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Funcionamiento de los encóderes ópticos

Encóderes absolutos

Encóderes incrementales

RESOLUTE™

RESOLUTE se comunica en un formato puro serie real bidireccional mediante diversos protocolos estándar del sector, propios y de código abierto. 

Esquema óptico del encóder RESOLUTE™ con anotaciones

Se inicia el proceso...

El control inicia su funcionamiento enviando un mensaje de solicitud a la cabeza lectora, con instrucciones para capturar la posición absoluta de la regla lineal o rotativa al instante. La cabeza responde mediante un parpadeo del LED de alta potencia para iluminar la regla. La duración del parpadeo es de solo 100 ns, para reducir al mínimo la distorsión de la imagen en el eje móvil. Pero lo más importante es que la variación del tiempo se controla en pocos nanosegundos para preservar la relación entre la posición demandada y la notificada, una de las principales características por las que RESOLUTE es perfecto para sistemas de moción de rendimiento muy alto. 

 

 

Regla de pista única

La regla es básicamente de una pista con líneas de contraste de anchura completa, con una graduación nominal de 30 µm. La ausencia de múltiples pistas paralelas proporciona una gran inmunidad a los errores de ladeo y una tolerancia lateral mucho mayor en la posición de la cabeza.

Adquisición de imágenes

Para minimizar la distorsión, una lente asférica toma una imagen de la regla, sobre una distribución de detectores diseñada específicamente para RESOLUTE. La disposición óptica, con una trayectoria de iluminación plegada, pero con captación de imagen directa, es muy compacta y estable, por tanto, garantiza la fidelidad imprescindible para una metrología excelente.

Descodificación y análisis de datos

Cuando el detector captura la imagen, la transfiere a través de un convertidor analógico a digital (ADC) a un potente Procesador de señales digital (DSP). A continuación, los algoritmos desarrollados expresamente obtienen una posición absoluta real, pero relativamente en bruto, del código grabado en la regla. El proceso se verifica y se realizan las correcciones mediante otros algoritmos en el DSP, que aprovecha la redundancia y las restricciones deliberadas del código de la regla. Mientras tanto, otras rutinas calculan una posición precisa de muy alta resolución, que se combinan con la posición en bruto para proporcionar una posición absoluta real de muy alta resolución.

Comprobaciones finales y resultados de datos

Tras los procedimientos de verificación final de errores, la información se carga con el protocolo adecuado en el control como una palabra serie pura que representa la posición a 1 nm. La protección contra alteraciones por interferencias eléctricas se obtiene mediante la comprobación de redundancia cíclica (CRC). El proceso completo se realiza en solo unos microsegundos y se repite hasta 25.000 veces por segundo. Mediante una serie de técnicas, como el ajuste de la duración de la intermitencia de la luz a la velocidad del eje, este rendimiento se consigue a velocidades de hasta 100 m/s, pero, más importante aún, preservando la excepcional baja fluctuación de posición a velocidades de funcionamiento más bajas.

Y el resultado es...

Un encóder con amplias tolerancias de instalación: RESOLUTE admite un ladeo, cabeceo y giro de ±0,5°, con una impresionante tolerancia de espacio libre de ±150 µm. Además, el generoso espacio óptico y los procedimientos de corrección de errores avanzados, aportan una excelente inmunidad a la contaminación óptica, tanto de partículas como de manchas de aceite. Todo ello sin perder la resolución de 1 nm a 100 m/s: RESOLUTE es la respuesta a los retos de encóderes absolutos más exigentes.

EVOLUTE™

El encóder EVOLUTE se comunica en un formato puro serie real bidireccional mediante diversos protocolos estándar del sector, propios y de código abierto.

Esquema óptico del encóder EVOLUTE™ con anotaciones

Se inicia el proceso...

El control inicia su funcionamiento enviando un mensaje de solicitud a la cabeza lectora, con instrucciones para capturar la posición absoluta de la regla lineal al instante. La cabeza responde mediante un parpadeo del LED de alta potencia para iluminar la regla. La duración del parpadeo es de solo 100 ns, para reducir al mínimo la distorsión de la imagen en el eje móvil. Pero lo más importante es que la variación del tiempo se controla en pocos nanosegundos para preservar la relación entre la posición demandada y la notificada, por lo que la serie EVOLUTE es perfecta para sistemas de moción de rendimiento muy alto. 


Regla de pista única

La regla es básicamente de una pista con líneas de contraste de anchura completa, con una graduación nominal de 50 µm. La ausencia de múltiples pistas paralelas proporciona una gran inmunidad a los errores de ladeo y una tolerancia lateral mayor en la posición de la cabeza.

Adquisición de imágenes

Para minimizar la distorsión, una lente asférica toma una imagen de la regla, sobre una distribución de detectores. La disposición óptica, con una trayectoria de iluminación plegada, pero con captación de imagen directa, es muy compacta y estable, por tanto, garantiza la fidelidad imprescindible para una metrología excelente.

Descodificación y análisis de datos

Cuando el detector captura la imagen, la transfiere a través de un convertidor analógico a digital a un potente Procesador de señales digital (DSP). A continuación, los algoritmos desarrollados expresamente obtienen una posición absoluta real, pero relativamente en bruto, del código grabado en la regla. El proceso se verifica y se realizan las correcciones mediante otros algoritmos en el DSP, que aprovecha la redundancia y las restricciones deliberadas del código de la regla. Mientras tanto, otras rutinas calculan una posición precisa de muy alta resolución, que se combinan con la posición en bruto para proporcionar una posición absoluta real de muy alta resolución.

Comprobaciones finales y resultados de datos

Tras los procedimientos de verificación final de errores, la información se carga con el protocolo adecuado en el control como una palabra serie pura. La protección contra alteraciones por interferencias eléctricas se obtiene mediante la comprobación de redundancia cíclica (CRC). El proceso completo se realiza en solo unos microsegundos y se repite hasta 25.000 veces por segundo. Mediante una serie de técnicas, como el ajuste de la duración de la intermitencia de la luz a la velocidad del eje, este rendimiento se puede conseguir a velocidades de hasta 100 m/s, pero, más importante aún, preservando la excepcional baja fluctuación de posición a velocidades de funcionamiento más bajas.

Y el resultado es...

El encóder EVOLUTE ofrece amplias tolerancias de instalación de ±0,75° en ladeo y ±0,5° en cabeceo y giro, además de un impresionante espacio libre de ±250 µm. Además, el generoso espacio óptico y los procedimientos de corrección de errores avanzados, aportan una excelente inmunidad a la contaminación óptica, tanto de partículas como de manchas de aceite, todo ello sin perder la resolución de 50 nm hasta 100 m/s.

QUANTiC™

Los encóderes QUANTiC incorporan la exclusiva óptica de filtrado de tercera generación de Renishaw, que calcula los promedios de diversas aportaciones de varios ciclos de la regla y aísla eficazmente las señales no periódicas, como el polvo. El patrón de escala de onda cuadrada nominal también se aísla para generar un campo de borde sinusoidal puro en el detector. Aquí, se emplea una estructura de aguja múltiple, suficientemente fina para producir fototensiones en forma de cuatro señales de fase simétrica. Estas se combinan para eliminar los componentes de CC y generar salidas de señal de seno y coseno, con pureza espectral alta y compensación baja, al tiempo que mantienen el ancho de banda por encima de los 500 kHz.

La integración de condicionamiento de señales dinámico, control automático de ganancia, control de balance y control de compensación combinados asegura un error subdivisional ultrabajo (SDE) general de <±80 nm para sistemas rotatorios pequeños, generalmente, <±150 nm para sistemas rotatorios grandes, y <±80 nm para sistemas lineales.

Estos avances en ópticas de filtrado, combinados con un sistema electrónico minucioso, proporcionan señales incrementales de banda ancha que alcanzan una velocidad máxima de 8.800 rpm para sistemas rotatorios, 24 m/s para sistemas lineales, con un nivel de fluctuación posicional (interferencia) más bajo que ningún otro encóder de su clase. La interpolación se realiza dentro de la cabeza lectora, con versiones de resolución de precisión aún mayor, mediante sistemas electrónicos adicionales de reducción de interferencias que consiguen fluctuaciones de solo 2,73 nm RMS.

Esquema óptico QUANTiC™ con anotaciones

La marca de referencia IN-TRAC está totalmente integrada en la regla incremental, y se detecta mediante un fotodetector dentro de la cabeza lectora. Esta exclusiva distribución también se beneficia de una rutina de calibración automática que sincroniza electrónicamente la marca de referencia y optimiza el condicionamiento las señales incrementales.

TONiC™

TONiC incorpora la exclusiva óptica de filtrado de tercera generación de Renishaw, que calcula los promedios de diversas aportaciones de varios ciclos de la regla y aísla eficazmente las señales no periódicas, como el polvo. El patrón de escala de onda cuadrada nominal también se aísla para generar un campo de borde sinusoidal puro en el detector. Aquí, se emplea una estructura de aguja múltiple, suficientemente fina para producir fototensiones en forma de cuatro señales de fase simétrica. Estas se combinan para eliminar los componentes de CC y generar salidas de señal de seno y coseno, con pureza espectral alta y compensación baja, al tiempo que mantienen el ancho de banda por encima de los 500 kHz.

La integración de condicionamiento de señales dinámico, control automático de ganancia, control de balance y control de compensación combinados asegura un error subdivisional ultrabajo (SDE) general de <±30 nm.

Estos avances en ópticas de filtrado, combinados con un sistema electrónico minucioso, proporcionan señales incrementales de banda ancha que alcanzan una velocidad máxima de 10 m/s, con un nivel de fluctuación posicional (interferencia) más bajo que ningún otro encóder de su clase. La interpolación se realiza mediante el algoritmo CORDIC, dentro de la interfaz Ti TONiC, con versiones de resolución de precisión aún mayor, mediante sistemas electrónicos adicionales de reducción de interferencias que consiguen fluctuaciones de solo 0,5 nm RMS.

Esquema óptico de TONiC™ con anotaciones

La marca de referencia IN-TRAC está totalmente integrada en la regla incremental, y se detecta mediante un foto-detector de bifurcación dentro de la cabeza lectora. Como muestra el diagrama, el detector de bifurcación de la marca de referencia está grabado directamente en el centro de la distribución de fotodiodos lineal del canal incremental, lo que garantiza mayor inmunidad al desfase de ladeo. Produce una salida de marca de referencia repetible en ambas direcciones a la unidad de resolución y a cualquier velocidad. Esta exclusiva distribución también se beneficia de una rutina de calibración automática que sincroniza electrónicamente la marca de referencia y optimiza el condicionamiento de señal dinámico

VIONiC™

El encóder VIONiC incorpora la exclusiva óptica de filtrado de tercera generación de Renishaw, que calcula los promedios de diversas aportaciones de varios ciclos de la regla y aísla eficazmente las señales no periódicas, como el polvo. El patrón de escala de onda cuadrada nominal también se aísla para generar un campo de borde sinusoidal puro en el detector. Aquí, se emplea una estructura de aguja múltiple, suficientemente fina para producir fototensiones en forma de cuatro señales de fase simétrica. Estas se combinan para eliminar los componentes de CC y generar salidas de señal de seno y coseno, con pureza espectral alta y compensación baja, al tiempo que mantienen el ancho de banda por encima de los 500 kHz.

La integración de condicionamiento de señales dinámico, control automático de ganancia, control de balance y control de compensación combinados asegura un error subdivisional ultrabajo (SDE) general de <±15 nm.

Estos avances en ópticas de filtrado, combinados con un sistema electrónico minucioso, proporcionan señales incrementales de banda ancha que alcanzan una velocidad máxima de 12 m/s, con un nivel de fluctuación posicional (interferencia) más bajo que ningún otro encóder de su clase. La interpolación se realiza dentro de la cabeza lectora, con versiones de resolución de precisión aún mayor, mediante sistemas electrónicos adicionales de reducción de interferencias que consiguen fluctuaciones de solo 1,6 nm RMS.

Esquema óptico de TONiC™ con anotaciones

La marca de referencia IN-TRAC™ está totalmente integrada en la regla incremental, y se detecta mediante un foto-detector de bifurcación dentro de la cabeza lectora. Como muestra el diagrama, el detector de bifurcación de la marca de referencia está grabado directamente en el centro de la distribución de fotodiodos lineal del canal incremental, lo que garantiza mayor inmunidad al desfase de ladeo. Esta exclusiva distribución también se beneficia de una rutina de calibración automática que sincroniza electrónicamente la marca de referencia y optimiza el condicionamiento las señales incrementales.

ATOM DX™

El encóder ATOM DX está equipado con la óptica de filtrado, líder del sector, que utilizan los encóderes incrementales de Renishaw, como TONiC y VIONiC. Las cabezas lectoras ATOM DX utilizan una fuente de LED no colimados, centrados entre los sensores incremental y de marca de referencia: estos LED de alta divergencia generan una altura de bajo perfil con una huella en la regla mucho mayor que el propio LED, lo que permite iluminar las zonas de marca incremental y de referencia. El LED incoherente genera una señal de alta pureza armónica que permite la interpolación de alta resolución. La fotometría eficiente produce también una señal de salida de baja fluctuación. Otra de las ventajas del esquema de ópticas de filtrado es que ATOM DX no genera errores de medición por contaminación u ondulaciones de la regla.


La integración de condicionamiento de señales dinámico, control automático de ganancia, control de balance y control de compensación combinados asegura un error subdivisional ultrabajo (SDE) general de <±15 nm.


Esta combinación de ópticas de filtrado, con un sistema electrónico minucioso, genera señales de información de posición incremental de banda ancha que alcanzan una velocidad máxima de 12 m/s, con un nivel de fluctuación posicional (interferencia) más bajo que ningún otro encóder de su clase. La interpolación de señal digital se genera dentro de la cabeza lectora, con versiones de resolución de precisión aún mayor, mediante sistemas electrónicos adicionales de reducción de interferencias que consiguen fluctuaciones de solo 1,6 nm RMS.


La gama de encóderes ATOM DX emplea una marca de referencia óptica amplia fuera de pista que proporciona inmunidad a la contaminación. El cambio de fase de la marca de referencia se obtiene mediante una sencilla rutina de auto-calibración intuitiva, como la utilizada en la gama QUANTiC™ y VIONiC™.

Esquema óptico ATOM™ con anotaciones

ATOM™

ATOM utiliza un LED no colimado centrado entre los sensores de marca incremental y de referencia. Este LED de alta divergencia genera una altura de bajo perfil con una huella en la regla mucho mayor que el propio LED, lo que permite iluminar las zonas de marca incremental y de referencia.

ATOM utiliza el mismo esquema de ópticas de filtrado que los demás encóderes incrementales de Renishaw. El LED incoherente genera una señal de alta pureza armónica que permite la interpolación de alta resolución. Una fotometría eficiente produce, además, una señal de baja fluctuación. Otra de las ventajas del esquema de ópticas de filtrado es que ATOM no genera errores de medición por contaminación u ondulaciones de la regla.

ATOM emplea una marca de referencia óptica amplia fuera de pista que proporciona inmunidad a la contaminación. La sincronización de la marca de referencia es una de las operaciones más sencillas de TONiC.

Esquema óptico ATOM™ con anotaciones