Gezinimi atla

Optik enkoderler nasıl çalışır

Kapalı mutlak enkoderler

Açık mutlak enkoderler

Açık artımsal enkoderler

FORTiS™

Bir Renishaw kapalı optik enkoderi nedir?

Kapalı bir optik enkoder, enkoderin elektronik ve optik parçalarını okuma kafasının gövdesine bağlanmış sızdırmaz bir ünite içerisinde barındırır. Sızdırmaz optik ünite ve enkoderin cetveli sızdırmaz bir kabin içerisinde korunurlar. Bu tasarım, sıvıların ve katı talaş kirleticilerinin girişine karşı yüksek bir dayanıklılık sağlar.

Kapalı lineer enkoder, uzunlamasına bağlanmış birbirine kenetlenen dudak tipi contalar ve sızdırmaz uç kapakları ile ekstrüde bir kabine sahiptir. Okuma kafası gövdesi sızdırmaz optik üniteye, enkoderin uzunluğu boyunca dudak tipi contalar üzerinden hareket eden bir pervane kanadı ile bağlanmıştır. Lineer eksen hareketi okuma kafası ve optiklerin, mekanik temas olmaksızın enkoder mutlak cetvelinin (kabinin iç kısmına sabitlenmiş olan) bir yanından öbür yanına geçmesini sağlar.

Enkoder cetveli tam genişlikli kontrast çizgilerden oluşan mutlak bir cetvel kodudur. Cetvel, bir lens aracılığıyla okuma kafası içindeki bir detektör dizini üzerinde görüntülenir. Lineer pozisyon ölçümleri dijital biçimde çıktıya dökülür ve endüstri standardı bir dizi seri iletişim protokolü ile uyumludur.

Optik şema FORTiS™

RESOLUTE™

RESOLUTE, hem patentli, hem de açık standartlı bir dizi endüstri standardı protokolü kullanarak, tamamen seri formatta çift yönlü olarak iletişim kurmaktadır.

Bilgi notları ile RESOLUTE™ enkoder optik şeması

Proses başlar...

Kontrolör okuma kafasına, lineer veya dairesel cetvelde o andaki mutlak pozisyonu yakalama talimatını veren, bir talep mesajı göndererek işlemi başlatır. Kafa, cetveli aydınlatmak için yüksek güçlü bir LED kaynağını yakıp, söndürerek cevap verir. Flaşın yanıp sönme süresi, hareketli eksenlerdeki görüntü bulanıklığını en aza indirmek için 100 ns kadar kısadır. Söz konusu zamanlama çok önemli bir biçimde, talep edilen ve raporlanan pozisyon arasındaki ilişkiyi korumak amacıyla, bir kaç nano saniye içerisinde kontrol edilir. Bu RESOLUTE'un çok yüksek özellikli hareket sistemlerine uygun olmasını sağlayan ana özelliklerinden biridir.

Tek raylı cetvel

Cetvel esasen, 30 µm nominal periyotları esas alan, tam-genişlikli kontrast çizgilerden oluşan bir tek raydır. Çok sayıda paralel rayın olmayışı, yatay sapma hatalarına ve kafa pozisyonundaki daha yanal toleransa karşı önemli bir bağışıklık sağlar.

Görüntü ile veri toplama

Cetvel, bozulmayı en aza indiren bir asferik lens aracılığıyla, özellikle RESOLUTE için tasarlanmış özel bir dedektör dizini üzerinde, görüntülenir. Katlanmış bir aydınlatma yoluna rağmen direk görüntüleme özelliğine sahip optik düzenleme, oldukça kompakt ama aynı zamanda kararlıdır. Böylelikle mükemmel bir ölçüm için gerekli olan kaliteyi garanti eder.

Veri çözümleme ve analiz

Bir kez dedektör tarafından yakalandıktan sonra görüntü bir analog - dijital konvertör (ADC) aracılığı ile, güçlü bir Dijital Sinyal İşlemciye (DSP) aktarılır. Sonrasında özel geliştirilmiş olan algoritmalar doğru mutlak pozisyon elde eder, ancak bu cetvelde yerleştirilmiş olan koda göre nispeten daha kaba bir pozisyondur. Bu proses kontrol edilir ve DSP'deki başka algoritmalar tarafından düzeltmeler yapılır. Bu algoritmalar cetvel kodundaki hatalardan ve kasıtlı kısıtlamalardan faydalanırlar. Bu arada diğer rutinler çok yüksek çözünürlüklü hassas pozisyonu hesaplarlar. Söz konusu pozisyon sonrasında, tamamen mutlak ve çok yüksek çözünürlüğe sahip bir konum sağlamak amacıyla, kaba pozisyon ile birleştirilir.

Son kontroller ve veri çıktısı

Son hata kontrol prosedürlerinin ardından bu bilgi, 1 nm'ye kadar pozisyonu temsil eden bir seri kelime olarak, kontrolördeki uygun protokole yüklenir. Elektriksel gürültü bozulmasına karşı koruma bir Çevrimsel Hata Denetiminin (CRC) eklenmesi ile sağlanır. Prosesin tamamı bir kaç saniye kadar kısa sürebilir ve saniyede 25.000 defaya varan sayılarda tekrarlanabilir. Aralarında ışık flaş süresinin eksen hızına göre ayarlamasının da yer aldığı çeşitli teknikler ile, bu performans, daha düşük çalışma hızlarındaki olağanüstü düşük pozisyonel titreşimi koruyarak, 100 m/s'ye varan hızlarda da elde edilebilir.

Ve sonuç...

Geniş kurulum toleranslarına sahip bir enkoderdir: RESOLUTE yatay sapma, aralık ve yuvarlanmada ±0,5° toleransa ve sürüş yüksekliğinde çarpıcı bir tolerans değeri olan ±150 µm'ye izin vermektedir. Bu arada geniş optik taban alanı ve gelişmiş hata düzeltme prosedürleri, hem parçacıklardan, hem de yağlı lekelerden kaynaklanan, optik kirlenmeye karşı mükemmel bir dayanıklılık sunar. Bu işlemler sırasında 100 m/s hızda 1 nm çözünürlük sağlar: RESOLUTE en zorlu mutlak görevlerin cevabıdır.

EVOLUTE™

EVOLUTE enkoderi, hem patentli, hem de açık standartlı bir dizi endüstri standardı protokolü kullanarak, tamamen seri formatta çift yönlü olarak iletişim kurmaktadır.

Bilgi notları ile EVOLUTE™ enkoder optik şeması

Proses başlar...

Kontrolör okuma kafasına, lineer cetvelde o andaki mutlak pozisyonu yakalama talimatını veren, bir talep mesajı göndererek işlemi başlatır. Kafa, cetveli aydınlatmak için yüksek güçlü bir LED kaynağını yakıp, söndürerek cevap verir. Flaşın yanıp sönme süresi, hareketli eksenlerdeki görüntü bulanıklığını en aza indirmek için 100 ns kadar kısadır. Söz konusu zamanlama çok önemli bir biçimde, talep edilen ve raporlanan pozisyon arasındaki ilişkiyi korumak amacıyla, bir kaç nano saniye içerisinde kontrol edilir. Bu durum EVOLUTE serisinin yüksek özellikli hareket sistemleri için ideal olmasını sağlar.


Tek raylı cetvel

Cetvel esasen, 50 µm nominal periyotları esas alan, tam-genişlikli kontrast çizgilerden oluşan bir tek raydır. Çok sayıda paralel rayın olmayışı, yatay sapma hatalarına ve kafa pozisyonundaki daha yüksek yanal toleransa karşı önemli bir bağışıklık sağlar.

Görüntü ile veri toplama

Cetvel, bozulmayı en aza indiren bir asferik lens aracılığıyla, özel bir dedektör dizini üzerinde, görüntülenir. Katlanmış bir aydınlatma yoluna rağmen direk görüntüleme özelliğine sahip optik düzenleme, oldukça kompakt ama aynı zamanda kararlıdır. Böylelikle mükemmel bir ölçüm için gerekli olan kaliteyi garanti eder.

Veri çözümleme ve analiz

Bir kez dedektör tarafından yakalandıktan sonra görüntü bir analog - dijital konvertör aracılığı ile, güçlü bir Dijital Sinyal İşlemciye (DSP) aktarılır. Sonrasında özel geliştirilmiş olan algoritmalar doğru mutlak pozisyon elde eder, ancak bu cetvelde yerleştirilmiş olan koda göre nispeten daha kaba bir pozisyondur. Bu proses kontrol edilir ve DSP'deki başka algoritmalar tarafından düzeltmeler yapılır. Bu algoritmalar cetvel kodundaki hatalardan ve kasıtlı kısıtlamalardan faydalanırlar. Bu arada diğer rutinler çok yüksek çözünürlüklü hassas pozisyonu hesaplarlar. Söz konusu pozisyon sonrasında, tamamen mutlak ve çok yüksek çözünürlüğe sahip bir konum sağlamak amacıyla, kaba pozisyon ile birleştirilir.

Son kontroller ve veri çıktısı

Son hata kontrol prosedürlerinin ardından pozisyon bilgisi bir seri kelime olarak, kontrolördeki uygun protokole yüklenir. Elektriksel gürültü bozulmasına karşı koruma bir Çevrimsel Hata Denetiminin (CRC) eklenmesi ile sağlanır. Prosesin tamamı bir kaç saniye kadar kısa sürebilir ve saniyede 25.000 defaya varan sayılarda tekrarlanabilir. Aralarında ışık flaş süresinin eksen hızına göre ayarlamasının da yer aldığı çeşitli teknikler ile, bu performans, daha düşük çalışma hızlarındaki olağanüstü düşük pozisyonel titreşimi koruyarak, 100 m/s'ye varan hızlarda da elde edilebilir.

Ve sonuç...

EVOLUTE enkoder, yatay sapmada ±0.75°, aralık ve yuvarlanmada ±0.5° ile birlikte kullanım yüksekliğinde etkileyici ±250 µm değeri ile geniş kurulum toleransları sunmaktadır. Bu arada geniş optik taban alanı ve gelişmiş hata düzeltme prosedürleri, hem parçacıkları, hem de yağlı lekeleri içeren, optik kirlenmeye karşı mükemmel bir dayanıklılık sunarken, 100 m/saniyeye kadar 50 nm çözünürlüğü korumaktadır.

QUANTiC™

QUANTiC enkoderler, pek çok cetvel periyodundan gelen değerlerin ortalamasını alan ve toz gibi periyodik olmayan öğeleri etkin bir şekilde filtreleyen, Renishaw'un üçüncü nesil benzersiz filtreleme optiklerine sahiptir. Nominal olarak kare-dalga cetvel modeli de, dedektörde tam bir sinüzoidal girişim deseni alanı bırakmak için filtrelenir. Burada, dört simetrik fazlı sinyal şeklinde foto-dalga oluşturacak kadar ince, çoklu bir parmak yapısı devreye girer. Bunlar, bant genişliğini 500 kHz’in üzerinde tutarken, DC bileşenlerini ortadan kaldırmak ve yüksel spektral saflık ve düşük ofset seviyesinde sinüs ve kosinüs sinyal çıktıları oluşturmak için birleştirilirler.

Otomatik Kazanım, Otomatik Denge ve Otomatik Ofset Kontrollerini içeren tamamen entegre gelişmiş dinamik sinyal koşullandırma, genellikle küçük dairesel sistemler için < ±80 nm, büyük dairesel sistemler için < ±150 ve lineer sistemler için < ±80 nm, düşük Alt-Bölümleme Hatası (SDE) sağlar.

Filtreleme optiklerinin bu evrimi, özenle tasarlanmış elektronik ile birleştiğinde, kendi sınıfındaki herhangi bir enkoderin en düşük pozisyonel titreşimli (gürültü), dairesel sistemler için 8800 devir/dakika, lineer sistemler için 24 m/s maksimum hıza ulaşmasını sağlayan, büyük dalga genişlikli artımsal sinyaller verir. Enterpolasyon okuma kafası içerisinde gerçekleştirilir. Daha hassas çözünürlüklü versiyonlar, 2,73 nm RMS kadar düşük titreşim elde etmek amacıyla, ilave gürültü azaltıcı elektronikler ile daha da geliştirilmiştir.

Bilgi notları ile TONiC™ optik şeması

IN-TRAC referans noktası artımsal cetvel üzerinde tamamen entegredir ve okuma kafası içerisindeki bir foto-dedektörü tarafından algılanmaktadır. Bu eşsiz düzenleme ayrıca referans noktasını elektronik olarak fazlandıran ve artımsal sinyalleri optimize eden, otomatik bir kalibrasyon rutininden de faydalanır.

TONiC™

TONiC, pek çok cetvel periyodundan gelen değerlerin ortalamasını alan ve toz gibi periyodik olmayan öğeleri etkin bir şekilde filtreleyen, Renishaw'un üçüncü nesil benzersiz filtreleme optiklerine sahiptir. Nominal olarak kare-dalga cetvel modeli de, dedektörde tam bir sinüzoidal girişim deseni alanı bırakmak için filtrelenir. Burada, dört simetrik fazlı sinyal şeklinde foto-dalga oluşturacak kadar ince, çoklu bir parmak yapısı devreye girer. Bunlar, bant genişliğini 500 kHz’in üzerinde tutarken, DC bileşenlerini ortadan kaldırmak ve yüksel spektral saflık ve düşük ofset seviyesinde sinüs ve kosinüs sinyal çıktıları oluşturmak için birleştirilirler.

Tamamen entegre gelişmiş dinamik sinyal koşullandırma, Otomatik Kazanım ve Otomatik Denge ve Otomatik Ofset Kontrolleri, genellikle ±30 nm'den küçük, ultra düşük Küçük Sayılara Bölme Hatası (SDE) sağlamak için birleşir.

Filtreleme optiklerinin bu evrimi, özenle seçilmiş elektronik ile birleştiğinde, kendi sınıfındaki herhangi bir enkoderin en düşük pozisyonel titreşimli (gürültü) 10 m/s maksimum hıza ulaşmasını sağlayan, büyük dalga genişlikli artımsal sinyaller verir. Enterpolasyon TONiC Ti arayüzü içerisinde CORDIC algoritması ile gerçekleştirilir. Daha hassas çözünürlüklü versiyonlar, sadece 0,5 nm RMS titreşim elde etmek amacıyla, ilave gürültü azaltıcı elektronikler ile daha da geliştirilmiştir.

Bilgi notları ile TONiC™ optik şeması

IN-TRAC referans noktası artımsal cetvel üzerinde tamamen entegredir ve okuma kafası içerisindeki bir ayrık foto-dedektörü tarafından algılanmaktadır. Şemanın gösterdiği gibi, referans noktası ayrık dedektörü doğrudan lineer artımsal fotodiyot dizisinin merkezine yerleştirilmiştir ve yatay sapmalara karşı daha fazla dayanıklılık garanti eder. Çözünürlük ünitesine tüm hızlarda, çift yönlü tekrarlanabilir bir referans noktası çıktısı sağlar. Bu eşsiz düzenleme ayrıca referans noktasını elektronik olarak fazlandıran ve dinamik sinyal koşullandırmayı optimize eden, otomatik bir kalibrasyon rutininden de faydalanır.

VIONiC™

VIONiC enkoder, pek çok cetvel periyodundan gelen değerlerin ortalamasını alan ve toz gibi periyodik olmayan öğeleri etkin bir şekilde filtreleyen, Renishaw'un üçüncü nesil benzersiz filtreleme optiklerine sahiptir. Nominal olarak kare-dalga cetvel modeli de, dedektörde tam bir sinüzoidal girişim deseni alanı bırakmak için filtrelenir. Burada, dört simetrik fazlı sinyal şeklinde foto-dalga oluşturacak kadar ince, çoklu bir parmak yapısı devreye girer. Bunlar, bant genişliğini 500 kHz’in üzerinde tutarken, DC bileşenlerini ortadan kaldırmak ve yüksel spektral saflık ve düşük ofset seviyesinde sinüs ve kosinüs sinyal çıktıları oluşturmak için birleştirilirler.

Tamamen entegre gelişmiş dinamik sinyal koşullandırma, Otomatik Kazanım ve Otomatik Denge ve Otomatik Ofset Kontrolleri, genellikle ±15 nm'den küçük, ultra düşük Alt-Bölümleme Hatası (SDE) sağlamak için birleşir.

Filtreleme optiklerinin bu evrimi, özenle seçilmiş elektronik ile birleştiğinde, kendi sınıfındaki herhangi bir enkoderin en düşük pozisyonel titreşimli (gürültü) 12 m/s maksimum hıza ulaşmasını sağlayan, büyük dalga genişlikli artımsal sinyaller verir. Enterpolasyon okuma kafası içerisinde gerçekleştirilir. Daha hassas çözünürlüklü versiyonlar, sadece 1,6 nm RMS titreşim elde etmek amacıyla, ilave gürültü azaltıcı elektronikler ile daha da geliştirilmiştir.

Bilgi notları ile TONiC™ optik şeması

IN-TRAC™ referans noktası artımsal cetvel üzerinde tamamen entegredir ve okuma kafası içerisindeki bir ayrık foto-dedektörü tarafından algılanmaktadır. Şemanın gösterdiği gibi, referans noktası ayrık dedektörü doğrudan lineer artımsal fotodiyot dizisinin merkezine yerleştirilmiştir ve yatay sapmalara karşı daha fazla dayanıklılık garanti eder. Bu eşsiz düzenleme ayrıca referans noktasını elektronik olarak fazlandıran ve artımsal sinyalleri optimize eden, otomatik bir kalibrasyon rutininden de faydalanır.

ATOM DX™

ATOM DX enkoder, Renishaw’un TONiC ve VIONiC gibi artımsal enkoderlerinde kullanılan piyasada kanıtlanmış filtreleme optiklerini barındırır. ATOM DX okuma kafaları, artımsal ve referans noktası sensörlerinin arasına merkezi olarak yerleştirilen koşutlanmamış bir LED ışık kaynağına sahiptir: bu yüksek sapmalı LED, artımsal ve referans noktası bölgelerinin aydınlatılmasını sağlayarak, cetvel üzerinde LED'in kendisinden çok daha büyük, bir ayak izine sahip, bir düşük profil yüksekliği oluşturur. Eşevresiz LED, yüksek çözünürlüklü enterpolasyona izin veren, yüksek harmonik saflıkta bir sinyal oluşturur. Etkin fotometri ayrıca düşük titreşimli bir çıktı sinyali oluşturur. Bu filtreleme optikleri şemasının önemli bir faydası, ATOM DX’in cetvel dalgalanması ve kirliliğinden kaynaklı, ölçüm hataları yaratmamasıdır.


Otomatik Kazanım Kontrolü, Otomatik Denge Kontrolü ve Otomatik Ofset Kontrolünü içeren, tamamen entegre gelişmiş dinamik sinyal koşullandırma metotları, genellikle ±15 nm'den küçük, ultra düşük Alt-Bölümleme Hatasını (SDE) garantilemek için birleşir.


Filtreleme optiklerinin ve özenle seçilmiş elektroniğin kombinasyonu kendi sınıfındaki herhangi bir enkoderde görülen en düşük pozisyonel titreşime (gürültü) sahip, 12 m/s maksimum hıza ulaşan, büyük dalga genişlikli artımsal pozisyon tespiti sinyalleri oluşturur. Dijital sinyal enterpolasyonu okuma kafası içerisinde gerçekleştirilir. Daha hassas çözünürlüklü versiyonlar, sadece 1,6 nm RMS titreşim elde etmek amacıyla, ilave gürültü azaltıcı elektronikler ile daha da geliştirilmiştir.


ATOM DX enkoder serisi, kirliliğe karşı iyi bir dayanıklılık sağlamak amacıyla, geniş bir hedef dışı tek optik referans noktası kullanır. Referans noktasının fazlanması, QUANTiC™ ve VIONiC™ enkoder serilerinde de kullanılan, basit, yol gösterici, otomatik bir kalibrasyon rutini ile sağlanır.

Bilgi notları ile ATOM™ optik şeması

ATOM™

ATOM, artımsal ve referans noktası sensörlerinin arasına merkezi olarak yerleştirilmiş, koşutlanmamış bir LED kullanır. Bu yüksek sapmalı LED, artımsal ve referans noktası bölgelerinin aydınlatılmasını sağlayarak, cetvel üzerinde LED'in kendisinden çok daha büyük, bir ayak izi olan, bir düşük profil yüksekliği oluşturur.

ATOM, tüm Renishaw artımsal enkoderlerinde kullanılan ile aynı filtreleme optikleri şemasını kullanır. Eşevresiz LED, yüksek çözünürlüklü enterpolasyona izin veren, yüksek harmonik saflıkta bir sinyal oluşturur. Etkin fotometre ayrıca düşük titreşimli bir sinyal üretir. Filtreleme optikleri şemasının bir başka faydası da, ATOM'un cetvel kirliliği veya dalgalanmasından meydana gelen, ölçüm hataları yaratmamasıdır.

ATOM, kirliliğe karşı iyi bir dayanıklılık sağlamak amacıyla, geniş bir hedef dışı tek optik referans noktası kullanır. Referans noktasının fazlandırılması, TONiC ile yapılan bir işlem kadar basittir.

Bilgi notları ile ATOM™ optik şeması