Maßstab (10) einzuschreiben.
• Hierzu eignen sich insbesondere die Verfahren der Laser-Mikrobearbeitung (Laser-Ablation) und der mechanischen Mikrobearbeitung. Bei der Laser-Mikrobearbeitung kommt vorteilhafterweise ein Excimer-Laser zum Einsatz, dessen kurzwellige Strahlung im UV-Bereich liegt. Die minimale laterale Abmessung der mit dem Laser zu strukturierenden Formen liegen dabei in der Größenordnung der optischen Auflösung der Laserstrahlquelle und der Laserstrahloptik und damit etwa im Bereich der Wellenlänge des Lasers. Somit ist mit einer UV- Laserstrahlquelle die Herstellung von Strukturen mit lateralen Abmessungen im sub-Mikrometer Bereich möglich.
• Eine weitere Möglichkeit ist die mechanische Mikrobearbeitung ist ein spanabhebendes Fertigungsverfahren, welches mittels Diamant- oder Hartmetall-Werkzeugen Mikrostrukturen einformen kann. Allerdings liegen die lateralen Abmessungen der einzuarbeitenden Formen um ein bis zwei Größenordnungen über denjenigen der Laser-Mikrobearbeitung.
• Neben der Möglichkeit einer quasi-absoluten Codierung auf dem linearen Maßstab besteht auch die Möglichkeit, eine absolute Codespur vorzusehen. Dies ist bei linearen Glas-Maßstäben nach Typ 1 gemäß dem heutigen Stand der Technik nur mit großem Aufwand möglich, da bei mehrspurigen Codes mehrere Codespuren vorgesehen werden müssen. Entsprechend teuer sind diese Maßstäbe. Mit dem neuen Replikations-Verfahren wird auch die Herstellung absoluter linearer Maßstäbe vereinfacht und wesentlich preiswerter. Insbesondere ist die Möglichkeit gegeben, Maßstäbe vom Typ 2 und 3 oder eine Kombination von beiden zu replizieren, d. h. die Maßstäbe vom Typ 2 müssen nicht mehr wie bisher einzeln belichtet und geätzt werden. Es ist auch die Verwendung einspuriger absoluter Codierungen, wie etwa eines Pseudo-Random Codes möglich. Zusätzlich kann daneben eine inkrementale Codespur auf dem linearen Maßstab (10) angeordnet sein. In der Fig. 6 ist diese Option dargestellt: Neben der einspurigen absoluten Codespur (20) ist eine inkrementale Codespur (21) auf dem Maßstab (10) angeordnet. Diese zusätzliche inkrementale Codespur dient der Erhöhung der Mess-Genauigkeit. Vorteilhafterweise werden aus dieser inkrementalen Codespur in dem Abtast-Empfänger sinusförmige elektrische Signale generiert und via eine analoge Schnittstelle an eine übergeordnete Steuerung oder Regelung übertragen. In dieser Steuerung oder Regelung können die analogen Signale weiter interpoliert werden, um die Positions-Auflösung des Längen-Messsystems weiter zu erhöhen.
• Zur Generierung von sinusförmigen Signalen aus den periodischen inkrementalen Codespuren wird vorgeschlagen, die Abtastflächen auf dem Abtast-Empfänger nicht in Form von Rechtecken zu gestalten, sondern durch zwei Kreisbogensegmente zu begrenzen.
• Im Gegensatz dazu werden die Abtast-Signale der absoluten Codierungen digital weiterverarbeitet. Die Diodenflächen auf dem opto-elektronischen Empfänger sind in diesem Fall vorteilhafterweise rechteckig.
• Die Codeflächen auf dem Maßstab (10) bestehen aus mit Beugungsgittern versehenen Codeflächen bzw. aus unstrukturierten Codeflächen. Die Beugungsgitter bewirken durch eine optische Wegdifferenz eine Interferenz und Beugung des einfallenden bzw. des reflektierten Lichtes, je nach transmissivem oder reflektivem Aufbau der Messeinrichtung. Dabei kann die Beugungsstruktur in den Maßstab (10) versenkt eingeprägt sein (vgl. Fig. 5, links) oder sie kann hervorstehend sein (vgl. Fig. 5, rechts). Im ersten Fall (Fig. 5, links) sind die optisch diffraktiven Negativstrukturen in die Walze (100) hervor stehend, im zweiten Fall (Fig. 5, rechts) entsprechend versenkt eingearbeitet.
• Die Codespur enthält teilweise (insbesondere bei Längenmessgeräten vom Typ 3) oder ausschließlich (beim Typ 2) diffraktive optische Elemente (DOE's). Diese bilden jeweils ein optisches Liniengitter mit zur Bewegungsrichtung senkrechten Linien. Durch die Prägung mit der mikrostrukturierten Prägewalze (100) erhält der Maßstab (10) eine Phasengitterstruktur. Diese kann als Transmissions- oder durch Bedampfung mit einer lichtreflektierenden Schicht auch als Reflexionsgitter gegeben sein. Da in der Regel infrarotes Licht verwendet wird, welches von einer LED emittiert wird, eignet sich als Material für die reflektierende Schicht neben Aluminium insbesondere Gold, da es einen hohen Reflexionsgrad im IR-Bereich aufweist. Durch das Abrollen der Walzenoberfläche auf dem linearen Maßstab (10) entsteht trotz der gewölbten Gitterstruktur auf der Oberfläche der kreiszylindischen Walze (100) ein Plangitter auf dem Maßstab (10). Die Codefelder wiesen eine Breite von etwa 10 bis 40 Mikrometer auf, während die diffraktiven Elemente typischerweise eine Gitterperiode im Mikrometer-Bereich aufweisen.
• Die Furchenneigung des Gitters muss nicht zwangsläufig senkrecht verlaufen. Es ist möglich, eine Furchenneigung von weniger als 90 Grad vorzusehen. Möglich ist auch die Verwendung eines mehrstufigen Gitters. Für Codespuren vom Typ 3 müssen die Spalten und die Stege des Gitters darüber hinaus nicht notwendigerweise gleich breit sein.
• Möglich ist auch die Verwendung der beschriebenen linearen Maßstäbe für Meßtaster. Dazu wird der Maßstab (10) direkt an einem Tastbolzen befestigt und vor dem Abtastempfänger (11) linear verschoben. Einheiten Mikrometer: 1 µm = 10^-6 m
  kilo Newton: 1 kN = 1000 N Index binary coded decimals: BCD
  (optisch) beugend: diffraktiv
  (optisch) brechend: refraktiv
  diffraktives optisches Element: DOE
  Infrarot: IR
  Leuchtdiode (Light emitting Diode): LED
  Light Amplification by stimulated Emission of Radiation: LASER
  Lithographie, Galvanik, Abformung: LIGA
  Mikrowelle: MW
  Polycarbonat: PC
  Polyethylen: PE
  Polymethylmethacrylat: PMMA
  Polypropylen: PP
  Polyvinylidenflourid: PVDF
  Ultraviolett: UV
  Röntgenstrahlung: X-ray Bezugszeichen-Liste 1 Positionsmesseinrichtung
  10 Maßstab
  11 Abtast-Empfänger
  12 Lichtsender
  13 Kollimator-Linse
  14 optisches Element
  16 Leiterplatte
  18 optische Achse
  2 Positionscode
  20, 21, 22, 23, 24 Codespur
  200, 201 Codefelder
  40 Referenz-Markierung
  50 Mikrowellen-Kavität
  55 T-Koppler
  100 Präge-Walze
  110 Führungs-Walze
  101 Drehachse der Walze
  r Radius der Walze
  d Durchmesser der Walze
  

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung von interferentiell optischen Linearmaßstäben (10) zur Verwendung in einem optischen Längenmesssystem (1) sowie optisches Längenmesssystem (1) zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte mit einem derartig hergestellten Maßstab (10), bestehend aus einem Lichtsender (12), einem linearen Maßstab (10) und einem lichtelektrischen Abtast-Empfänger (11), wobei der Lichtsender (12) den Maßstab (10) beleuchtet, der Maßstab (10) eine Positionscodierung (2) trägt, welche mindestens eine Codespur (20, 21, 22, 23, 24, 25) aufweist und der lichtelektrische Abtast-Empfänger (11) photoempfindliche strukturierte Halbleiter-Flächen aufweist, welche die reflektiv oder transmissiv empfangenen Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass in die zylinderförmige Oberfläche einer Walze (100) die geometrische Negativform der Positionscodierung (2), bestehend aus mindestens einer Codespur (20, 21, 22, 23, 24), im Maßstab 1 : 1 als Mikrostruktur eingeschrieben wird, wobei die Codefelder (200), (201) der Positionscodierung (2) aus diffraktiven optischen Elementen (200) oder aus unstrukturierten Flächen (201) bestehen, dass weiterhin die mindestens eine Codespur (20, 21, 22, 23, 24) radial auf der Oberfläche der Walze (100) angeordnet ist, so dass beim Abrollen der Walze (100) um ihre Dreh-Symmetrieachse auf einem zumindest oberflächlich einformbaren Material des Maßstabs (10) die mindestens eine Codespur (20, 21, 22, 23, 24) der Positionscodierung (2) in die Oberfläche des Maßstabs (10) eingeprägt wird und dass durch wiederholtes Drehen der Walze (100) längere oder mehrere Maßstäbe (10) hintereinander repliziert werden können.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Codespur (20, 21, 22, 23, 24, 25) auf der Prägewalze (100) angeordnet sind und auf den Maßstab (10) abgeformt werden und dass die Codierung (2) gegeben ist durch einen binären Code, wobei das Bit 0 realisiert ist durch ein diffraktives optisches Element (200) und das Bit 1 gegeben ist durch eine unstrukturierte Fläche (201) derselben Breite oder dem jeweils negativen Code.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine inkrementale und mindestens eine absolute Codespur (20, 21, 22, 23, 24, 25) auf der Walze (100) angeordnet sind und die inkrementale Codespur auf dem Maßstab (10) durch eine Bitfolge 1, 0, 1, 0, . . . und die absolute Codespur durch eine binäre absolute ein- oder mehrspurige Codierung gegeben sind.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codespur (20) gegeben ist durch ein durchgehendes Liniengitter mit senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordneten Linien.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Replikation durch die Prägewalze (100) mittels Heißprägetechnologie geschieht.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Replikation durch die Prägewalze (100) mittels UV-Prägetechnologie geschieht.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu prägende Maßstab (10) zwischen zwei Walzen (100), (110) hindurchgeleitet wird, wobei mindestens eine Walze (100) eine mikrostrukturierte Negativform eines Positionscodes (2) enthält.

8. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu prägende Maßstabs-Material (10) vor der Heissprägung durch die Walze (100) mittels Infrarotstrahlung (IR) und/oder Mikrowellen (MW) erhitzt wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (100) gekühlt wird.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Replikation eines Maßstabes mindestens eine Referenz-Markierung (40) mittels Laserbeschriftung auf einer weiteren Codespur eingearbeitet wird.

11. Vorrichtung zur Herstellung von interferentiell optischen Linearmaßstäben (10) zur Verwendung in einem optischen Längenmesssystem (1), sowie optisches Längenmesssystem (1) zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte mit einem derartig hergestellten Maßstab (10),
wobei der Maßstab (10) mit einer Positionscodierung (2) versehen ist, wobei der Maßstab (10) beleuchtet wird und das transmittierte oder reflektierte Licht durch ein diffraktives oder ein refraktives optisches Element hindurch in einen photoelektrischen Abtastempfänger fällt, dadurch gekennzeichnet, dass
mittels einer Walze (100), die eine oberflächig eingearbeitete mikrostrukturierte geometrische Negativform einer Positionscodierung (2) im Maßstab 1 : 1 aufweist, dergestalt, dass die mindestens eine absolute oder inkrementale Codespur (20, 21, 22, 23, 24) die Oberfläche der Walze (100) radial umlaufend angeordnet ist, und dass die Codefelder (200), (201) der Positionscodierung (2) aus diffraktiven optischen Elementen (200) oder aus unstrukturierten Flächen (201) bestehen, wobei die Walze (100) weiterhin um ihre Drehsymmetrieachse drehbar gelagert ist, durch Abrollen auf einem linearen Maßstab (10) in ebendiesen Maßstab (10) die Positionscodierung (2) eingeprägt wird und dass durch wiederholtes Drehen der Walze (100) längere oder mehrere Maßstäbe (10) hintereinander repliziert werden können.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Codespur (20, 21, 22, 23, 24, 25) auf der Prägewalze (100) angeordnet sind und auf den Maßstab (10) abgeformt werden und dass die Codierung (2) gegeben ist durch einen binären Code, wobei das Bit 0 realisiert ist durch ein diffraktives optisches Element (200) und das Bit 1 gegeben ist durch eine unstrukturierte Fläche (201) derselben Breite oder dem jeweils negativen Code.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine inkrementale und mindestens eine absolute Codespur (20, 21, 22, 23, 24, 25) auf der Walze (100) angeordnet sind und die inkrementale Codespur auf dem Maßstab (10) durch eine Bitfolge 1, 0, 1, 0, . . . und die absolute Codespur durch eine binäre absolute ein- oder mehrspurige Codierung gegeben sind.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Codespur gegeben ist durch ein durchgehendes Liniengitter mit senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordneten Linien.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Replikation durch die Prägewalze (100) mittels Walzen-Heißprägetechnik geschieht.

16. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Replikation durch die Prägewalze (100) mittels UV-Walzen-Prägetechnik geschieht.

17. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zu prägende Maßstab (10) zwischen zwei Walzen (100), (110) hindurch geleitet wird, wobei mindestens eine Walze (100) eine mikrostrukturierte Negativform eines Positionscodes (2) enthält.

18. Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Infrarotstrahler (IR) und/oder eine Mikrowellenquelle (MW) den zu prägenden Maßstab (10) vor der Heissprägung durch die Walze (100) erhitzt.

19. Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstab (10) vor der Prägung durch die Walze (100) in einer Mikrowellenkavität (50) erhitzt wird.

20. Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewalze (100) gekühlt wird.

21. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Replikation eines Maßstabes (10) mindestens eine Referenz-Markierung (40) mittels Laserbeschriftung auf einer weiteren Codespur eingearbeitet wird.