Hur Renishaws optiska pulsgivare fungerar
Kapslade absoluta pulsgivare
Öppna absoluta pulsgivare
Öppna inkrementella pulsgivare
FORTiS™
Vad är en kapslad optisk pulsgivare från Renishaw?
I en kapslad optisk pulsgivare finns pulsgivarens elektronik och optik i en inkapslad enhet som är fäst vid läshuvudets hölje. Både den inkapslade optiska enheten och pulsgivarens skala är skyddade i ett inkapslat hölje. Denna design ger hög tålighet mot inträngning av vätskor och solitt skräp.
Den kapslade linjära pulsgivaren har ett utrymme med längsgående tätningar och inkapslade ändhylsor. Läshuvudets hölje är fäst vid en inkapslad optisk enhet med ett blad, som rör sig genom tätningarna längs pulsgivarens längd.
RESOLUTE™
RESOLUTE kommunicerar dubbelriktat i ett rent seriellt format, med olika protokoll av industristandard, både märkesskyddade och med öppen standard.
Processen startar...
Styrenheten startar driften genom att skicka en meddelandebegäran till läshuvudet, vilket instruerar det att omedelbart hämta in den absoluta positionen på den linjära eller roterande skalan. Huvudet svarar genom att lysa med en lysdiodkälla med hög effekt för att belysa skalan. Belysningen är så kort som 100 ns för att minimera oskärpa i bilden med axlar som rör sig. Det är viktigt att dess timing styrs inom några nanosekunder för att bevara förhållandet mellan den efterfrågade och den rapporterade positionen, vilket är en av de kritiskt viktiga funktioner som gör RESOLUTE idealiskt lämpad för rörelsesystem med höga specifikationer.
Skala med ett spår
Skalan är i princip ett enda spår med kontrasterande linjer med full bredd, baserat på en nominell period på 30 µm. Avsaknaden av flera parallella spår ger viktig immunitet från lutningsfel och mycket större sidotolerans för huvudets position.
Bildinhämtning
Skalan avbildas, via en icke-sfärisk lins som också minimerar förvrängningar, på en specialanpassad detektorenhet konstruerad speciellt för RESOLUTE. Det optiska arrangemanget, med en böjd belysningsväg men direkt avbildning, är mycket kompakt men ändå stabil. Detta säkerställer den kvalitet som är nödvändig för noggrann mätning.
Dataavkodning och analys
När den fångats in av detektorn överförs bilden via en analog-till-digital omvandlare (ADC) till en kraftfull digital signalprocessor (DSP). Speciellt utvecklade algoritmer erhåller sedan en faktisk-absolut, men relativt grov, position från den kod som är inbäddad i skalan. Denna process kontrolleras, och korrektioner utförs av ytterligare algoritmer i DSP:n, vilka utnyttjar redundans och avsiktliga restriktioner i skalans kod. Samtidigt beräknar andra rutiner en noggrann position med mycket hög upplösning, vilken sedan kombineras med den grova positionen för att ge en faktisk-absolut position med mycket hög upplösning.
Slutliga kontroller och datautmatning.
Efter de slutliga felkontrollprocedurerna överförs denna information med lämpligt protokoll till styrenheten som ett rent seriellt ord som representerar positionen till inom 1 nm. Skydd mot elektriska störningar tillhandahålls genom att en CRC (Cyclic Redundancy Check) läggs till. Hela processen kan ta så lite tid som några mikrosekunder och upprepas upp till 25 000 gånger per sekund. Genom många olika tekniker, inklusive justering av ljusets tidsperiod till axelhastigheten, uppnås denna prestanda vid upp till 100 m/s medan det kritiskt viktiga, extremt låga positionsjittret upprätthålls vid lägre drifthastigheter.
Och resultatet är...
En pulsgivare med generös installationstolerans: RESOLUTE möjliggör ±0,5° tippning, lutning och rullning och imponerande ±150 µm frigång. Samtidigt ger det generösa optiska utrymmeskravet och avancerade felkorrigeringsprocedurer utmärkt immunitet mot optisk förorening, både partiklar och kladdiga fläckar. Allt detta medan upplösningen på 1 nm vid 100 m/s upprätthålls: RESOLUTE är svaret på den tuffaste absoluta utmaningen.
EVOLUTE™
EVOLUTE-pulsgivaren kommunicerar dubbelriktat i ett rent seriellt format, med olika protokoll av industristandard, både märkesskyddade och med öppen standard.
Processen startar...
Styrenheten startar driften genom att skicka en meddelandebegäran till läshuvudet, vilket instruerar det att omedelbart hämta in den absoluta positionen på den linjära skalan. Huvudet svarar genom att lysa med en lysdiodkälla med hög effekt för att belysa skalan. Belysningen är så kort som 100 ns för att minimera oskärpa i bilden med axlar som rör sig. Det är viktigt att dess timing styrs inom några nanosekunder för att bevara förhållandet mellan den efterfrågade och den rapporterade positionen, vilket gör EVOLUTE-serien idealiskt lämpad för rörelsesystem med höga specifikationer.
Skala med ett spår
Skalan är i princip ett enda spår med kontrasterande linjer med full bredd, baserat på en nominell period på 50 µm. Avsaknaden av flera parallella spår ger viktig immunitet från lutningsfel och större sidotolerans för huvudets position.
Bildinhämtning
Skalan avbildas, via en icke-sfärisk lins som också minimerar förvrängningar, på en specialanpassad detektorenhet. Det optiska arrangemanget, med en böjd belysningsväg men direkt avbildning, är mycket kompakt men ändå stabil. Detta säkerställer den kvalitet som är nödvändig för noggrann mätning.
Dataavkodning och analys
När den fångats in av detektorn överförs bilden via en analog-till-digital omvandlare till en kraftfull digital signalprocessor (DSP). Speciellt utvecklade algoritmer erhåller sedan en faktisk-absolut, men relativt grov, position från den kod som är inbäddad i skalan. Denna process kontrolleras, och korrektioner utförs av ytterligare algoritmer i DSP:n, vilka utnyttjar redundans och avsiktliga restriktioner i skalans kod. Samtidigt beräknar andra rutiner en noggrann position med mycket hög upplösning, vilken sedan kombineras med den grova positionen för att ge en faktisk-absolut position med mycket hög upplösning.
Slutliga kontroller och datautmatning.
Efter de slutliga felkontrollprocedurerna överförs positionsinformation med lämpligt protokoll till styrenheten som ett rent seriellt ord. Skydd mot elektriska störningar tillhandahålls genom att en CRC (Cyclic Redundancy Check) läggs till. Hela processen kan ta så lite tid som några mikrosekunder och upprepas upp till 25 000 gånger per sekund. Genom många olika tekniker, inklusive justering av ljusets tidsperiod till axelhastigheten, kan denna prestanda uppnås vid upp till 100 m/s medan det extremt låga positionsjittret upprätthålls vid lägre drifthastigheter.
Och resultatet är...
EVOLUTE-pulsgivaren har generösa installationstoleranser på ±0,75° in tippning, och ±0,5° i lutning och rullning, tillsammans med en imponerande frigång på ±250 µm. Samtidigt ger det generösa optiska utrymmeskravet och avancerade felkorrigeringsprocedurer utmärkt tålighet mot optisk förorening, inklusive både partiklar och fettfläckar, medan en upplösning på 50 nm upprätthålls vid upp till 100 m/s.
QUANTiC™
QUANTiC-pulsgivare är utrustade med den tredje generationen av Renishaws unika filtreringsoptik, som tar medelvärdet av många skalperioder och filtrerar effektivt bort icke-periodiska funktioner såsom smuts. Skalans signal är normalt en fyrkantvåg som också filtreras vilket ger ett rent sinusformat mönster vid detektorn. Här används flera fingerstrukturer, tillräckligt fint för att generera fotoströmmar i form av fyra symmetriskt fasade signaler. Dessa kombineras i syfte att få bort likströmskomponenter och generera sinus- och cosinusformade utsignaler med hög spektral renhet och låg förskjutning, samtidigt som bandbredden hålls över 500 kHz.
Helt integrerad avancerad dynamisk signalbehandling, inklusive kontroller för Auto Gain, Auto Balance och Auto Offset, säkerställer ett extremt lågt SDE (Sub-Divisional Error) på normalt < ±80 nm för små roterande system, normalt < ±150 nm för stora roterande system och < ±80 nm för linjära system.
Denna utveckling av filtreringsoptik, kombinerat med noggrant designad elektronik, ger inkrementella signaler med hög bandbredd som uppnår en maximal hastighet på 8 800 rpm för roterande system, 24 m/s för linjära system med den lägsta nivån av jitter (brus) bland alla pulsgivare i klassen. Interpolering utförs inom läshuvudet, med högupplösta versioner som förstärks ytterligare med ytterligare brusreducerande elektronik för att uppnå jitter ner till 2,73 nm RMS.
IN-TRAC-referensmarkeringen är helt integrerad i den inkrementella skalan och detekteras av en fotodetektor inom läshuvudet. Detta unika utförande drar också fördel av en automatisk kalibreringsrutin som elektroniskt fasar in referensmarkeringen och optimerar de inkrementella signalerna.
TONiC™
TONiC är utrustad med den tredje generationen av Renishaws unika filtreringsoptik, som tar medelvärdet av många skalperioder och filtrerar effektivt bort icke-periodiska funktioner såsom smuts. Skalans signal är normalt en fyrkantvåg som också filtreras vilket ger ett rent sinusformat mönster vid detektorn. Här används flera fingerstrukturer, tillräckligt fint för att generera fotoströmmar i form av fyra symmetriskt fasade signaler. Dessa kombineras i syfte att få bort likströmskomponenter och generera sinus- och cosinusformade utsignaler med hög spektral renhet och låg förskjutning, samtidigt som bandbredden hålls över 500 kHz.
Helt integrerad avancerad dynamisk signalbehandling och kontroller för Auto Gain, Auto Balance och Auto Offset kombineras för att säkerställa ett extremt lågt SDE (Sub- Divisional Error) på normalt < ±30 nm.
Denna utveckling av filtreringsoptik, kombinerat med noga utvald elektronik, ger inkrementella signaler med hög bandbredd som uppnår en maximal hastighet på 10 m/s med den lägsta nivån av jitter (brus) bland alla pulsgivare i klassen. Interpolering utförs med en CORDIC-algoritm inom TONiC Ti-gränssnittet, med högupplösta versioner som förstärks ännu mer med ytterligare brusreducerande elektronik för att uppnå jitter på bara 0,5 nm RMS.
IN-TRAC-referensmarkeringen är helt integrerad i den inkrementella skalan och detekteras av en delad fotodetektor inom läshuvudet. Som diagrammet visar är den delade detektorn för referensmarkeringar inbäddad direkt i centrum av den inkrementella kanalens linjära fotodiodenhet vilket ger större skydd mot lutningsavfasning. Detta ger en output för referensmarkering som är dubbelriktat repeterbar till enheten för upplösningen vid alla hastigheter. Detta unika utförande drar också fördel av en automatisk kalibreringsrutin som elektroniskt fasar in referensmarkeringen och optimerar den dynamiska signalbehandlingen.
VIONiC™
VIONiC-pulsgivaren är utrustad med den tredje generationen av Renishaws unika filtreringsoptik, som tar medelvärdet av många skalperioder och effektivt filtrerar bort icke-periodiska funktioner såsom smuts. Skalans signal är normalt en fyrkantvåg som också filtreras vilket ger ett rent sinusformat mönster vid detektorn. Här används flera fingerstrukturer, tillräckligt fint för att generera fotoströmmar i form av fyra symmetriskt fasade signaler. Dessa kombineras i syfte att få bort likströmskomponenter och generera sinus- och cosinusformade utsignaler med hög spektral renhet och låg förskjutning, samtidigt som bandbredden hålls över 500 kHz.
Helt integrerad avancerad dynamisk signalbehandling och kontroller för Auto Gain, Auto Balance och Auto Offset kombineras för att säkerställa ett extremt lågt SDE (Sub- Divisional Error) på normalt < ±15 nm.
Denna utveckling av filtreringsoptik, kombinerat med noga utvald elektronik, ger inkrementella signaler med hög bandbredd som uppnår en maximal hastighet på 12 m/s med den lägsta nivån av jitter (brus) bland alla pulsgivare i klassen. Interpolering utförs inom läshuvudet, med högupplösta versioner som förstärks ytterligare med ytterligare brusreducerande elektronik för att uppnå jitter på bara 1,6 nm RMS.
IN-TRAC™-referensmarkeringen är helt integrerad i den inkrementella skalan och detekteras av en delad fotodetektor inom läshuvudet. Som diagrammet visar är den delade detektorn för referensmarkeringar inbäddad direkt i centrum av den inkrementella kanalens linjära fotodiodenhet vilket ger större skydd mot lutningsavfasning. Detta unika utförande drar också fördel av en automatisk kalibreringsrutin som elektroniskt fasar in referensmarkeringen och optimerar de inkrementella signalerna.
ATOM DX™
Pulsgivaren ATOM DX använder den beprövade filtreringsoptik som används i Renishaws inkrementella pulsgivare som exempelvis TONiC och VIONiC. ATOM DX-läshuvuden har en ej kollimerad LED-ljuskälla placerad centralt mellan den inkrementella och referensmarkeringssensorn: denna lysdiod med hög spridning ger en låg profilhöjd med ett utrymme på skalan som är mycket större än lysdioden, vilket möjliggör belysning av det inkrementella och referensmarkeringsområdet. Den ej sammanhållna lysdioden skapar en signal med hög harmonisk renhet vilket möjliggör interpolering med hög upplösning. Effektiv fotometri skapar också en utsignal med lågt jitter. En stor fördel med denna filtreringsoptik är att ATOM DX inte skapar mätfel på grund av föroreningar på eller ojämnheter i skalan.
Helt integrerade avancerade dynamiska signalbehandlingsmetoder, inklusive Auto Gain Control, Auto Balance Control och Auto Offset Control kombineras för att säkerställa ett extremt lågt SDE (Sub-Divisional Error) på normalt < ±15 nm.
Kombinationen av filtreringsoptik och noga utvald elektronik skapar inkrementella positionsfeedback-signaler med hög bandbredd som uppnår en maximal hastighet på 12 m/s med den lägsta nivån av positionsjitter (brus) bland alla pulsgivare i klassen. Digital signalinterpolering skapas inom läshuvudet, med högupplösta versioner som förstärks ytterligare med extra brusreducerande elektronik för att uppnå jitter på bara 1,6 nm RMS.
Pulsgivarserien ATOM DX använder en enda stor optisk referensmarkering på sidan av spåret för hög immunitet mot föroreningar. Fasning av referensmarkeringen utförs med en enkel, intuitiv automatisk kalibreringsrutin, samma som används i pulsgivarserierna QUANTiC™ och VIONiC™.
ATOM™
ATOM använder en ej kollimerad lysdiod placerad centralt mellan de inkrementella sensorerna och referensmarkörerna. Denna lysdiod med hög spridning ger en låg profilhöjd med ett utrymme på skalan som är mycket större än lysdioden, vilket möjliggör belysning av de inkrementella sensorerna och referensmarkörerna.
ATOM använder samma princip för filtreringsoptik som används i alla Renishaws inkrementella pulsgivare. Den ej sammanhållna lysdioden skapar en signal med hög harmonisk renhet vilket möjliggör interpolering med hög upplösning. Effektiv fotometri skapar också en signal med lågt jitter. En ytterligare fördel med filtreringsoptiken är att ATOM inte skapar mätfel på grund av föroreningar på eller ojämnheter i skalan.
ATOM använder en enda stor optisk referensmarkering på sidan av spåret för hög immunitet mot föroreningar. Fasning av referensmarkeringen är en lika enkel åtgärd som med TONiC.