Így működnek a Renishaw optikai útmérők

Tokozott abszolút útmérők

Nyitott abszolút útmérők

Nyitott inkrementális útmérők

FORTiS™

Hogyan épülnek fel a Renishaw tokozott optikai útmérői?

A tokozott optikai útmérők az útmérő elektronikája és optikája számára egy zárt egységben biztosítanak helyet, amely az olvasófej házához kapcsolódik. A zárt optikai egységet és az útmérő skáláját ráadásul egy zárt ház is védi. Ez a kialakítás rendkívüli ellenállóságot biztosít a szennyeződést okozó folyadékok és szilárd anyagdarabok bejutásával szemben.

A tokozott lineáris útmérő egy extrudált házzal van felszerelve, melyet hosszanti irányban csatlakoztatott, egymásba kapcsolódó fésűs tömítésekkel és tömített zárósapkákkal láttak el. Az olvasófej testét egy penge köti össze a zárt optikai egységgel, mely a fésűs tömítéseken át mozog az útmérő hossza mentén.

A FORTiS™ tokozott útmérők optikai vázlata

RESOLUTE™

A RESOLUTE tisztán soros formátumban végez kétirányú kommunikációt, melyhez különféle levédett és nyílt szabványoknak megfelelő iparági protokollokat használ.

A RESOLUTE™ útmérő optikai vázlata megjegyzésekkel

Kezdődik a folyamat...

A vezérlő a művelet elindításához kérést küld az olvasófejhez, ezzel utasítva azt, hogy azonnal rögzítse az abszolút helyzetet a lineáris vagy forgó skálán. A fej a nagy teljesítményű LED fényforrás felvillantásával reagál, megvilágítva a skálát. A felvillanás időtartama nem hosszabb 100 ns-nél, hogy a mozgó tengelyeken rögzített képek elmosódása minimális legyen. Időzítését az elektronika döntően néhány nanoszekundumon belüli értékre szabályozza be, hogy a kért és a jelentett pozíció közötti kapcsolat megmaradjon, ami az egyik olyan lényeges jellemző, amelynek révén a RESOLUTE ideálisan használható a nagyon komoly műszaki jellemzőkkel bíró mozgatórendszerekhez.

Egypályás skála

A skála lényegében teljes szélességű, egymáshoz képes kontrasztos színű vonalak alkotta pálya, amely 30 µm-es névleges osztáson alapul. Annak köszönhetően, hogy nincsen több párhuzamos pálya, a rendszer nem érzékeny a merőleges tengelyhez képesti szögeltérésekre, és sokkal nagyobb oldalirányú tűrés lehet a fej helyzetében.

Képalkotás

A skálát a rendszer a torzulást minimalizáló aszferikus lencsén át képezi le egy egyedi detektorsorra, amely kifejezetten a RESOLUTE-hoz készült. A megtört megvilágítási útvonallal, de közvetlen képalkotással jellemezhető optikai kialakítás rendkívül kompakt, mégis stabil, így biztosítja a kiváló méréstechnikai jellemzőkhöz elengedhetetlen képminőséget.

Adatok dekódolása és elemzése

Miután a detektor rögzítette, a kép egy analóg-digitális átalakítón (ADC) keresztül átvitelre kerül egy nagy teljesítményű digitális jelfeldolgozóhoz (DSP). Ezt követően speciálisan kifejlesztett algoritmusok állapítanak meg egy valós abszolút, de viszonylag elnagyolt pozíciót a skálába ágyazott kódból. A folyamat ellenőrzésre kerül, a DSP további algoritmusai pedig korrekciókat végeznek el, kiaknázva a skálakódban lévő redundanciát és szándékos korlátozásokat. Eközben más rutinok egy nagyon nagy felbontású finom pozíciót számítanak ki, amely ezután az elnagyoltan megállapított helyzettel kombinálva valóban abszolút és nagyon nagy felbontású helyzetinformációt biztosít.

Végső ellenőrzések és adatkibocsátás

A végső hibaellenőrzések után az információ a megfelelő protokollban tiszta soros programszóként kerül feltöltésre a vezérlőre, ami 1 nm-en belüli helyzetet jelöl. Az elektromos zaj okozta zavarok elleni védelmet a ciklikus redundancia-ellenőrzés (CRC) hozzáadása biztosítja. A teljes folyamat nem tart tovább néhány mikroszekundumnál, és másodpercenként akár 25 000-szer is megismételhető. Különféle technikákkal – ideértve a fényvillanás időtartamának a tengely sebességéhez történő hozzáigazítását is – ez a teljesítmény akár 100 m/s-es sebességnél is elérhető, miközben – és igazán ez a lényeg – kisebb működési sebesség mellett pedig rendkívül alacsony helyzeti remegés tartható fenn.

Az eredmény pedig...

Egy bőséges telepítési tűréssel rendelkező útmérő: A RESOLUTE ±0,5°-os merőleges tengelyhez és vízszintes síkhoz képesti szögeltérést és hossztengely mentén történő elforgást, valamint igencsak figyelemre méltó, ±150 µm-es magassági eltérést tesz lehetővé. Mindeközben a nagy területet lefedő optika és a fejlett hibakorrekciós eljárások kitűnő védettséget nyújtanak az optikai szennyeződések – mind a szemcsék, mind a zsírfoltok – ellen. Mindezt úgy, hogy a rendszer mindvégig 1 nm-es felbontást biztosít 100 m/s mellett: A legkeményebb abszolút kihívásra a RESOLUTE a válasz.

EVOLUTE™

Az EVOLUTE tisztán soros formátumban végez kétirányú kommunikációt, melyhez különféle levédett és nyílt szabványoknak megfelelő iparági protokollokat használ.

Az EVOLUTE™ útmérő optikai vázlata megjegyzésekkel

Kezdődik a folyamat...

A vezérlő a művelet elindításához kérést küld az olvasófejhez, ezzel utasítva azt, hogy azonnal rögzítse az abszolút helyzetet a lineáris skálán. A fej a nagy teljesítményű LED fényforrás felvillantásával reagál, megvilágítva a skálát. A felvillanás időtartama nem hosszabb 100 ns-nél, hogy a mozgó tengelyeken rögzített képek elmosódása minimális legyen. Időzítését az elektronika döntően néhány nanoszekundumon belüli értékre szabályozza be, hogy a kért és a jelentett pozíció közötti kapcsolat megmaradjon, amelynek révén az EVOLUTE ideálisan használható a nagyon komoly műszaki jellemzőkkel bíró mozgatórendszerekhez.

Egypályás skála

A skála lényegében teljes szélességű, egymáshoz képes kontrasztos színű vonalak alkotta pálya, amely 50 µm-es névleges osztáson alapul. Annak köszönhetően, hogy nincsen több párhuzamos pálya, a rendszer nem érzékeny a merőleges tengelyhez képesti szögeltérésekre, és nagyobb oldalirányú tűrés lehet a fej helyzetében.

Képalkotás

A skálát a rendszer a torzulást minimalizáló aszferikus lencsén át képezi le egy egyedi detektorsorra. A megtört megvilágítási útvonallal, de közvetlen képalkotással jellemezhető optikai kialakítás rendkívül kompakt, mégis stabil, így biztosítja a kiváló méréstechnikai jellemzőkhöz elengedhetetlen képminőséget.

Adatok dekódolása és elemzése

Miután a detektor rögzítette, a kép egy analóg-digitális átalakítón keresztül átvitelre kerül egy nagy teljesítményű digitális jelfeldolgozóhoz (DSP). Ezt követően speciálisan kifejlesztett algoritmusok állapítanak meg egy valós abszolút, de viszonylag elnagyolt pozíciót a skálába ágyazott kódból. A folyamat ellenőrzésre kerül, a DSP további algoritmusai pedig korrekciókat végeznek el, kiaknázva a skálakódban lévő redundanciát és szándékos korlátozásokat. Eközben más rutinok egy nagyon nagy felbontású finom pozíciót számítanak ki, amely ezután az elnagyoltan megállapított helyzettel kombinálva valóban abszolút és nagyon nagy felbontású helyzetinformációt biztosít.

Végső ellenőrzések és adatkibocsátás

A végső hibaellenőrzések után a pozícióinformáció a megfelelő protokollban tiszta soros programszóként kerül feltöltésre. Az elektromos zaj okozta zavarok elleni védelmet a ciklikus redundancia-ellenőrzés (CRC) hozzáadása biztosítja. A teljes folyamat nem tart tovább néhány mikroszekundumnál, és másodpercenként akár 25 000-szer is megismételhető. Különféle technikákkal – ideértve a fényvillanás időtartamának a tengely sebességéhez történő hozzáigazítását is – ez a teljesítmény akár 100 m/s-es sebességnél is elérhető, miközben kisebb működési sebesség mellett pedig rendkívül alacsony helyzeti remegés tartható fenn.

Az eredmény pedig...

Az EVOLUTE nagyvonalú telepítési tűréshatárokkal rendelkezik: ±0,75°-os merőleges tengelyhez, valamint ±0,5°-os vízszintes síkhoz képesti szögeltérést és hossztengely mentén történő elforgást, valamint igencsak figyelemre méltó, ±250 µm-es magassági eltérést tesz lehetővé. Mindeközben a nagy területet lefedő optika és a fejlett hibakorrekciós eljárások kitűnő védettséget nyújtanak az optikai szennyeződések – mind a szemcsék, mind a zsírfoltok – ellen, miközben 100 m/s-ig biztosítják az 50 nm-es felbontást.

QUANTiC™

A QUANTiC útmérők egyedülálló, harmadik generációs Renishaw szűrőoptikája átlagolja a skála különféle szakaszain leolvasott eredményeket, és hatékonyan kiszűri az olyan, tévesen szakasznak vélhető jellemzőket, mint például a szennyeződés. A névlegesen négyszöghullámú skálamintázat szintén szűrésre kerül, hogy a detektor kizárólag szinuszos jellegű átmenetet érzékeljen. Itt egy összetett optikai rekesz kerül alkalmazásra, amely elegendően finom ahhoz, hogy fényáramokat hozhasson létre négy szimmetrikusan eltolt jel formájában. Ezek ötvözése révén a DC komponensek eltávolíthatók, és nagy spektrális tisztaságú és alacsony eltolású szinusz és koszinusz kimeneti jelek generálhatók, akár tartósan 500 kHz feletti sávszélesség mellett.

A teljesen integrált, korszerű, dinamikus jelkondicionálás az automatikus erősítés-, automatikus kiegyenlítés- és automatikus eltolásszabályozással rendkívül alacsony (jellemzően < ±80 nm kis méretű forgó rendszereknél, < ±150 nm nagy méretű forgó rendszereknél, illetve < ±80 nm lineáris rendszereknél) osztás alatti hibát (SDE) biztosít.

A szűrőoptika ezen generációja a gondosan tervezett elektronikával ötvözve nagy sávszélességű inkrementális jeleket biztosít, amelyekkel 8800 ford./perc legnagyobb fordulatszám (forgó rendszereknél), ill. 24 m/s legnagyobb sebesség (lineáris rendszereknél) érhető el, miközben a helyzeti remegés (zaj) értéke a kategória útmérői között a legalacsonyabb. Az interpoláció az olvasófejben történik, amelyet a finom felbontású változatok kiegészítő zajcsökkentő elektronikával fokoznak tovább, egészen akár 2,73 nm-re csökkentve az RMS remegés mértékét.

A TONiC™ optikai vázlata megjegyzésekkel

Az IN-TRAC referenciajel teljesen integrálva van az inkrementális skálába, és az olvasófejen belüli fénydetektor érzékeli. Ez az egyedülálló rendszer egy automatikus kalibrációs rutin előnyeit is kihasználja, amely elektronikusan fázisokra bontja a referenciajelet, és optimalizálja az inkrementális jeleket.

TONiC™

A TONiC egyedülálló, harmadik generációs Renishaw szűrőoptikája átlagolja a skála különféle szakaszain leolvasott eredményeket, és hatékonyan kiszűri az olyan, tévesen szakasznak vélhető jellemzőket, mint például a szennyeződés. A névlegesen négyszöghullámú skálamintázat szintén szűrésre kerül, hogy a detektor kizárólag szinuszos jellegű átmenetet érzékeljen. Itt egy összetett optikai rekesz kerül alkalmazásra, amely elegendően finom ahhoz, hogy fényáramokat hozhasson létre négy szimmetrikusan eltolt jel formájában. Ezek ötvözése révén a DC komponensek eltávolíthatók, és nagy spektrális tisztaságú és alacsony eltolású szinusz és koszinusz kimeneti jelek generálhatók, akár tartósan 500 kHz feletti sávszélesség mellett.

A teljesen integrált, korszerű, dinamikus jelkondicionálás, az automatikus erősítés, automatikus kiegyenlítés és automatikus eltolásszabályozás együttesen rendkívül alacsony, jellemzően < ±30 nm-es osztás alatti hibát (SDE) biztosít.

A szűrőoptika ezen generációja a gondosan megválasztott elektronikával ötvözve nagy sávszélességű inkrementális jeleket biztosít, amelyekkel 10 m/s legnagyobb sebesség érhető el, miközben a helyzeti remegés (jitter, zaj) értéke a kategória útmérői között a legkedvezőbb. Az interpoláció a TONiC interfészen belül CORDIC algoritmussal történik, amelyet a finom felbontású változatok kiegészítő zajcsökkentő elektronikával fokoznak tovább, mindössze 0,5 nm-nyi RMS remegés eléréséig.

A TONiC™ optikai vázlata megjegyzésekkel

Az IN-TRAC referenciajel teljesen integrálva van az inkrementális skálába, és az olvasófejen belüli osztott fénydetektor érzékeli. Amint az ábrán is látható, az osztott referenciajel-érzékelő közvetlenül az inkrementális csatorna lineáris fotodióda-sorának közepébe van beágyazva, így kevésbé érzékeny a szögelfordulás fáziseltolódására. Így olyan kimeneti referenciajel nyerhető, amelyet minden sebesség mellett két irányban a felbontás egységének megfelelő ismétlési pontosság jellemez. Ez az egyedülálló rendszer egy az automatikus kalibrációs rutin előnyeit is kihasználja, mely elektronikusan fázisokra bontja a referenciajelet, és optimalizálja a dinamikus jelkondicionálást

VIONiC™

A VIONiC útmérő egyedülálló, harmadik generációs Renishaw szűrőoptikája átlagolja a skála különféle szakaszain leolvasott eredményeket, és hatékonyan kiszűri az olyan, tévesen szakasznak vélhető jellemzőket, mint például a szennyeződés. A névlegesen négyszöghullámú skálamintázat szintén szűrésre kerül, hogy a detektor kizárólag szinuszos jellegű átmenetet érzékeljen. Itt egy összetett optikai rekesz kerül alkalmazásra, amely elegendően finom ahhoz, hogy fényáramokat hozhasson létre négy szimmetrikusan eltolt jel formájában. Ezek ötvözése révén a DC komponensek eltávolíthatók, és nagy spektrális tisztaságú és alacsony eltolású szinusz és koszinusz kimeneti jelek generálhatók, akár tartósan 500 kHz feletti sávszélesség mellett.

A teljesen integrált, korszerű, dinamikus jelkondicionálás, az automatikus erősítés, automatikus kiegyenlítés és automatikus eltolásszabályozás együttesen rendkívül alacsony, jellemzően < ±15 nm-es osztás alatti hibát (SDE) biztosít.

A szűrőoptika ezen generációja a gondosan megválasztott elektronikával ötvözve nagy sávszélességű inkrementális jeleket biztosít, amelyekkel 12 m/s legnagyobb sebesség érhető el, miközben a helyzeti remegés (jitter, zaj) értéke a kategória útmérői között a legkedvezőbb. Az interpoláció az olvasófejben történik, amelyet a finom felbontású változatok kiegészítő zajcsökkentő elektronikával fokoznak tovább, mindössze 1,6 nm-nyi RMS remegés eléréséig.

A TONiC™ optikai vázlata megjegyzésekkel

Az IN-TRAC™ referenciajel teljesen integrálva van az inkrementális skálába, és az olvasófejen belüli osztott fénydetektor érzékeli. Amint az ábrán is látható, az osztott referenciajel-érzékelő közvetlenül az inkrementális csatorna lineáris fotodióda-sorának közepébe van beágyazva, így kevésbé érzékeny a szögelfordulás fáziseltolódására. Ez az egyedülálló rendszer egy automatikus kalibrációs rutin előnyeit is kihasználja, amely elektronikusan fázisokra bontja a referenciajelet, és optimalizálja az inkrementális jeleket.

ATOM DX™

Az ATOM DX útmérőkben azt a már bevált szűrőoptikát használjuk, melyet a Renishaw inkrementális útmérőiben, például a TONiC vagy a VIONiC készülékekben is alkalmazunk. Az ATOM DX olvasófejekben nem kollimált LED-es fényforrás helyezkedik el az inkrementális és a referenciajel-érzékelők között középen. Ez a nagy divergenciájú LED alacsony profilmagasságot tesz lehetővé, a skálára vetülő fényköre pedig jóval nagyobb, mint maga a LED, ezáltal az inkrementális és a referenciajel-területeket is képes megvilágítani. Az inkoherens LED nagy harmonikus tisztaságú jelet állít elő, ezáltal magas felbontású interpolációt tesz lehetővé. A hatékony fotometriai rendszer szintén alacsony remegésű kimenő jelet állít elő. A szűrőoptika jelentős előnye, hogy az ATOM DX egység nem generál mérési hibákat a skála egyenetlenségei és szennyeződései miatt.


A teljesen integrált, korszerű, dinamikus jelkondicionálási módszerek, mint az automatikus erősítésszabályozás, az automatikus kiegyenlítésszabályozás és az automatikus eltolásszabályozás együttesen rendkívül alacsony, jellemzően < ±15 nm osztás alatti hibát (SDE) biztosítanak.


A szűrőoptika a gondosan megválasztott elektronikával ötvözve nagy sávszélességű inkrementális pozíció-visszacsatolási jeleket generál, amelyekkel 12 m/s maximális sebesség érhető el, miközben a helyzeti remegés (jitter, zaj) értéke a kategória útmérői között a legkedvezőbb. A digitális jelinterpoláció az olvasófejben történik, ahol a finom felbontású változatokat a zajcsökkentő elektronika még tovább javítja, mindössze 1,6 nm-re csökkentve az RMS remegés mértékét.


Az ATOM DX útmérősorozat a szennyeződéssel szembeni megfelelő védettség érdekében nagyméretű, egyfunkciós, az útmérőpályán kívül elhelyezkedő optikai referenciajelet használ. A referenciajel fázisbeállítása a QUANTiC™ és a VIONiC™ útmérősorozatban is használt egyszerű, intuitív automatikus kalibrációs rutinnal történik.

Az ATOM™ optikai vázlata megjegyzésekkel

ATOM™

Az ATOM az inkrementális érzékelő és a referenciajel-érzékelő között középen elhelyezkedő, nem kollimált LED-et használ. Ez a nagy divergenciájú LED alacsony profilmagasságot tesz lehetővé, a skálára vetülő fényköre pedig jóval nagyobb, mint maga a LED, ezáltal az inkrementális és referenciajel-területeket is képes megvilágítani.

Az ATOM ugyanazt a szűrőoptika-rendszert alkalmazza, mint a Renishaw összes inkrementális útmérője. Az inkoherens LED nagy harmonikus tisztaságú jelet állít elő, ezáltal magas felbontású interpolációt tesz lehetővé. A hatékony fotometriai rendszer szintén alacsony remegésű jelet állít elő. A szűrőoptika további előnye, hogy az ATOM egység nem generál mérési hibákat a skála szennyeződései és egyenetlenségei miatt.

A szennyeződéssel szembeni megfelelő védettség érdekében az ATOM nagyméretű, egyfunkciós, az útmérőpályán kívül elhelyezkedő optikai referenciajelet használ. A referenciajel fázisállítási művelete ugyanolyan egyszerűen végezhető, mint a TONiC típus esetében.

Az ATOM™ optikai vázlata megjegyzésekkel