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Como funcionam os leitores ópticos

Leitores absolutos fechados

Leitores absolutos abertos

Leitores incrementais abertos

FORTiS™

O que é um leitor óptico fechado Renishaw?

Um leitor óptico fechado abriga a eletrônica e a óptica dentro de uma unidade selada que está fixada a um corpo de cabeçote de leitura. Tanto a unidade óptica selada quanto a escala do leitor estão ainda mais protegidas dentro de um invólucro selado. Este projeto proporciona alta resistência à penetração de líquidos e impurezas sólidas.

O leitor linear fechado possui um invólucro extrudado com vedações fixadas longitudinalmente e tampas seladas nas extremidades. O corpo do cabeçote de leitura é unido a uma unidade óptica selada por uma lâmina, que se desloca através dos lábios de vedações ao longo do comprimento do leitor. O movimento do eixo linear faz com que o cabeçote de leitura e a óptica atravessem a escala absoluta do leitor (fixado no interior do invólucro), sem contato mecânico.

A escala do leitor possui um código de escala absoluta com linhas contrastantes de largura total, cuja imagem é transmitida através de uma lente para um detector dentro do cabeçote de leitura. As medições lineares de posição, enviadas em forma digital, são compatíveis com uma série de protocolos de comunicação serial padrão da indústria.

Esquema óptico do leitor FORTiS

RESOLUTE™

O RESOLUTE se comunica bidirecionalmente em puro formato serial, utilizando uma variedade de protocolos de padrão industrial, no padrão proprietário e padrão aberto.

Esquema óptico do leitor RESOLUTE™ com anotações

O processo inicia...

O comando inicia a operação enviando uma mensagem para o cabeçote de leitura, instruindo-o a capturar a posição absoluta na escala linear ou rotativa naquele instante. O cabeçote responde emitindo uma luz intermitente a partir da fonte LED de alta potência para iluminar a escala. A duração do lampejo é de somente 100 ns, para minimizar o desfoque da imagem nos eixos em movimento. Essencialmente, os tempos são controlados dentro de intervalos de alguns nanossegundos, para preservar a relação entre posição solicitada e posição relatada, uma das características essenciais que torna o RESOLUTE ideal para sistemas de movimentos de especificação muito elevada.

Escala de trilha única

A escala é essencialmente uma trilha única com linhas contrastantes em toda a sua largura, baseadas em um período nominal de 30 µm. A ausência de trilhas paralelas múltiplas proporciona importante imunidade contra erro de rotação redor do eixo e tolerância lateral muito maior para a posição do cabeçote.

Aquisição de imagens

As imagens da escala são adquiridas através de lentes esféricas com distorção mínima e enviadas para um conjunto de detectores projetado especificamente para o RESOLUTE A disposição óptica, com uma trajetória de iluminação dobrada mas captura direta de imagens, é altamente compacta mas estável, garantindo assim a fidelidade essencial para uma excelente metrologia.

Decodificação e análise de dados

Uma vez capturada pelo detector, a imagem é transferida via um conversor analógico - digital (ADC) para um poderoso Processador de Sinal Digital (DSP). Algoritmos especialmente desenvolvidos em seguida obtêm uma posição absoluta verdadeira, mas relativamente grosseira, do código incorporado na escala. Este processo é verificado e correções são feitas por outros algoritmos no DSP, que exploram as restrições de redundância e restrições intencionais no código da escala. Enquanto isso, outras rotinas calculam uma posição fina de resolução muito alta, que é então combinada com a posição grosseira para fornecer a localização absoluta verdadeira e de resolução muito elevada.

Verificações finais e saída de dados

Após os procedimentos de verificação de erro, esta informação é carregada no protocolo apropriado para o comando como uma palavra serial pura representando a posição dentro de 1 nm. A proteção contra as perturbações de ruídos elétricos é fornecida por uma Verificação de Redundância Cíclica (CRC). O processo inteiro pode levar alguns microssegundos e ser repetido até 25 000 vezes por segundo. Através de uma variedade de técnicas, incluindo o ajuste da duração do lampejo de luz à velocidade do eixo, esse desempenho é alcançado para até 100 m/s e, essencialmente, preservando o ruído posicional excepcionalmente reduzido em velocidades mais baixas de operação.

E o resultado é...

Um leitor com tolerâncias generosas de instalação: O RESOLUTE permite ±0,5° em rotação, inclinação e rolagem e notável ±150 µm na altura de percurso. Enquanto isso, o generoso espaço óptico e os avançados procedimentos de correção de erros conferem excelente imunidade contra a contaminação óptica, partículas e manchas gordurosas. Tudo isto mantendo uma resolução de 1 nm a 100 m/s: O RESOLUTE é a resposta aos mais duros desafios da medição absoluta.

EVOLUTE™

O leitor EVOLUTE se comunica bidirecionalmente em puro formato serial, utilizando uma variedade de protocolos de padrão industrial, no padrão proprietário e padrão aberto.

Esquema óptico do leitor EVOLUTE™ com anotações

O processo inicia...

O comando inicia a operação enviando uma mensagem para o cabeçote de leitura, instruindo-o a capturar a posição absoluta na escala linear naquele instante. O cabeçote responde emitindo uma luz intermitente a partir da fonte LED de alta potência para iluminar a escala. A duração do lampejo é de somente 100 ns, para minimizar o desfoque da imagem nos eixos em movimento. Essencialmente, os tempos são controlados dentro de intervalos de alguns nanossegundos, para preservar a relação entre posição solicitada e posição relatada, o que torna o EVOLUTE ideal para sistemas de movimentos de especificação muito elevada.


Escala de trilha única

A escala é essencialmente uma trilha única com linhas contrastantes em toda a sua largura, baseadas em um período nominal de 50 µm. A ausência de trilhas paralelas múltiplas proporciona importante imunidade contra erro de rotação angular no plano horizontal e tolerância lateral muito maior para a posição do cabeçote.

Aquisição de imagens

As imagens da escala são transmitidas através de uma lente esférica que minimiza a distorção para um conjunto de detectores especial. A disposição óptica, com uma trajetória de iluminação dobrada mas captura direta de imagens, é altamente compacta mas estável, garantindo assim a fidelidade essencial para uma excelente metrologia.

Decodificação e análise de dados

Uma vez capturada pelo detector, a imagem é transferida via um conversor analógico - digital para um poderoso Processador de Sinal Digital (DSP). Algoritmos especialmente desenvolvidos em seguida obtêm uma posição absoluta verdadeira, mas relativamente grosseira, do código incorporado na escala. Este processo é verificado e correções são feitas por outros algoritmos no DSP, que exploram as restrições de redundância e restrições intencionais no código da escala. Enquanto isso, outras rotinas calculam uma posição fina de resolução muito alta, que é então combinada com a posição grosseira para fornecer a localização absoluta verdadeira e de resolução muito elevada.

Verificações finais e saída de dados

Após os procedimentos de verificação de erro, a informação da posição é carregada no protocolo apropriado para o comando como uma palavra serial pura. A proteção contra as perturbações de ruídos elétricos é fornecida por uma Verificação de Redundância Cíclica (CRC). O processo inteiro pode levar alguns microssegundos e ser repetido até 25 000 vezes por segundo. Através de uma variedade de técnicas, incluindo o ajuste da duração do lampejo de luz à velocidade do eixo, esse desempenho é alcançado para até 100 m/s, preservando o ruído posicional excepcionalmente reduzido em velocidades mais baixas de operação.

E o resultado é...

O leitor EVOLUTE oferece tolerâncias generosas de instalação de ±0,75° na rotação no plano horizontal, ±0,5° na rotação no plano vertical e rotação ao redor do eixo de percurso, junto com uma impressionante altura de percurso de ±250 µm. Enquanto isso, o generoso espaço óptico e os avançados procedimentos de correção de erros conferem excelente imunidade contra a contaminação óptica, partículas e manchas gordurosas, enquanto mantém uma resolução de 50 nm em até 100 m/s.

QUANTiC™

O leitores QUANTiC possuem a terceira geração da exclusiva óptica de filtração da Renishaw, que calcula a média das contribuições de muitos períodos de escala, filtrando com eficácia características não periódicas, como as impurezas. O padrão de escala de onda quadrada nominal também é filtrado, para deixar no detector um campo de franja senoidal puro. Nele é empregada uma estrutura de dedos múltiplos, fina o suficiente para produzir fotocorrentes em forma de quatro sinais em fase simétrica. Estes são combinados para remover os componentes DC e produzir saídas de sinal de seno e cosseno com grande pureza espectral e desvio reduzido, enquanto mantém a gama de frequência além dos 500 kHz.

O condicionamento de sinal dinâmico avançado totalmente integrado, Auto Gain Control, Auto Balance Control e Auto Offset Control asseguram um Erro Subdivisional (SDE) típico de <±80 nm para sistemas rotativos pequenos, <±150 nm para sistemas rotativos grandes e <±80 nm para sistemas lineares.

Esta evolução da filtração óptica, combinada com uma eletrônica cuidadosamente projetada, fornece sinais incrementais com grande largura de banda, alcançando rotação máxima de 8800 rpm para sistemas rotativos e velocidade máxima de 24 m/s para sistemas lineares, com ruído posicional menor do que o de qualquer leitor da sua classe. A interpolação é executada no cabeçote de leitura, com versões de resolução fina sendo aumentadas pela eletrônica de redução de ruído para atingir um ruído de apenas 2,73 nm RMS.

Esquema óptico TONiC™ com anotações

A marca de referência IN-TRAC está completamente integrada na escala incremental e é detectada por um fotodetector dentro do cabeçote de leitura. Esta disposição exclusiva também se beneficia de uma rotina de calibração automatizada que eletronicamente coloca a marca de referência em fase e otimiza os sinais incrementais.

TONiC™

O TONiC possui a terceira geração da exclusiva óptica de filtração da Renishaw, que calcula a média das contribuições de muitos períodos de escala, filtrando com eficácia características não periódicas, como as impurezas. O padrão de escala de onda quadrada nominal também é filtrado, para deixar no detector um campo de franja senoidal puro. Nele é empregada uma estrutura de dedos múltiplos, fina o suficiente para produzir fotocorrentes em forma de quatro sinais em fase simétrica. Estes são combinados para remover os componentes DC e produzir saídas de sinal de seno e cosseno com grande pureza espectral e desvio reduzido, enquanto mantém a gama de frequência além dos 500 kHz.

Condicionamento de sinal dinâmica avançado totalmente integrado, Auto Gain Control, Auto Balance Control e Auto Offset Control são combinado para assegurar um Erro Subdivisional (SDE) muito reduzido <±30 nm.

Esta evolução da filtração óptica, combinada com uma eletrônica cuidadosamente selecionada, fornece sinais incrementais com grande largura de banda, alcançando uma velocidade máxima de 10 m/s, com ruído posicional menor do que o de qualquer leitor da sua classe. A interpolação é executada por algoritmo CORDIC com a interface TONiC Ti, com versões de resolução fina sendo aumentadas pela eletrônica de redução de ruído para atingir um ruído de apenas 0,5 nm RMS.

Esquema óptico TONiC™ com anotações

A marca de referência IN-TRAC está completamente integrada na escala incremental e é detectada por um fotodetector dentro do cabeçote de leitura. Como o diagrama mostra, o detector da marca de referência está incorporado diretamente no centro do conjunto de fotodiodos lineares do canal incremental, assegurando maior imunidade contra defasagem de rotação. É gerada uma saída da marca de referência que é bidirecionalmente repetível com a unidade de resolução em todas as velocidades. Esta disposição exclusiva também se beneficia de uma rotina de calibração automatizada que eletronicamente coloca a marca de referência em fase e otimiza o condicionamento de sinal dinâmico.

VIONiC™

O leitor VIONiC possui a terceira geração da exclusiva óptica de filtração da Renishaw, que calcula a média das contribuições de muitos períodos de escala e efetivamente filtra as características não periódicas, tais como impurezas. O padrão de escala de onda quadrada nominal também é filtrado, para deixar no detector um campo de franja senoidal puro. Nele é empregada uma estrutura de dedos múltiplos, fina o suficiente para produzir fotocorrentes em forma de quatro sinais em fase simétrica. Estes são combinados para remover os componentes DC e produzir saídas de sinal de seno e cosseno com grande pureza espectral e desvio reduzido, enquanto mantém a gama de frequência além dos 500 kHz.

O condicionamento de sinal dinâmico avançado totalmente integrado, Auto Gain Control, Auto Balance Control e Auto Offset Control são combinados para assegurar um Erro Subdivisional (SDE) típico <±15 nm.

Esta evolução da filtração óptica, combinada com uma eletrônica cuidadosamente selecionada, fornece sinais incrementais com grande largura de banda, alcançando uma velocidade máxima de 12 m/s, com ruído posicional menor do que o de qualquer leitor da sua classe. A interpolação é executada no cabeçote de leitura, com versões de resolução fina sendo aumentadas pela eletrônica de redução de ruído para atingir um ruído de apenas 1,6 nm RMS.

Esquema óptico TONiC™ com anotações

A marca de referência IN-TRAC™ está completamente integrada na escala incremental e é detectada por um fotodetector dentro do cabeçote de leitura. Como o diagrama mostra, o detector da marca de referência está incorporado diretamente no centro do conjunto de fotodiodos lineares do canal incremental, assegurando maior imunidade contra defasagem de rotação. Esta disposição exclusiva também se beneficia de uma rotina de calibração automatizada que eletronicamente coloca a marca de referência em fase e otimiza os sinais incrementais.

ATOM DX™

O leitor ATOM DX emprega a ótica de filtração comprovada pelo mercado usada nos leitores incrementais Renishaw, como TONiC e VIONiC. Os cabeçotes de leitura ATOM DX possuem uma fonte de luz LED não colimada localizada centralmente entre os sensores de marca incremental e de referência: este LED de alta divergência produz uma altura de perfil baixo com uma área de escala muito maior que o LED, permitindo a iluminação das regiões de marca incremental e de referência. O LED incoerente produz um sinal de grande pureza harmônica, permitindo uma interpolação de alta resolução. A fotometria eficiente também produz um sinal de saída com ruído reduzido. Um benefício significativo do esquema óptico de filtração é que o ATOM DX não gera erros de medição devidos à contaminação e ondulações da escala.


Métodos de condicionamento de sinal dinâmico avançado totalmente integrado, incluindo Auto Gain Control, Auto Balance Control e Auto Offset Control são combinados para assegurar um Erro Subdivisional (SDE) típico <±15 nm.


A evolução da filtração óptica, combinada com uma eletrônica cuidadosamente selecionada, gera sinais de feedback incrementais com grande largura de banda, alcançando uma velocidade máxima de 12 m/s, com ruído posicional menor do que o de qualquer leitor da sua classe. A interpolação do sinal digital é gerada no cabeçote de leitura, com versões de resolução fina sendo aumentadas pela eletrônica de redução de ruído para atingir um ruído de apenas 1,6 nm RMS.


A série ATOM DX utiliza uma grande marca de referência óptica, única, fora da trilha, para excelente imunidade contra contaminação. O faseamento da marca de referência é obtido com uma rotina de calibração simples e intuitiva, como a usada na série de leitores QUANTiC™ e VIONiC™.

Esquema óptico ATOM™ com anotações

ATOM™

O ATOM utiliza um LED não colimado localizado centralmente entre os sensores incrementais e da marca de referência. Este LED de alta divergência produz uma altura de perfil baixo com uma zona de projeção na escala que é muito maior do que o LED, permitindo a iluminação das regiões incrementais e da marca de referência.

O ATOM utiliza o mesmo esquema óptico de filtração utilizado em todos os leitores incrementais da Renishaw. O LED incoerente produz um sinal de grande pureza harmônica, permitindo uma interpolação de alta resolução. A fotometria eficiente também produz um sinal de baixo ruído. Outro benefício do esquema óptico de filtração é que o ATOM não gera erros de medição devidos à contaminação e ondulações da escala.

O ATOM utiliza uma grande marca de referência óptica fora da trilha para excelente imunidade contra contaminação. A colocação em fase da marca de referência é simples como a operação com o TONiC.

Esquema óptico ATOM™ com anotações