Принцип роботи оптичних енкодерів
Абсолютні енкодери
Інкрементні енкодери
Передача сигналів від енкодерів RESOLUTE здійснюється через двонаправлений послідовний інтерфейс з використанням ряду стандартних протоколів, як власних, так і відкритих.
Початок роботи
Контролер ініціює операцію шляхом відправки на зчитуючу голівку повідомлення із запитом даних про поточне абсолютне положення на лінійній або круговій шкалі. У відповідь на головці починає блимати потужне світлодіодне джерело, що висвітлює шкалу. Тривалість спалаху становить всього 100 нс з метою зведення до мінімуму розмиття зображення на осях, що переміщаються. Вирішальним фактором є те, що різниця в часі контролюється з точністю до кількох наносекунд, забезпечуючи зв'язок між даними положення у момент запиту та в момент реєстрації. Це одна з тих істотних ознак, які роблять енкодер RESOLUTE виключно придатним для використання в системах вимірювання переміщень з дуже високими характеристиками.
Шкала з однією доріжкою
Шкала є єдиною доріжкою з контрастними лініями по всій ширині шкали, з номінальним кроком 30 мкм. Відсутність декількох паралельних доріжок забезпечує захищеність від помилок, пов'язаних з нишпоренням, а також значно ширший поперечний допуск на положення головки.
Отримання зображення
Зображення шкали формується асферичною лінзою, що знижує дисторсію, на детекторній матриці, спеціально розробленої для енкодерів RESOLUTE. Така оптична схема, в якій оптичний шлях при освітленні є зламаним, а при формуванні зображення - прямим, виявляється винятково компактною і при цьому працює дуже стабільно, що гарантує високуточність відтворення, важливу для забезпечення високої якості вимірювань.
Декодування та аналіз даних
Після захоплення зображення детектором воно передається аналогово-цифровим перетворювачем (ADC) потужний процесор цифрової обробки сигналів (DSP). Потім за допомогою спеціально розроблених алгоритмів на основі коду, нанесеного на шкалу, набувають справжнє абсолютне, проте відносно грубе значення положення. Після цього виконується перевірка, і вводяться поправки за допомогою додаткових алгоритмів процесора DSP, в яких враховується надмірність і навмисно введені обмеження коду шкали. В інших підпрограмах виконується розрахунок «точного» положення з високою роздільною здатністю, і це значення поєднується з даними по «грубому» положенню, що дає в результаті справжнє абсолютне положення з дуже високою роздільною здатністю.
Кінцеві перевірки та виведення даних
Після виконання заключних процедур перевірки помилок інформація завантажується за відповідним протоколом контролер послідовно у вигляді чистого слова, що описує положення з точністю в межах 1 нм. Захист від електричних перешкод забезпечується контролем за допомогою надлишкового циклічного коду (Cyclic Redundancy Check – CRC). Весь цей процес займає лише кілька мікросекунд і може повторюватися до 25 000 разів на секунду. За допомогою різних прийомів, у тому числі регулювання тривалості спалаху з урахуванням швидкості руху осі, такі характеристики підтримуються на швидкостях до 100 м/с, і при цьому надзвичайно важливо зберігається виключно низький рівень тремтіння при позиціонуванні при нижчих робочих швидкостях. 8>
Підводячи підсумок.
Таким чином, ми маємо енкодер з широкими допусками до встановлення: Система RESOLUTE допускаєпохибка ±0,5° по куту нишпорення, тангажу і крену, а для відстані між шкалою і головкою, що зчитує, - цілих ±150 мкм. У той же час широка зона охоплення оптики та вдосконалені процедури корекції помилок забезпечують високу стійкість до оптичних перешкод, пов'язаних з плямами, що створюються сторонніми частинками або мастилом. При цьому зберігається роздільна здатність 1 нм при швидкості 100 м/с: RESOLUTE – ось відповідь на найскладніше завдання абсолютних вимірів.
Передача сигналів від енкодерів EVOLUTE здійснюється через двонаправлений послідовний інтерфейс з використанням ряду стандартних протоколів, як власних, так і відкритих.
Початок роботи
Контролер ініціює операцію шляхом відправки на зчитуючу голівку повідомлення із запитом даних про поточне абсолютне положення на лінійній шкалі. У відповідь на головці починає блимати потужне світлодіодне джерело, що висвітлює шкалу. Тривалість спалаху становить всього 100 нс з метою зведення до мінімуму розмиття зображення на осях, що переміщаються. Вирішальним фактором є те, що різниця в часі контролюється з точністю до кількох наносекунд, забезпечуючи зв'язок між даними положення у момент запиту та в момент реєстрації. Таке рішення робить енкодер EVOLUTE виключно придатним для використання в системах вимірювання переміщень із дуже високими характеристиками.
Шкала з однією доріжкою
Шкала є єдиною доріжкою з контрастними лініями по всій ширині шкали, з номінальним кроком 50 мкм. Відсутність декількох паралельних доріжок забезпечує захищеність від помилок, пов'язаних з нишпоренням, а також більш широкий поперечний допуск на положення головки.
Отримання зображення
Зображення шкалиформується асферичною лінзою, що знижує дисторсію, спеціальної детекторної матриці. Така оптична схема, в якій оптичний шлях при освітленні є зламаним, а при формуванні зображення - прямим, виявляється виключно компактною і при цьому працює дуже стабільно, що гарантує високу точність відтворення, таку важливу для забезпечення високої якості вимірювань.
Декодування та аналіз даних
Після захоплення зображення детектором воно передається аналогово-цифровим перетворювачем потужний процесор цифрової обробки сигналів (DSP). Потім за допомогою спеціально розроблених алгоритмів на основі коду, нанесеного на шкалу, набувають справжнє абсолютне, проте відносно грубе значення положення. Після цього виконується перевірка, і вводяться поправки за допомогою додаткових алгоритмів процесора DSP, в яких враховується надмірність і навмисно введені обмеження коду шкали. В інших підпрограмах виконується розрахунок «точного» положення з високою роздільною здатністю, і це значення поєднується з даними по «грубому» положенню, що дає в результаті справжнє абсолютне положення з дуже високою роздільною здатністю.
Кінцеві перевірки та виведення даних
Після виконання заключних процедур перевірки помилок інформація про положення завантажується за відповідним протоколом контролер послідовно у вигляді чистого слова. Захист від електричних перешкод забезпечується контролем за допомогою надлишкового циклічного коду (Cyclic Redundancy Check – CRC). Весь цей процес займає лише кілька мікросекунд і може повторюватися до 25 000 разів на секунду. За допомогою різних прийомів, зокрема регулювання тривалості спалаху з урахуванням швидкості руху осі, такі характеристики можуть досягатися на швидкостях до 100 м/с,і при цьому зберігається виключно низький рівень тремтіння при позиціонуванні при нижчих робочих швидкостях.
Підводячи підсумок.
Енкодер EVOLUTE має дуже широкі допуска при установці: ±0,75° по кутах ризику, ±0,5° по кутах тангажу, а у разі відстані між шкалою і зчитує головкою допуск становить вражаючі ±250 мкм. У той же час широка зона охоплення оптики та вдосконалені процедури корекції помилок забезпечують високу стійкість до оптичних перешкод, у тому числі пов'язаних з плямами, що створюються сторонніми частинками або мастилом, при збереженні роздільної здатності 50 нм на швидкості до 100 м/с.
В енкодерах VIONiC реалізована створена компанією Renishaw унікальна система фільтрації оптичного сигналу третього покоління, в якій виконується усереднення сигналів багатьох періодів шкали з ефективною фільтрацією аперіодичних сигналів, наприклад від забруднень. При цьому з номінально прямокутної періодичної структури решітки у площині детектора формується інтерференційна картина із суто синусоїдальним розподілом. У детекторі застосовується періодична структура, яка дозволяє отримувати фотоструми у формі чотирьох симетричних сигналів з постійною різницею фаз між ними. Потім виконується спільна обробка сигналів, щоб видалити постійні складові та отримати вихідні сигнали у формі синуса та косинуса з високою спектральною чистотою та малим зсувом, підтримуючи при цьому ширину смуги пропускання 500 кГц і більше.