Přeskočit navigaci

Jak fungují optické snímače.

absolutní snímače

Inkrementální snímače

RESOLUTE™

RESOLUTE používá obousměrnou sériovou komunikaci ve formátech řady specifických i otevřených průmyslových protokolů. 

Optické schéma snímače RESOLUTE™ s poznámkami

Proces začíná...

Řídicí systém nejprve odešle do čtecí hlavy požadavek na zaznamenání absolutní polohy z lineární nebo rotační stupnice. Čtecí hlava reaguje zábleskem diodového zdroje o velkém výkonu, které osvětluje stupnici. Záblesk trvá krátce, jen 100 ns, aby bylo minimalizováno rozmazání obrazu na pohybujících se osách. Načasování je velmi důležité a je řízeno během několika nanosekund, aby byl zachován vztah mezi požadovanou a zaznamenanou polohou. To je jedna ze zásadních vlastností, která činí snímač RESOLUTE vhodným pro pohybové systémy s velmi vysokými technickými parametry. 

 

 

Stupnice s jednou dráhou

Stupnice je v podstatě jednodráhové měřítko s kontrastními čarami ve jmenovité periodě 30 µm. Nepřítomnost většího počtu rovnoběžných drah zajišťuje důležitou odolnost proti chybám vybočení a mnohem vyšší boční toleranci v poloze hlavy.

Snímání obrazu

Obraz stupnice je sejmut prostřednictvím asférické čočky, která minimalizuje zkreslení a přenesen na detekční sestavu navrženou speciálně pro RESOLUTE. Optické uspořádání, s lomenou dráhou osvětlení, ale s přímým zobrazením, je velmi kompaktní, přesto ale stabilní, což zaručuje přesnost důležitou pro vynikající metrologii.

Dekódování a analýza dat

Po zaznamenání dat z měřítka detektorem je obraz přenesen analogově digitálním převodníkem (ADC) do výkonného digitálního obrazového procesoru (DSP). Speciálně vyvinuté algoritmy poté obdrží skutečnou absolutní, nicméně poměrně „hrubou“ polohu pomocí kódu uloženého ve stupnici. Tento proces je kontrolován a pomocí dalších algoritmů v DSP jsou provedeny nezbytné opravy dat. Systém pracuje s redundantními daty a záměrnými omezeními obsaženými v kódu stupnice. Mezitím další rutiny vypočítají „jemnou“ polohu s velmi vysokým rozlišením. Tato poloha je následně kombinována s hrubou polohou, přičemž výsledkem je skutečná absolutní poloha s velmi vysokým rozlišením.

Závěrečná kontrola a výstup dat

Po závěrečné kontrole chyb je informace o poloze odeslána v odpovídajícím formátu do řídícho systému stroje jako sériové slovo reprezentující polohu v rozsahu 1 nm. Ochrana proti poruše v důsledku elektrického šumu je zajištěna doplněním funkce Cyclic Redundancy Check (CRC). Celý proces může trvat pouze několik mikrosekund a lze jej opakovat až 25 000krát za sekundu. Pomocí různých postupů, včetně nastavení doby světelného záblesku podle rychlosti osy, lze těchto parametrů dosáhnout při rychlosti až 100 m/s při, což je velmi důležité, zachování mimořádně nízkého polohového kolísání (jitter) signálu při nižších provozních rychlostech.

A výsledkem je...

Snímač s dostatečnými montážními tolerancemi: RESOLUTE umožňuje ± 0,5° pro vybočení, sklon a naklánění, a působivých ± 150 µm pro separaci čtecí hlavy od stupnice. Na druhé straně dostatečná optická stopa a pokročilé metody opravy chyb přinášejí vynikající odolnost proti optickému znečištění, jak pevnými částicemi, tak mastnými skvrnami. To vše při zachování rozlišení 1 nm při rychlosti 100 m/s: RESOLUTE je odpovědí na nejobtížnější úkol při absolutním snímání.

VIONiC

Čtecí hlava VIONiC je vybavena třetí generací unikátní filtrační optiky společnosti Renishaw, která zprůměruje podíl mnoha dílků stupnice a účinně odfiltruje nepravidelné prvky, jako jsou nečistoty. Odraz od stupnice nominálně s obdélníkovým průběhem vlny je také filtrován, aby na detektoru vzniklo čisté pole sinusových interferenčních proužků. Zde je použita víceprstová struktura, která je dostatečně jemná na to, aby vytvořila fotoelektrický proud ve formě čtyř symetricky fázovaných signálů. Jejich kombinací jsou odstraněny stejnosměrné složky a vytvořeny výstupní sinusové a kosinusové signály s vysokou spektrální čistotou a nízkou odchylkou při zachování šířky pásma nad 500 kHz.

Kombinace plně integrované vyspělé dynamické úpravy signálů a funkcí Auto Gain , Auto Balance a Auto Offset Controls zaručuje velmi nízkou hodnotu chyby interpolace (SDE), typicky ± 30 nm.

Tato filtrační optika, kombinovaná s pečlivým výběrem elektroniky, poskytuje přírůstkové signály s velkou šířkou pásma pro dosažení maximální rychlosti 12 m/s. Zajišťuje minimální kolísání (jitter) signálu a šumu lepší než jiné snímače v této třídě. Interpolace probíhá uvnitř čtecí hlavy s verzemi s jemným rozlišením, které bylo dále rozšířeno o elektroniku potlačující čum pro dosažení kolísání (jitter) pouhých 1,6 nm RMS.

Optické schéma TONiC™ s poznámkami

Referenční značka IN-TRAC je plně integrována do přírůstkové stupnice a je detekována děleným fotodetektorem uvnitř čtecí hlavy. Jak je patrné z obrázku, dělený detektor referenční značky je zabudován přímo do středu detekční fotodiody, což zaručuje téměř dokonalou odolnost proti yaw-rozfázování. Toto jedinečné uspořádání rovněž těží ze standardního programu automatické kalibrace, který elektronicky fázuje referenční značku a optimalizuje přírůstkové signály.

VIONiCplus

Čtecí hlava VIONiCplus je vybavena třetí generací unikátní filtrační optiky společnosti Renishaw, která zprůměruje podíl mnoha dílků stupnice a účinně odfiltruje nepravidelné prvky, jako jsou nečistoty. Odraz od stupnice nominálně s obdélníkovým průběhem vlny je také filtrován, aby na detektoru vzniklo čisté pole sinusových interferenčních proužků. Použitá struktura je dostatečně jemná na to, aby vytvořila fotoelektrický proud ve formě čtyř symetricky fázovaných signálů. Jejich kombinací jsou odstraněny stejnosměrné složky a vytvořeny výstupní sinusové a kosinusové signály s vysokou spektrální čistotou a nízkou odchylkou při zachování šířky pásma nad 500 kHz.

Kombinace plně integrované vyspělé dynamické úpravy signálů a funkcí Auto Gain , Auto Balance a Auto Offset Controls zaručuje velmi nízkou hodnotu chyby interpolace (SDE).

Tato filtrační optika, kombinovaná s pečlivým výběrem elektroniky, poskytuje přírůstkové signály s velkou šířkou pásma pro dosažení maximální rychlosti 12 m/s. Zajišťuje minimální kolísání (jitter) signálu a šumu lepší než jiné snímače v této třídě. Interpolace probíhá uvnitř čtecí hlavy s verzemi s jemným rozlišením, které bylo dále rozšířeno o elektroniku potlačující čum pro dosažení kolísání (jitter) pouhých 1,6 nm RMS.

Optické schéma TONiC™ s poznámkami

Referenční značka IN-TRAC je plně integrována do přírůstkové stupnice a je detekována děleným fotodetektorem uvnitř čtecí hlavy. Jak je patrné z obrázku, dělený detektor referenční značky je zabudován přímo do středu detekční fotodiody, což zaručuje téměř dokonalou odolnost proti yaw-rozfázování. Toto jedinečné uspořádání rovněž těží ze standardního programu automatické kalibrace, který elektronicky fázuje referenční značku a optimalizuje přírůstkové signály.

ATOM™

ATOM používá nekolimovanou LED diodu, umístěnou centrálně mezi inkrementálním snímačem a snímačem referenční značky. Tato vysoce divergentní, nízkoprofilová LED dioda produkuje na měřítku světelnou stopu, která je mnohem větší než LED, což umožňuje osvětlit inkrementální oblast a oblast referenční značky.

ATOM používá stejné schéma filtrační optiky, jaké se používá ve všech inkrementálních snímačích společnosti Renishaw. Nekoherentní LED dioda poskytuje signál s vysokou harmonickou čistotou, umožňující interpolaci s vysokým rozlišením. Účinná fotometrie také poskytuje signál s nízkým šumem (jitter). Další výhodou uspořádání filtrační optiky je skutečnost, že ATOM neprodukuje chyby měření způsobené znečištěním nebo zvlněním stupnice.

ATOM používá velikou jednoprvkovou optickou referenční značku umístěnou mimo stopu (off-track) pro dobrou odolnost vůči znečistění. Fázování referenční značky je tak jednoduché jako u snímačů TONiC.

Optické schéma ATOM™ s poznámkami

TONiC™

Čtecí hlava TONiC je vybavena třetí generací unikátní filtrační optiky společnosti Renishaw, která zprůměruje podíl mnoha dílků stupnice a účinně odfiltruje nepravidelné prvky, jako jsou nečistoty. Odraz od stupnice s nominálně obdélníkovým průběhem vlny je také filtrován, aby na detektoru vzniklo čisté pole sinusových interferenčních proužků. Použitá struktura je dostatečně jemná na to, aby vytvořila fotoelektrický proud ve formě čtyř symetricky fázovaných signálů. Jejich kombinací jsou odstraněny stejnosměrné složky a vytvořeny výstupní sinusové a kosinusové signály s vysokou spektrální čistotou a nízkou odchylkou při zachování šířky pásma nad 500 kHz.

Kombinace plně integrované vyspělé dynamické úpravy signálů a funkcí Auto Gain , Auto Balance a Auto Offset Controls zaručuje velmi nízkou hodnotu chyby interpolace (SDE), typicky ± 30 nm.

Tato filtrační optika, kombinovaná s pečlivým výběrem elektroniky, poskytuje přírůstkové signály s velkou šířkou pásma pro dosažení maximální rychlosti 10 m/s. Zajišťuje minimální kolísání (jitter) signálu a šumu lepší než jiné snímače v této třídě. Interpolace probíhá podle algoritmu CORDIC uvnitř rozhraní TONiC Ti s verzemi s jemným rozlišením, které bylo dále rozšířeno o elektroniku potlačující čum pro dosažení kolísání (jitter) pouhých 0,5 nm RMS.

Optické schéma TONiC™ s poznámkami

Referenční značka IN-TRAC je plně integrována do přírůstkové stupnice a je detekována děleným fotodetektorem uvnitř čtecí hlavy. Jak je patrné z obrázku, dělený detektor referenční značky je zabudován přímo do středu detekční fotodiody, což zaručuje téměř dokonalou odolnost proti yaw-rozfázování. Získaný výstup referenční značky je obousměrně opakovatelný v rozsahu jednotky rozlišení při všech rychlostech. Toto jedinečné uspořádání rovněž těží ze standardního programu automatické kalibrace, který elektronicky fázuje referenční značku a optimalizuje dynamickou úpravu signálů.

RGH20 

Optické schéma RGH20 s poznámkami

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo, které dopadá za strany na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi. Odrazivé oblasti odrážejí světlo zpět do hlavičky. Odražené světlo prochází skrze průhlednou difrakční mřížku Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Malý počet krátkodobých chyb je zajištěn jedinečnou konstrukcí optického systému, jehož chyba interpolace (SDE) má obvykle hodnotu ± 0,15 µm. Za účelem dosažení ještě nižší chyby interpolace a ještě vyšší stability signálu lze analogovou verzi RGH20 připojit k rozhraní REE, vybavenému systémy Auto Gain Control (AGC) a Auto Offset Control (AOC), které pracují při všech rychlostech.

Čtecí hlava RGH20 je vybavena diagnostickou LED diodou, která se po seřízení hlavičky do optimální polohy rozsvítí zeleně. S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka nebo jednoduchý koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncový spínač je používán jako indikátor krajní polohy.

RGH20F

Optické schéma RGH20 s poznámkami

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo, které dopadá za strany na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi. Odrazivé oblasti odrážejí světlo zpět do hlavičky. Odražené světlo prochází skrze průhlednou difrakční mřížku Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Unikátní optická konstrukce čtecí hlavy a funkce Auto Gain Control (AGC) and Auto Offset Control (AOC) rozhraní REF zaručují malý počet krátkodobých chyb s chybou interpolace (SDE) typicky menší než ±0,05 μm.

Rozhraní REF je vybaveno nastavovací LED diodou, která se po dosažení optimální polohy hlavičky rozsvítí zeleně. S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka nebo jednoduchý koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncový spínač je používán jako indikátor krajní polohy.

RGH22 

Optické schéma RG2 s poznámkami

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo, které dopadá za strany na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi. Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Malý počet krátkodobých chyb je zajištěn jedinečnou konstrukcí optického systému, jehož chyba interpolace (SDE) má obvykle hodnotu ± 0,15 µm. Za účelem dosažení ještě nižší chyby interpolace a ještě vyšší stability signálu lze analogovou verzi RGH22 připojit k rozhraní REE, vybavenému systémy Auto Gain Control (AGC) a Auto Offset Control (AOC), které pracují při všech rychlostech. Čtecí hlava RGH22 je vybavena diagnostickou LED diodou, která se po seřízení hlavičky do optimální polohy rozsvítí zeleně.

S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka a duální koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncové spínače se používají jako indikátory krajní polohy.

RGH24 

Optické schéma RG2 s poznámkami

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo, které dopadá za strany na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi. Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Malý počet krátkodobých chyb je zajištěn jedinečnou konstrukcí optického systému, jehož chyba interpolace (SDE) má obvykle hodnotu ± 0,15 µm. Za účelem dosažení ještě nižší chyby interpolace a ještě vyšší stability signálu lze analogovou verzi RGH24 připojit k rozhraní REE, vybavenému systémy Auto Gain Control (AGC) a Auto Offset Control (AOC), které pracují při všech rychlostech.

Čtecí hlava RGH24 je vybavena diagnostickou LED diodou, která se po seřízení hlavičky do optimální polohy rozsvítí zeleně. S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka nebo jednoduchý koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncový spínač je používán jako indikátor krajní polohy.

RGH25F

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo, které dopadá za strany na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi.

Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Unikátní optická konstrukce čtecí hlavy a funkce Auto Gain Control (AGC) and Auto Offset Control (AOC) rozhraní REF zaručují malý počet krátkodobých chyb s chybou interpolace (SDE) typicky menší než ±0,05 μm.

Rozhraní REF je vybaveno nastavovací LED diodou, která se po dosažení optimální polohy hlavičky rozsvítí zeleně.

S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka nebo jednoduchý koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncový spínač je používán jako indikátor krajní polohy.

Optické schéma RG2 s poznámkami

RGH34 

Optické schéma RG4 s poznámkami

Infračervená LED uvnitř čtecí hlavy vyzařuje světlo, které dopadá ze strany na plochu stupnice, viz optický diagram.

Rozhraní REF čtecí hlavy RGH34 je vybaveno diagnostickou LED diodou, která se po seřízení hlavičky do optimální polohy rozsvítí zeleně.

S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka nebo jednoduchý koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncový spínač je používán jako indikátor krajní polohy.

RGH40

Optické schéma RGH40 s poznámkami

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo, které dopadá za strany na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi. Odrazivé oblasti odrážejí světlo zpět do hlavičky. Odražené světlo prochází skrze průhlednou difrakční mřížku Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Malý počet krátkodobých chyb je zajištěn jedinečnou konstrukcí optického systému, jehož chyba interpolace (SDE) má obvykle hodnotu ± 0,30 µm. Za účelem dosažení ještě nižší chyby interpolace a ještě vyšší stability signálu lze analogovou verzi RGH40 připojit k rozhraní REE, vybaveným automatickým řízením zesílení (AGC) a automatickým řízením odchylky (AOC), které pracují při všech rychlostech.

Čtecí hlava RGH40 je vybavena diagnostickou LED diodou, která se po seřízení hlavičky do optimální polohy rozsvítí zeleně. S touto čtecí hlavou se dodává také magnetická referenční značka, poskytující obousměrnou opakovatelnou nulovou polohu.

RGH41 

Optické schéma RGH41 s poznámkami

Infračervená LED uvnitř čtecí hlavy vyzařuje světlo, které dopadá ze strany na plochu stupnice, viz optický diagram. Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Malý počet krátkodobých chyb je zajištěn jedinečnou konstrukcí optického systému, jehož chyba interpolace (SDE) má obvykle hodnotu ± 0,30 µm. Za účelem dosažení ještě nižší chyby interpolace a ještě vyšší stability signálu lze analogovou verzi RGH41 připojit k rozhraní REE, vybaveným funkcemi Auto Gain Control (AGC) a Auto Offset Control (AOC), které pracují při všech rychlostech.

Čtecí hlava RGH41 je vybavena diagnostickou LED diodou, která se po seřízení hlavičky do optimální polohy rozsvítí zeleně. S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka a duální koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncové spínače se používají jako indikátory krajní polohy.

RGH45

Optické schéma RGH45 s poznámkami

Infračervená LED dioda ve čtecí hlavě vyzařuje světlo bočně na stupnici s odrazivými a neodrazivými oblastmi. Odrazivé oblasti odrážejí světlo zpět do hlavičky. Odražené světlo prochází skrze průhlednou difrakční mřížku Na detekční ploše čtecí hlavy tak vznikají sinusové interferenční proužky. V optickém systému se vyhodnotí průměrná hodnota výstupů z mnoha dílků stupnice a signály, které dělení stupnice neodpovídají jsou účinně odfiltrovány. Tím je zajištěna stabilita signálu i v případě, kdy je stupnice znečištěna nebo mírně poškozena.

Malý počet krátkodobých chyb je zajištěn jedinečnou konstrukcí optického systému, jehož chyba interpolace (SDE) má obvykle hodnotu ± 0,30 µm. Za účelem dosažení ještě nižší chyby interpolace a ještě vyšší stability signálu lze analogovou verzi RGH45 připojit k rozhraní REE, vybaveným automatickým řízením zesílení (AGC) a automatickým řízením odchylky (AOC), které pracují při všech rychlostech.

Čtecí hlava RGH45 je vybavena nastavovací LED diodou, která se po dosažení optimální polohy hlavy rozsvítí zeleně. S touto čtecí hlavou se dodává referenční značka a duální koncový spínač. Referenční značka zajišťuje opakovatelnou výchozí či nulovou polohu, zatímco koncové spínače se používají jako indikátory krajní polohy.

SiGNUM™

Infračervená LED dioda osvětluje stupnici obsahující světlé a tmavé čáry. Čtecí hlava SiGNUM je vybavena unikátní filtrační optikou Renishaw, která snímá odrazy od mnoha dílků stupnice, odražený signál průměruje a účinně odfiltruje nepravidelné prvky, jako jsou nečistoty. Odraz od stupnice nominálně s obdélníkovým průběhem vlny je také filtrován, aby na detektoru vzniklo čisté pole sinusových interferenčních proužků. Zde je použita víceprstová struktura, která je dostatečně jemná na to, aby vytvořila fotoelektrický proud ve formě čtyř symetricky fázovaných signálů. Jejich kombinací jsou odstraněny stejnosměrné složky a vytvořeny výstupní sinusové a kosinusové signály s vysokou spektrální čistotou a nízkou odchylkou při zachování šířky pásma nad 500 kHz.

Dynamická úprava signálu, zahrnující funkce Automatické řízení zesílení (AGC), Automatické řízení odchylky (AOC) a Automatické řízení rovnováhy (ABC), je použita uvnitř interface Si ke generování výjimečně věrných přírůstkových signálů. Výsledkem je chyba interpolace (SDE) typicky <±30 nm, tj. 0,15 % rozteče stupnice. Interpolaci zajišťuje algoritmus CORDIC, který je součástí interface SiGNUM Si.

Optické schéma SiGNUM™ s poznámkami

Referenční značka IN-TRAC je začleněna do přírůstkové stupnice a je detekována děleným fotodetektorem uvnitř čtecí hlavy. Je získán výstup referenční značky, který je oboustranně opakovatelný v rozsahu jednotky rozlišení při všech rychlostech. Toto jedinečné uspořádání rovněž těží ze standardního programu automatické kalibrace, který elektronicky fázuje referenční značku a optimalizuje přírůstkové signály.