Navigatie overslaan

Hoe optische encoders werken

Absolute encoders

Incrementele encoders

RESOLUTE™

RESOLUTE communiceert puur serieel in twee richtingen, volgens een aantal in de industrie gangbare protocollen, met zowel gerichte als open varianten. 

RESOLUTE™ encoder optisch ontwerp met annotaties

Het proces begint ...

De controller initieert bediening door een bericht naar de leeskop te sturen, met instructies om de absolute positie op de lineaire of roterende schaal op dat moment vast te leggen. De leeskop reageert door te knipperen met een high-power LED-bron om de schaal te verlichten. De flitsduur duurt maar 100 ns om onscherpte op bewegende assen te minimaliseren. Het is belangrijk dat de timing binnen een paar nanoseconden wordt gecontroleerd om de relatie te behouden tussen gevraagde en gerapporteerd positie, één van de essentiële kenmerken die RESOLUTE bij uitstek geschikt maken voor zeer gespecificeerde bewegingssystemen. 

 

 

Enkelbaans schaal

De schaal is in principe een enkele baan van contrasterende lijnen over de volledige breedte op basis van een nominale periode van 30 µm. De afwezigheid van meerdere parallelle banen zorgt voor belangrijke immuniteit tegen verdraaiingen en veel meer zijdelingse tolerantie in koppositie.

Beeldopname

De schaal wordt afgebeeld, via een asferische lens die vervorming minimaliseert, op een aangepaste detectorreeks speciaal ontworpen voor RESOLUTE. De optische opstelling, met een opgevouwen verlichtingspad maar directe beeldvorming, is zeer compact maar stabiel voor betrouwbare en uitstekende metrologie.

Decoderen van gegevens en analyse

Nadat de afbeelding is opgevangen door de detector, wordt de afbeelding overgebracht via een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) naar een krachtige Digital Signal Processor (DSP). De speciaal ontwikkelde algoritmen krijgen dan een werkelijk absoluut, maar relatief grove positie van de code ingebed in de schaal. Dit proces wordt gecontroleerd en correcties worden gemaakt door andere algoritmen in de DSP die redundantie en opzettelijke beperkingen in de schaalcode benutten. Ondertussen berekenen andere routines een fijne positie met een zeer hoge resolutie die die vervolgens wordt gecombineerd met de grove positie om een ​​werkelijk absolute en zeer hoge resolutielocatie te krijgen.

Definitieve controles en data-uitvoer

Na de definitieve foutcontroles wordt deze informatie geüpload in het juiste protocol op de controller als een pure seriële communicatie die positie weergeeft tot op 1 nm. Bescherming tegen elektrische geluidsoverlast wordt geleverd door toevoeging van een Cyclic Redundancy Check (CRC). Het gehele proces kan slechts enkele microseconden duren en kan tot 25.000 keer per seconde worden herhaald. Door een verscheidenheid aan technieken, waaronder het aanpassen van de lichtflitsduur op de assnelheid, wordt deze prestatie bij een snelheid tot 100 m/s, met behoud van uitzonderlijk lage positionele verdraaiing bij lagere snelheden.

En het resultaat is ...

Een encoder met royale installatietoleranties: RESOLUTE maakt een verdraai-, helling- en kanteltolerantie van ±0,5° mogelijk en een indrukwekkende afstand meetschaal-leeskop van ±150 µm. Ondertussen bieden de royale optische footprint en geavanceerde fout-corrigerende procedures uitstekende immuniteit tegen optische vervuiling, zowel deeltjes als vette vegen. En dit alles met behoud van 1 nm resolutie bij 100 m/s: RESOLUTE is het antwoord op de absoluut moeilijkste uitdaging.

VIONiC

De VIONiC is voorzien van de derde generatie unieke filteroptieken van Renishaw die het gemiddelde neemt van vele meetschaalperiodes en niet-periodieke signalen zoals vuil effectief wegfiltert. Het ongeveer blokgolfvormige patroon wordt ook gefilterd om bij de detector een zuiver sinusoïde strooiveld te verkrijgen. Daar wordt een meervingerige structuur toegepast, die fijn genoeg is om fotostromen te produceren in de vorm van vier signalen met symmetrische fasen. Deze worden gecombineerd om gelijkstromen te verwijderen en sinus- en cosinussignalen als uitgang te leveren met hoge spectrale zuiverheid en kleine afwijkingen, terwijl de bandbreedte tot boven 500 kHz behouden blijft.

Volledig geïntegreerde geavanceerde dynamische signaalconditionering - automatisch gestuurde versterking, balans en instelling - zorgt gezamenlijk voor een ultralage interpolatiefout (SDE) van in de regel < ±30 nm.

Deze evolutie van filteroptieken, gecombineerd met zorgvuldig geselecteerde elektronica, levert incrementele signalen met grote bandbreedte en een maximale snelheid van 12 m/s met de laagste positionele jitter (ruis) van alle encoders in zijn klasse. Interpolatie gebeurt binnen de leeskop, en is bij de versies met fijne resolutie nog aangevuld met extra ruisreducerende elektronica om een jitter van slechts 1,6 nm RMS te bereiken.

TONiC™ optisch ontwerp met annotaties

De IN-TRAC referentiemarkering is volledig geïntegreerd in de incrementele meetschaal en wordt gedetecteerd door een gescheiden fotodetector in de leeskop. Zoals het diagram laat zien, is de gescheiden detector van de referentiemarkering direct ingebed in het midden van de lineaire fotodiode van het incrementele kanaal voor een grotere immuniteit tegen verdraaiingsdefasering. Deze unieke voorziening heeft ook een automatische kalibratieroutine die elektronisch de referentiemarkering faseert en de incrementele signalen optimaliseert.

VIONiCplus

De VIONiCplus is voorzien van de derde generatie unieke filteroptieken van Renishaw die het gemiddelde neemt van vele meetschaalperiodes en niet-periodieke signalen zoals vuil effectief wegfiltert. Het ongeveer blokgolfvormige patroon wordt ook gefilterd om bij de detector een zuiver sinusoïde strooiveld te verkrijgen. Daar wordt een meervingerige structuur toegepast, die fijn genoeg is om fotostromen te produceren in de vorm van vier signalen met symmetrische fasen. Deze worden gecombineerd om gelijkstromen te verwijderen en sinus- en cosinussignalen als uitgang te leveren met hoge spectrale zuiverheid en kleine afwijkingen, terwijl de bandbreedte tot boven 500 kHz behouden blijft.

Volledig geïntegreerde geavanceerde dynamische signaalconditionering - automatisch gestuurde versterking, balans en instelling - zorgt gezamenlijk voor een ultralage interpolatiefout (SDE).

Deze evolutie van filteroptieken, gecombineerd met zorgvuldig geselecteerde elektronica, levert incrementele signalen met grote bandbreedte en een maximale snelheid van 12 m/s met de laagste positionele jitter (ruis) van alle encoders in zijn klasse. Interpolatie gebeurt binnen de leeskop, en is bij de versies met fijne resolutie nog aangevuld met extra ruisreducerende elektronica om een jitter van slechts 1,6 nm RMS te bereiken.

TONiC™ optisch ontwerp met annotaties

De IN-TRAC referentiemarkering is volledig geïntegreerd in de incrementele meetschaal en wordt gedetecteerd door een gescheiden fotodetector in de leeskop. Zoals het diagram laat zien, is de gescheiden detector van de referentiemarkering direct ingebed in het midden van de lineaire fotodiode van het incrementele kanaal voor een grotere immuniteit tegen verdraaiingsdefasering. Deze unieke voorziening heeft ook een automatische kalibratieroutine die elektronisch de referentiemarkering faseert en de incrementele signalen optimaliseert.

ATOM™

ATOM maakt gebruik van een niet-gecollimeerde LED centraal gelegen tussen de incrementele en referentiemarkeringssensoren. Deze LED met hoge divergentie produceert een lage profielhoogte met een footprint op de schaal die veel groter is dan de LED, voor verlichting van incrementele en referentiemarkeringsdelen.

ATOM gebruikt dezelfde filteroptiek als gebruikt in alle incrementele encoders van Renishaw. De incoherente LED produceert een signaal van hoge harmonische zuiverheid voor hoge resolutie-interpolatie. Efficiënte fotometrie produceert ook een laag jittersignaal. Een ander voordeel van de filteroptica is dat ATOM geen meetfouten genereert die te wijten zijn aan schaalvervuiling en golvingen.

ATOM maakt gebruik van een grote single feature off-track optische referentiemarkering voor een goede vuilbestendigheid. Fasering van de referentiemarkering is net zo eenvoudig als met TONiC.

ATOM™ optisch ontwerp met annotaties

TONiC™

TONiC is voorzien van de derde generatie unieke filteroptica van Renishaw die het gemiddelde neemt van vele meetschaalperiodes en niet-periodieke signalen zoals vuil wegfiltert. Het ongeveer blokgolfvormige patroon wordt ook gefilterd om bij de detector een zuiver sinusoïde strooiveld te verkrijgen. Daar wordt een meervingerige structuur toegepast, die fijn genoeg is om fotostromen te produceren in de vorm van vier signalen met symmetrische fasen. Deze worden gecombineerd om gelijkstromen te verwijderen en sinus- en cosinussignalen als uitgang te leveren met hoge spectrale zuiverheid en kleine afwijkingen, terwijl de bandbreedte tot boven 500 kHz behouden blijft.

Volledig geïntegreerde geavanceerde dynamische signaalconditionering, Auto Gain, Auto Balance en Auto Offset Controls voor een ultralage interpolatiefout (SDE) van typisch <± 30 nm.

Deze evolutie van filteroptieken, gecombineerd met zorgvuldig geselecteerde elektronica, levert incrementele signalen met grote bandbreedte en een maximale snelheid van 10 m/s met de laagste positionele jitter (ruis) van alle encoders in zijn klasse. Interpolatie door CORDIC algoritme binnen de TONiC Ti interface, met fijne resolutieversies verder aangevuld met extra geluidsreducerende elektronica om jitter van slechts 0,5 nm RMS te bereiken.

TONiC™ optisch ontwerp met annotaties

De IN-TRAC referentiemarkering is volledig geïntegreerd in de incrementele meetschaal en wordt gedetecteerd door een gescheiden fotodetector in de leeskop. Zoals het diagram laat zien, is de gescheiden detector van de referentiemarkering direct ingebed in het midden van de lineaire fotodiode van het incrementele kanaal voor een grotere immuniteit tegen verdraaiingsdefasering. Hierdoor ontstaat als uitgangssignaal een referentiemarkering die in twee richtingen werkzaam is tot de hoogste resolutie op alle snelheden. Deze unieke regeling profiteert ook van een automatische kalibratieroutine die de referentiemarkering elektronisch faseert en de dynamische meetversterker optimaliseert

RGH20 

RGH20 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop schijnt een infra-rood LED licht zijdelings op een schaal met reflecterende en niet-reflecterende gebieden. Het licht wordt weerspiegeld van de reflecterende gebieden door middel van een transparant faserooster. Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Dankzij het unieke optische ontwerp zijn de kortstondige fouten gering, zodat normaliter de interpolatiefout minder is dan ±0,15 µm. Voor nog lagere SDE en zelfs hogere signaalstabiliteit, kan de analoge versie van het RGH20 worden aangesloten op de REE interface met automatisch gestuurde versterking (Auto Gain Control) en afstelling (Auto Offset Control) die werken bij alle snelheden.

De RGH20 leeskop heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is. Een referentiemarkering of een enkele limiet zijn beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare referentie- of nulpositie, terwijl de limietschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RGH20F

RGH20 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop schijnt een infra-rood LED licht zijdelings op een schaal met reflecterende en niet-reflecterende gebieden. Het licht wordt weerspiegeld van de reflecterende gebieden door middel van een transparant faserooster. Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Met het unieke optische ontwerp van de leeskop en de Auto Gain Control (AGC) en Auto Offset Control (AOC) eigenschappen van de REF-interface zijn lage fouten op korte termijn verzekerd hetgeen meestal zorgt voor een interpolatiefout van kleiner dan ±0.05 μm.

De REF-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is. Een referentiemarkering of een enkele limiet zijn beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare referentie- of nulpositie, terwijl de limietschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RGH22 

RG2 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop straalt een infrarood-LED licht uit op de schuine meetschaalverdeling, die het licht terugkaatst door een transparant indexrooster. Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Dankzij het unieke optische ontwerp zijn de kortstondige fouten gering, zodat normaliter de interpolatiefout minder is dan ±0,15 µm. Voor nog lagere SDE en zelfs hogere signaalstabiliteit, kan de analoge versie van het RGH22 worden aangesloten op de REE interface met automatisch gestuurde versterking (Auto Gain Control) en afstelling (Auto Offset Control) die werken bij alle snelheden. De RGH22-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is.

Er zijn referentiemarkeringen en dubbele eindschakelaars beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare thuis- of nulpositie, terwijl de eindschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RGH24 

RG2 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop straalt een infrarood-LED licht uit op de schuine meetschaalverdeling, die het licht terugkaatst door een transparant indexrooster. Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Dankzij het unieke optische ontwerp zijn de kortstondige fouten gering, zodat normaliter de interpolatiefout minder is dan ±0,15 µm. Voor nog lagere SDE en zelfs hogere signaalstabiliteit, kan de analoge versie van het RGH24 worden aangesloten op de REE interface met automatisch gestuurde versterking (Auto Gain Control) en afstelling (Auto Offset Control) die werken bij alle snelheden.

De RGH24-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is. Een referentiemarkering of een enkele limiet zijn beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare referentie- of nulpositie, terwijl de limietschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RGH25F

In de leeskop straalt een infrarood-LED licht uit op de schuine meetschaalverdeling, die het licht terugkaatst door een transparant indexrooster.

Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Met het unieke optische ontwerp van de leeskop en de Auto Gain Control (AGC) en Auto Offset Control (AOC) eigenschappen van de REF-interface zijn lage fouten op korte termijn verzekerd hetgeen meestal zorgt voor een interpolatiefout van kleiner dan ±0.05 μm.

De REF-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is.

Een referentiemarkering of een enkele limiet zijn beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare referentie- of nulpositie, terwijl de limietschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RG2 optisch ontwerp met annotaties

RGH34 

RG4 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop schijnt een infrarood-LED-licht zijdelings op de platte schaalverdeling op de schaal, voor een zijdelingse verlichting zoals aangegeven in het optische diagram

De bijbehorende interface van RGH34, de RGI34 heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is.

Een referentiemarkering of een enkele limiet zijn beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare referentie- of nulpositie, terwijl de limietschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RGH40

RGH40 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop schijnt een infra-rood LED licht zijdelings op een schaal met reflecterende en niet-reflecterende gebieden. Het licht wordt weerspiegeld van de reflecterende gebieden door middel van een transparant faserooster. Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Dankzij het unieke optische ontwerp zijn de kortstondige fouten gering, zodat normaliter de interpolatiefout minder is dan ±0,30 µm. Voor nog lagere SDE en zelfs hogere signaalstabiliteit, kan de analoge versie van het RGH40 worden aangesloten op de REE interface met automatisch gestuurde versterking (Auto Gain Control) en afstelling (Auto Offset Control) die werken bij alle snelheden.

De RGH40-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is. Bij deze leeskop is een magnetische referentiemarkering verkrijgbaar voor een herhaalbare nulpositie in één richting.

RGH41 

RGH41 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop schijnt een infrarood-LED-licht zijdelings op de platte schaalverdeling op de schaal, voor een zijdelingse verlichting zoals aangegeven in het optische diagram Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Dankzij het unieke optische ontwerp zijn de kortstondige fouten gering, zodat normaliter de interpolatiefout minder is dan ±0,30 µm. Voor nog lagere SDE en zelfs hogere signaalstabiliteit, kan de analoge versie van het RGH41 worden aangesloten op de REE interface met automatisch gestuurde versterking (Auto Gain Control) en afstelling (Auto Offset Control) die werken bij alle snelheden.

De RGH41-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is. Er zijn referentiemarkeringen en dubbele eindschakelaars beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare thuis- of nulpositie, terwijl de eindschakelaar het trajecteinde aangeeft.

RGH45

RGH45 optisch ontwerp met annotaties

In de leeskop schijnt een infra-rood LED licht zijdelings op een schaal met reflecterende en niet-reflecterende gebieden. Het licht wordt weerspiegeld van de reflecterende gebieden door middel van een transparant faserooster. Hierdoor ontstaan sinusvormige interferentiebanden op het detectievlak in de leeskop. Het optisch ontwerp neemt het gemiddelde van vele schaalverdelingen en filtert de signalen weg die niet overeenkomen met de meetschaalperiode. Dit waarborgt de signaalstabiliteit, zelfs wanneer de meetschaal verontreinigd of enigszins beschadigd is.

Dankzij het unieke optische ontwerp zijn de kortstondige fouten gering, zodat normaliter de interpolatiefout minder is dan ±0,30 µm. Voor nog lagere SDE en zelfs hogere signaalstabiliteit, kan de analoge versie van het RGH45 worden aangesloten op de REE interface met automatisch gestuurde versterking (Auto Gain Control) en afstelling (Auto Offset Control) die werken bij alle snelheden.

De RGH45-interface heeft een set-up LED die groen oplicht wanneer de installatie optimaal is. Er zijn referentiemarkeringen en dubbele eindschakelaars beschikbaar met deze leeskop. De referentiemarkering biedt een herhaalbare thuis- of nulpositie, terwijl de eindschakelaar het trajecteinde aangeeft.

SiGNUM™

Een infrarood LED verlicht de schaal met afwisselend lichte en donkere lijnen. SiGNUM is voorzien van de unieke filteropticavan Renishaw die het gemiddelde neemt van vele meetschaalperiodes en niet-periodieke signalen zoals vuil wegfiltert. Het ongeveer blokgolfvormige patroon wordt ook gefilterd om bij de detector een zuiver sinusoïde strooiveld te verkrijgen. Daar wordt een meervingerige structuur toegepast, die fijn genoeg is om fotostromen te produceren in de vorm van vier signalen met symmetrische fasen. Deze worden gecombineerd om gelijkstromen te verwijderen en sinus- en cosinussignalen als uitgang te leveren met hoge spectrale zuiverheid en kleine afwijkingen, terwijl de bandbreedte tot boven 500 kHz behouden blijft.

Dynamische signaalconditionering, bestaande uit Auto Gain Control (AGC), Auto Offset Control (AOC) en Auto Balance Control (ABC) wordt toegepast in de Si-interface om incrementele signalen van uitzonderlijke betrouwbaarheid te genereren. Het resultaat is een interpolatiefout SDE van ±30 nm, ofwel 0,15 % van de meetschaalperiode. Interpolatie gebeurt door het CORDIC-algoritme in de SiGNUM Si interface.

SiGNUM™ optisch ontwerp met annotaties

De IN-TRAC referentiemarkering wordt ingebed in de oplopende schaal en wordt gedetecteerd door een gescheiden fotodetector in de leeskop. Hierdoor ontstaat als uitgangssignaal een referentiemarkering die in twee richtingen werkzaam is tot de hoogste resolutie op alle snelheden. Deze unieke regeling profiteert ook van een geautomatiseerde kalibratieroutine die de referentiemarkering elektronisch faseert en de incrementele signalen optimaliseert.