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Funzionamento degli encoder

Encoder assoluti sigillati

Encoder assoluti aperti

Encoder incrementali aperti

FORTiS™

Informazioni sugli encoder ottici incapsulati Renishaw

Negli encoder ottici incapsulati l'elettronica e le ottiche sono alloggiate all'interno di un'unità sigillata che viene fissata al corpo del lettore. L'unità ottica e la riga dell'encoder vengono protette da una copertura sigillata. Questo design risulta molto efficace nel prevenire l'ingresso di contaminanti solidi e liquidi.

Gli encoder ottici incapsulati presentano un corpo estruso con guarnizioni collegate in senso longitudinale ed estremità sigillate. Il corpo del lettore è collegato all'unità ottica sigillata mediante una lama metallica attraversa tutta la lunghezza dell'encoder passando per le alette. Lo spostamento dell'asse lineare fa sì che il lettore e le ottiche scorrano sulla riga assoluta dell'encoder (fissata all'interno dell'alloggiamento), senza che vi sia alcun contatto meccanico.

La riga dell'encoder include un codice assoluto composto da linee a diverso contrasto su tutta la propria lunghezza che viene ripreso tramite una lente e proiettato sul rilevatore posto all'interno del lettore. Le misure di posizione lineare vengono prodotte in formato digitale e compatibile con tutti i più comuni protocolli di comunicazione seriale.

Schema ottico FORTiS™

RESOLUTE™

RESOLUTE comunica in modo bidirezionale, utilizzando un formato seriale ed una serie di protocolli standard, sia di tipo "aperto" che "proprietari".

Schema ottico di encoder RESOLUTE™ con note

Il processo ha inizio...

Il controllo avvia le operazioni inviando un messaggio di richiesta al lettore, con l'istruzione di acquisire immediatamente la posizione assoluta sulla riga lineare o rotativa. La testa risponde con l'accensione di un LED ad alto potenziale che illumina la riga. Il flash rimane acceso per appena 100 ns, per ridurre al minimo il rischio che lo spostamento dell'asse renda l'immagine "mossa" e sfocata. I tempi non superano i pochi nanosecondi e sono rigidamente controllati, per preservare la relazione fra la posizione richiesta e quella rilevata. Questo aspetto contribuisce a rendere RESOLUTE lo strumento ideale per sistemi di movimento con specifiche particolarmente elevate.

Riga a traccia singola

La riga è fondamentalmente composta da una singola traccia con linee a contrasto su tutta la larghezza, basate su un passo nominale di 30 μm. L'assenza di più righe parallele contribuisce a garantire l'immunità da errori di imbardata e da elevate tolleranze laterali nel posizionamento della testa.

Acquisizione di immagini

L'imaging della riga viene ottenuto tramite una lente sferica che riduce al minimo la distorsione e visualizzato su una serie di rilevatori progettati appositamente per RESOLUTE. La disposizione delle ottiche prevede un percorso di illuminazione ripiegato ma con un imaging diretto, e risulta estremamente compatta ed allo stesso tempo stabile per garantire il livello di fedeltà adeguato per prestazioni metrologiche di eccellenza.

Decodifica ed analisi dei dati

Dopo l'acquisizione. L'immagine viene trasferita dal convertitore ADC (da analogico a digitale) a un processore di segnale digitale (DSP). A questo punto, tramite una serie di speciali algoritmi sviluppati appositamente, viene prodotta una posizione assoluta, ma relativamente approssimativa, partendo dal codice integrato nella riga. Tale processo viene verificato e corretto da ulteriori algoritmi del DSP che sfruttano la ridondanza ed i limiti inseriti intenzionalmente nel codice della riga. Contemporaneamente, altre routine calcolano una posizione fine, con una risoluzione elevatissima, e la combinano con la posizione approssimativa per fornire un risultato assoluto e ad alta risoluzione.

Controlli finali e produzione dei dati

Al termine delle procedure finali di verifica degli errori, le informazioni vengono caricate nel protocollo appropriato del controllo, come una parola seriale che rappresenta la posizione entro 1 nm. La protezione dalle interferenze elettriche viene garantita dall'aggiunta di un controllo ciclico di ridondanza (CRC). L'intero processo richiede pochi microsecondi e può essere ripetuto fino a 25.000 volte al secondo. Una serie di tecniche, come ad esempio la regolazione della durata del flash o della velocità dell'asse, consente di mantenere questo livello prestazionale anche a velocità di 100 m/s oppure di ottenere un livello bassissimo di jitter di posizione, operando a velocità inferiori.

Risultati...

Un encoder che assicura tolleranze di installazione molto ampie: RESOLUTE consente infatti ±0,5° di imbardata, passo e rollio e addirittura ±150 μm di altezza. Allo stesso tempo, le dimensioni delle ottiche e le procedure avanzate di correzione degli errori assicurano un eccellente grado di immunità alla contaminazione da particolati e macchie di grasso. Tutto questo senza rinunciare ad una risoluzione di 1 nm a 100 m/s: RESOLUTE è equipaggiato per affrontare anche le sfide più impegnative.

EVOLUTE™

L'encoder EVOLUTE comunica in modo bidirezionale, utilizzando un formato seriale ed una serie di protocolli standard, sia di tipo "aperto" che "proprietari".

Schema ottico di encoder EVOLUTE™ con note

Il processo ha inizio...

Il controllo avvia le operazioni inviando un messaggio di richiesta al lettore, con l'istruzione di acquisire immediatamente la posizione assoluta sulla riga lineare. La testa risponde con l'accensione di un LED ad alto potenziale che illumina la riga. Il flash rimane acceso per appena 100 ns, per ridurre al minimo il rischio che lo spostamento dell'asse renda l'immagine "mossa" e sfocata. I tempi non superano i pochi nanosecondi e sono rigidamente controllati, per preservare la relazione fra la posizione richiesta e quella rilevata. Questo aspetto rende EVOLUTE lo strumento ideale per sistemi di movimento con specifiche particolarmente elevate.


Riga a traccia singola

La riga è fondamentalmente composta da una singola traccia con linee a contrasto su tutta la larghezza, basate su un passo nominale di 50 μm. L'assenza di più righe parallele contribuisce a garantire l'immunità da errori di imbardata e da elevate tolleranze laterali nel posizionamento della testa.

Acquisizione di immagini

L'imaging della riga viene ottenuto tramite una lente sferica che riduce al minimo la distorsione e visualizzato su una serie di rilevatori personalizzati. La disposizione delle ottiche prevede un percorso di illuminazione ripiegato ma con un imaging diretto, e risulta estremamente compatta ed allo stesso tempo stabile per garantire il livello di fedeltà adeguato per prestazioni metrologiche di eccellenza.

Decodifica ed analisi dei dati

Dopo l'acquisizione. L'immagine viene trasferita dal convertitore analogico/digitale a un processore del segnale digitale (DSP). A questo punto, tramite una serie di speciali algoritmi sviluppati appositamente, viene prodotta una posizione assoluta, ma relativamente approssimativa, partendo dal codice integrato nella riga. Tale processo viene verificato e corretto da ulteriori algoritmi del DSP che sfruttano la ridondanza ed i limiti inseriti intenzionalmente nel codice della riga. Contemporaneamente, altre routine calcolano una posizione fine, con una risoluzione elevatissima, e la combinano con la posizione approssimativa per fornire un risultato assoluto e ad alta risoluzione.

Controlli finali e produzione dei dati

Al termine delle procedure finali di verifica degli errori, le informazioni sula posizione vengono caricate nel protocollo appropriato del controllo, come una parola seriale pura. La protezione dalle interferenze elettriche viene garantita dall'aggiunta di un controllo ciclico di ridondanza (CRC). L'intero processo richiede pochi microsecondi e può essere ripetuto fino a 25.000 volte al secondo. Una serie di tecniche, come ad esempio la regolazione della durata del flash o della velocità dell'asse, consente di mantenere questo livello prestazionale anche a velocità di 100 m/s oppure di ottenere un livello bassissimo di jitter di posizione, operando a velocità inferiori.

Risultati...

L'encoder EVOLUTE offre ampie tolleranze di installazione (imbardata: ±0,75°, e beccheggio e rollio: ±0,5°) e una straordinaria altezza di ±250 µm. Allo stesso tempo, le dimensioni delle ottiche e le procedure avanzate di correzione degli errori assicurano un eccellente grado di immunità alla contaminazione da particolati e macchie di grasso, preservando una risoluzione di 50 nm fino a 100 m/s.

QUANTiC™

La serie QUANTiC include le esclusive ottiche di filtraggio Renishaw di terza generazione, che mediano il contributo di un gran numero di periodi della riga, escludendo con grande efficacia gli elementi non periodici, come ad esempio la sporcizia. Anche lo schema della riga, nominalmente ad onda quadra, viene filtrato per proiettare sul rilevatore un campo di frange sinusoidali. Viene utilizzata una struttura multicanale, sufficientemente accurata da produrre fotocorrenti sotto forma di quattro segnali con fasatura simmetrica. I segnali sono combinati per rimuovere la corrente continua e produrre uscite seno/coseno con spettro pulito ed offset ridotto, mantenendo comunque l'ampiezza di banda oltre i 500 kHz.

L'encoder presenta un condizionamento del segnale dinamico avanzato e completamente integrato, inclusi i controlli automatici per guadagno, bilanciamento e correzione, per garantire un errore sottodivisionale (SDE) tipico di < ±80 nm nei sistemi rotativi piccoli <±150 nm in quelli grandi e < ±80 nm nei sistemi lineari.

Questa evoluzione delle ottiche di filtraggio, unita a una componentistica elettronica progettata con estrema cura, fornisce segnali incrementali con una larghezza d'onda molto ampia, per raggiungere una velocità massima di 8.800 giri/min nei sistemi rotativi e di 24 m/s nei sistemi lineari, assicurando allo stesso tempo il valore minimo di jitter (rumore) di qualsiasi encoder della sua classe. L'interpolazione avviene all'interno del lettore. Le versioni con risoluzione fine risultano ulteriormente affidabili, perché la loro interfaccia integra elettroniche che consentono di ridurre il jitter ad appena 2,73 nm RMS.

Schema ottico di TONiC™ con note

La tacca di zero IN-TRAC è integrata nella riga incrementale e viene letta da un fotorilevatore separato, collocato all'interno del lettore. Tale configurazione esclusiva viene ulteriormente ottimizzata da una routine di calibrazione automatica che garantisce la fasatura elettronica della tacca di zero e ottimizza i segnali incrementali.

TONiC™

TONiC include le esclusive ottiche di filtraggio di Renishaw di terza generazione, che mediano il contributo di un gran numero di periodi della riga, escludendo gli elementi non periodici, come ad esempio la sporcizia. Anche lo schema della riga, nominalmente ad onda quadra, viene filtrato per proiettare sul rilevatore un campo di frange sinusoidali. Viene utilizzata una struttura multicanale, sufficientemente accurata da produrre fotocorrenti sotto forma di quattro segnali con fasatura simmetrica. I segnali sono combinati per rimuovere la corrente continua e produrre uscite seno/coseno con spettro pulito ed offset ridotto, mantenendo comunque l'ampiezza di banda oltre i 500 kHz.

Il condizionamento del segnale dinamico avanzato completamente integrato e i comandi Controllo automatico del guadagno, Controllo automatico del bilanciamento e Controllo automatico della correzione si combinano per garantire un errore sottodivisionale (SDE) < ±30 nm.

Questa evoluzione delle ottiche di filtraggio, unita a una componentistica elettronica selezionata con estrema cura, fornisce segnali incrementali con una larghezza d'onda molto ampia, per raggiungere una velocità massima di 10 m/s, assicurando allo stesso tempo il valore minimo di jitter (rumore) di qualsiasi encoder della sua classe. L'interpolazione viene eseguita tramite un algoritmo CORDIC, presente nell'interfaccia Ti di TONiC. Le versioni con risoluzione fine risultano ulteriormente affidabili, perché la loro interfaccia integra elettroniche che consentono di ridurre il jitter ad appena 0,5 nm RMS.

Schema ottico di TONiC™ con note

La tacca di zero IN-TRAC è integrata nella riga incrementale e viene letta da un rilevatore ottico separato, collocato sempre all'interno del lettore. Come è mostrato nello schema, il rilevatore separato di tacche di zero è ora direttamente incorporato al centro del gruppo di fotodiodi lineari del canale incrementale, per garantire una maggiore immunità da problemi di perdita di fase dovuta ad imbardate. Si ottiene un segnale di zero ripetibile a livello di unità di risoluzione in entrambe le direzioni e a qualsiasi velocità. Tale configurazione esclusiva viene ulteriormente ottimizzata da una routine di calibrazione automatica che garantisce la fasatura elettronica della tacca di zero e ottimizza il condizionamento dei segnali dinamici.

VIONiC™

L'encoder VIONiC include le esclusive ottiche di filtraggio Renishaw di terza generazione, che mediano il contributo di un gran numero di periodi della riga, escludendo gli elementi non periodici, come ad esempio la sporcizia. Anche lo schema della riga, nominalmente ad onda quadra, viene filtrato per proiettare sul rilevatore un campo di frange sinusoidali. Viene utilizzata una struttura multicanale, sufficientemente accurata da produrre fotocorrenti sotto forma di quattro segnali con fasatura simmetrica. I segnali sono combinati per rimuovere la corrente continua e produrre uscite seno/coseno con spettro pulito ed offset ridotto, mantenendo comunque l'ampiezza di banda oltre i 500 kHz.

Il condizionamento del segnale dinamico avanzato completamente integrato e i comandi Controllo automatico del guadagno, Controllo automatico del bilanciamento e Controllo automatico della correzione si combinano per garantire un errore sottodivisionale (SDE) < ±15 nm.

Questa evoluzione delle ottiche di filtraggio, unita a una componentistica elettronica selezionata con estrema cura, fornisce segnali incrementali con una larghezza d'onda molto ampia, per raggiungere una velocità massima di 12 m/s, assicurando allo stesso tempo il valore minimo di jitter (rumore) di qualsiasi encoder della sua classe. L'interpolazione avviene all'interno del lettore. Le versioni con risoluzione fine risultano ulteriormente affidabili, perché la loro interfaccia integra elettroniche che consentono di ridurre il jitter ad appena 1,6 nm RMS.

Schema ottico di TONiC™ con note

La tacca di zero IN-TRAC™ è integrata nella riga incrementale e viene letta da un fotorilevatore separato, collocato sempre all'interno del lettore. Come è mostrato nello schema, il rilevatore separato di tacche di zero è ora direttamente incorporato al centro del gruppo di fotodiodi lineari del canale incrementale, per garantire una maggiore immunità da problemi di perdita di fase dovuta ad imbardate. Tale configurazione esclusiva viene ulteriormente ottimizzata da una routine di calibrazione automatica che garantisce la fasatura elettronica della tacca di zero e ottimizza i segnali incrementali.

ATOM DX™

L'encoder ATOM DX adotta le ottiche di filtraggio di provata affidabilità presenti anche negli encoder incrementali Renishaw come TONiC e VIONiC. I lettori ATOM DX dispongono di una sorgente luminosa a LED non collimati, posizionata centralmente fra il sensore incrementale e quello della tacca di zero. Si tratta di LED ad alta divergenza che consentono di mantenere un'altezza di basso profilo e dimensioni della riga decisamente superiori del LED, in modo da consentire l'illuminazione della regioni incrementale e della tacca di zero. Il LED incoerente produce un segnale di elevata purezza armonica, consentendo l'interpolazione a elevata risoluzione. Un fotometria efficiente produce inoltre un segnale di uscita con jitter ridotto. Un vantaggio significativo dello schema di ottiche di filtraggio è rappresentato dal fatto che ATOM DX non genera errori di misura dovuti alla contaminazione e alle ondulazioni della riga.


La perfetta integrazione dei metodi di condizionamento del segnale dinamico avanzato, fra cui Controllo automatico del guadagno, Controllo automatico del bilanciamento e Controllo automatico della correzione, assicura un errore sottodivisionale (SDE) < ±15 nm.


L'evoluzione delle ottiche di filtraggio e una componentistica elettronica selezionata con estrema cura generano segnali incrementali per il feedback di posizione con una larghezza d'onda molto ampia, per raggiungere una velocità massima di 12 m/s, assicurando allo stesso tempo il valore minimo di jitter (rumore) di qualsiasi encoder della sua classe. L'interpolazione del segnale digitale avviene all'interno del lettore. Le versioni con risoluzione fine risultano ulteriormente affidabili, perché la loro interfaccia integra elettroniche che consentono di ridurre il jitter ad appena 1,6 nm RMS.


Gli encoder della serie ATOM DX utilizzano una tacca di zero ottica non montata su rotaia per aumentare la protezione dalle contaminazioni. La fasatura della tacca di zero si ottiene con una routine di autocalibrazione semplice e intuitiva, adottata anche negli encoder QUANTiC™ e VIONiC™.

Schema ottico di ATOM™ con note

ATOM™

ATOM utilizza un LED non collimato in posizione centrale fra il sensore incrementale e la tacca di zero. Questo LED a elevata divergenza produce un'altezza a basso profilo con una dimensioni sulla riga molto più ampia del LED, consentendo di illuminare l'area incrementale e la tacca di zero.

ATOM utilizza lo stesso schema di ottiche di filtraggio di tutti gli encoder incrementali Renishaw. Il LED incoerente produce un segnale di elevata purezza armonica, consentendo l'interpolazione a elevata risoluzione. L'efficienza della fotometria consente inoltre di avere un basso livello di jitter. Un ulteriore vantaggio dello schema di ottiche di filtraggio è rappresentato dal fatto che ATOM non genera errori di misura dovuti alla contaminazione e alle ondulazioni della riga.

ATOM utilizza una tacca di zero ottica non montata su rotaia per aumentare la protezione dalle contaminazioni. La fasatura della tacca di zero risulta semplice come quella effettuata con TONiC.

Schema ottico di ATOM™ con note