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Comment les codeurs optiques fonctionnent-ils ?

Codeurs absolus

Codeurs incrémentaux

RESOLUTE™

RESOLUTE utilise une communication bidirectionnelle purement série avec une gamme de protocoles standard, certains étant ouverts, d'autres propriétaires. 

Schéma optique codeur RESOLUTE™ avec annotations

Le processus commence...

L'automate lance l'opération en envoyant un message de requête à la tête de lecture lui ordonnant de saisir la position absolue sur la règle linéaire ou rotative à cet instant précis. La tête répond en produisant un flash sur la règle au moyen d'une LED haute puissance. La durée de ce flash peut être extrêmement courte (100 ns) pour minimiser le flou d'image sur les axes en mouvement. Un aspect fondamental est que sa synchronisation est commandée à quelques nanosecondes près pour maintenir le rapport entre la position exigée et la position signalée. C'est l'une des caractéristiques essentielles qui font que RESOLUTE convient parfaitement aux asservissements hautes spécifications. 

 

 

Règle à une seule piste

La règle se compose en fait d'une seule piste de lignes contrastées pleine largeur utilisant une période nominale de 30 µm. L'absence de plusieurs pistes parallèles procure une forte immunité aux erreurs de lacet et bien plus de tolérance à la position de tête.

Acquisition d'image

Une image de la règle est prise au travers d'une lentille asphérique, qui minimise la distorsion, sur un réseau de détecteurs conçus spécialement pour RESOLUTE. Notre agencement optique suit une trajectoire d'éclairage en « V » mais donne une imagerie directe. Il est donc très compact mais stable. Ceci permet le niveau de fidélité indispensable à une excellente métrologie.

Décodage et analyse des données

Une fois saisie par le détecteur, l'image est transférée par un convertisseur analogique/numérique (ADC) à un DSP (processeur de signaux numériques) puissant. Des algorithmes spécialement mis au point calculent alors une position véritablement absolue mais relativement approximative à partir des graduations imbriquées dans la règle. Ce processus est vérifié et des corrections sont apportées par la suite par d'autres algorithmes au sein du DSP lesquels font intervenir la redondance et les restrictions intentionnelles des graduations de la règle. Pendant ce temps, d'autres sous-programmes calculent une position à résolution très élevée qui est alors combinée à la position approximative pour donner une position véritablement absolue et très haute résolution.

Derniers contrôles et production de données

À l'issue de procédures finales de contrôle d'erreurs, ces informations sont envoyées, par le protocole approprié, au contrôleur sous la forme d'un mot série pur qui représente la position à 1 nm près. Une protection contre les brouillages électriques est assurée par l'ajout d'un CRC (contrôle de redondance cyclique). Le processus complet prend seulement quelques microsecondes et peut être répété jusqu'à 25 000 fois par seconde. Par diverses techniques, entre autres celle consistant à ajuster la durée du flash lumineux suivant la vitesse d'axe, ces performances sont maintenues à jusqu'à 100 m/s tout en préservant, atout fondamental, une gigue de positionnement exceptionnellement faible aux vitesses d'exploitation basses.

Et c'est ainsi qu'on obtient...

Un codeur avec de grandes tolérances d'installation : RESOLUTE autorise ±0,5° en lacet, tangage et roulis ainsi qu'une tolérance d'entrefer impressionnante de ±150 µm. Pendant ce temps la généreuse empreinte optique et les procédures avancées de correction d'erreur confèrent une excellente immunité à la contamination optique, tant pour les particules que les taches de graisse. Tout cela en maintenant une résolution de 1 nm à 100 m/s : RESOLUTE est la réponse aux défis les plus ardus en terme de positions absolues.

VIONiC

VIONiC comporte l'optique de filtrage inédite troisième génération Renishaw. En faisant une moyenne de la lecture de nombreux pas de règle, le filtrage de cette optique permet une élimination efficace des éléments non périodiques tels que la saleté. Le motif de règle à onde carrée nominale est également filtré pour ne laisser passer qu'une frange sinusoïdale au niveau du détecteur. Elle emploie une structure à doigts multiples qui est assez fine pour produire des photocourants sous la forme de quatre signaux à phases symétriques. Ils sont combinés pour éliminer les composantes de courant continu et produire des sorties sinusoïdales et cosinusoïdales ayant une grande pureté spectrale et un décalage faible tout en maintenant des bandes passantes au-delà de 500 kHz.

Conditionnement dynamique de signal avancé, entièrement intégré avec contrôles automatiques de gain, d'offset et de balance pour garantir une erreur de subdivision (SDE) ultra faible (valeur type <±30 nm).

Cette évolution de l'optique de filtrage, combinée à une électronique soigneusement sélectionnée permet d'avoir des signaux incrémentaux sur une large bande passante atteignant une vitesse maximale de 12 m/s avec la gigue (bruit) de position la plus faible parmi tous les codeurs dans cette catégorie. L'interpolation est dans l'intérieur de la tête de lecture. Des versions fine résolution sont renforcées par une électronique supplémentaire de réduction de bruit afin d'obtenir une gigue d'à peine 1,6 nm efficace.

Schéma optique TONiC™ avec annotations

La marque de référence IN-TRAC est entièrement intégrée à la règle incrémentale. Elle est détectée par un photodétecteur double dans la tête de lecture. Comme le schéma le montre, le double photodétecteur de cette marque est directement imbriqué au centre du canal incrémental du réseau de photodiodes linéaires. Ceci garantit une plus grande immunité à la perte de phase par lacet. Cette disposition unique bénéficie également d'un sous-programme de calibration automatique qui met la marque de référence en phase par électronique et optimise les signaux incrémentaux.

VIONiCplus

VIONiCplus comporte l’optique de filtrage inédite troisième génération Renishaw. En faisant une moyenne de la lecture de nombreux pas de règle, le filtrage de cette optique permet une élimination efficace des éléments non périodiques tels que la saleté. Le signal carré nominal issu de la lecture des motifs de la règle est également filtré pour ne laisser passer qu’une frange sinusoïdale au niveau du détecteur. Ensuite un détecteur photo-électrique à fentes multiples fines produit quatre signaux à phases symétriques. Ils sont combinés pour éliminer les composantes de courant continu et produire des sorties sinusoïdales et cosinusoïdales ayant une grande pureté spectrale et un décalage faible tout en maintenant des bandes passantes au-delà de 500 kHz.

Conditionnement dynamique de signal avancé, entièrement intégré avec commandes automatiques de gain, d’offset et de balance pour garantir une erreur de subdivision (SDE) ultra-faible.

Cette évolution de l’optique de filtrage, combinée à une électronique soigneusement sélectionnée permet d’avoir des signaux incrémentaux sur une large bande passante atteignant une vitesse maximale de 12 m/s avec le jitter (bruit) de position le plus faible parmi tous les codeurs dans cette catégorie. L’interpolation est intégrée dans la tête de lecture. Des versions fine résolution sont renforcées par une électronique supplémentaire de réduction de bruit afin d’obtenir un jitter d’à peine 1,6 nm efficace.

Schéma optique TONiC™ avec annotations

La marque de référence IN-TRAC est entièrement intégrée à la règle incrémentale. Elle est détectée par un photodétecteur double dans la tête de lecture. Comme le schéma le montre, le double photodétecteur de cette marque est directement imbriqué au centre du canal incrémental du réseau de photodiodes linéaires. Ceci garantit une plus grande immunité à la perte de phase par lacet. Cette disposition unique bénéficie également d'un sous-programme de calibration automatique qui met la marque de référence en phase par électronique et optimise les signaux incrémentaux.

ATOM™

ATOM utilise une LED à lumière non collimatée, installée au centre entre les capteurs incrémentaux et de marque de référence. Cette LED à forte divergence donne une hauteur de profil bas avec une empreinte au niveau de la règle qui est bien plus grande que celle de la LED. On obtient ainsi un éclairage des zones incrémentales et de marque de référence.

ATOM emploie le même schéma optique de filtrage que celui de tous les codeurs incrémentaux Renishaw. La LED incohérente produit un signal d'une grande pureté harmonique qui permet une interpolation haute résolution. Cette photométrie efficace génère également un signal à faible gigue. Un autre avantage du schéma d'optique de filtrage est que l'ATOM ne génère pas d'erreurs de mesure dues aux contaminations et ondulations sur la règle.

ATOM utilise une grande marque de référence optique "hors piste" procurant une bonne immunité aux contaminations. Le mise en phase de la marque de référence n'est pas plus compliquée qu'avec TONiC.

Schéma optique ATOM™ avec annotations

TONiC™

TONiC comporte l'optique de filtrage inédite troisième génération Renishaw. En faisant une moyenne de la lecture de nombreux pas de règle, le filtrage de cette optique permet une élimination efficace des éléments non périodiques tels que la saleté. Le motif de règle à onde carrée nominale est également filtré pour ne laisser passer qu'une frange sinusoïdale au niveau du détecteur. Elle emploie une structure à doigts multiples qui est assez fine pour produire des photocourants sous la forme de quatre signaux à phases symétriques. Ils sont combinés pour éliminer les composantes de courant continu et produire des sorties sinusoïdales et cosinusoïdales ayant une grande pureté spectrale et un décalage faible tout en maintenant des bandes passantes au-delà de 500 kHz.

Conditionnement dynamique de signal avancé, entièrement intégré avec contrôles automatiques de gain, d'offset et de balance pour garantir une erreur de subdivision (SDE) ultra faible (valeur type <±30 nm).

Cette évolution de l'optique de filtrage, combinée à une électronique soigneusement sélectionnée permet d'avoir des signaux incrémentaux sur une large bande passante atteignant une vitesse maximale de 10 m/s avec la gigue (bruit) de position la plus faible parmi tous les codeurs dans cette catégorie. L'interpolation est effectuée par algorithme CORDIC dans l'interface TONiC Ti. Des versions fine résolution sont renforcées par une électronique supplémentaire de réduction de bruit afin d'obtenir une gigue d'à peine 0,5 nm efficace.

Schéma optique TONiC™ avec annotations

La marque de référence IN-TRAC est entièrement intégrée à la règle incrémentale. Elle est détectée par un photodétecteur double dans la tête de lecture. Comme le schéma le montre, le double photodétecteur de cette marque est directement imbriqué au centre du canal incrémental du réseau de photodiodes linéaires. Ceci garantit une plus grande immunité à la perte de phase par lacet. On obtient une détection de la marque de référence, répétable dans les deux directions à toutes les vitesses à l'unité de résolution. Cet agencement inédit bénéficie également d'un sous-programme de calibration automatique qui, par l'électronique, met la marque de référence en phase et optimise le conditionnement de signal dynamique.

RGH20 

Schéma optique RGH20 avec annotations

Dans la tête de lecture, une LED infrarouge émet de la lumière latéralement sur une règle dotée de zones réfléchissantes et non réfléchissantes. La lumière est redirigée par les zones réfléchissantes au travers d'un réseau de phase transparent. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Les erreurs transitoires sont maintenues à un faible niveau grâce à la structure optique spéciale qui produit une erreur type de subdivision inférieure à ± 0,15 µm. Pour réduire encore plus la SDE et augmenter la stabilité du signal, la version analogique de la RGH20 peut être reliée à l'interface REE qui met en œuvre des contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) opérant à toutes les vitesses.

La tête de lecture RGH20 comporte une LED de réglage qui passe au vert dès qu'on obtient une installation optimale. Cette tête de lecture est fournie avec une marque de référence ou une limite simple. La Marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que la Fin d’axe est utilisée pour indiquer l’extrémité d’un déplacement.

RGH20F

Schéma optique RGH20 avec annotations

Dans la tête de lecture, une LED infrarouge émet de la lumière latéralement sur une règle dotée de zones réfléchissantes et non réfléchissantes. La lumière est redirigée par les zones réfléchissantes au travers d'un réseau de phase transparent. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Grâce à la conception optique inédite de tête de lecture et aux fonctions de contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) de l'interface REF, les erreurs faibles à court terme sont maintenues à un faible niveau et donnent une erreur type de subdivision inférieure à ±0.05 μm (SDE).

L'interface REF comporte une LED de réglage qui devient verte dès qu'on obtient une installation optimale. Cette tête de lecture est fournie avec une marque de référence ou une limite simple. La Marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que la Fin d’axe est utilisée pour indiquer l’extrémité d’un déplacement.

RGH22 

Schéma optique RG2 avec annotations

À l'intérieur de la tête de lecture, une LED infrarouge émet une lumière sur les facettes inclinées des graduations, cette lumière étant réfléchie dans la tête de lecture par un réseau de phase transparent. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Les erreurs transitoires sont maintenues à un faible niveau grâce à la structure optique spéciale qui produit une erreur type de subdivision inférieure à ± 0,15 µm. Pour réduire encore plus la SDE et augmenter la stabilité du signal, la version analogique de la RGH22 peut être reliée à l'interface REE qui met en œuvre des contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) opérant à toutes les vitesses. La tête de lecture RGH22 comporte une LED de réglage qui passe au vert dès qu'on obtient une installation optimale.

Une marque de référence et des limites doubles (fins de course) sont disponibles avec cette tête de lecture. La marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que limites sont utilisées comme indications de fin de course.

RGH24 

Schéma optique RG2 avec annotations

À l'intérieur de la tête de lecture, une LED infrarouge émet une lumière sur les facettes inclinées des graduations, cette lumière étant réfléchie dans la tête de lecture par un réseau de phase transparent. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Les erreurs transitoires sont maintenues à un faible niveau grâce à la structure optique spéciale qui produit une erreur type de subdivision inférieure à ± 0,15 µm. Pour réduire encore plus la SDE et augmenter la stabilité du signal, la version analogique de la RGH24 peut être reliée à l'interface REE qui met en œuvre des contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) opérant à toutes les vitesses.

La tête de lecture RGH24 comporte une LED de réglage qui passe au vert dès qu'on obtient une installation optimale. Cette tête de lecture est fournie avec une marque de référence ou une limite simple. La Marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que la Fin d’axe est utilisée pour indiquer l’extrémité d’un déplacement.

RGH25F

À l'intérieur de la tête de lecture, une LED infrarouge émet une lumière sur les facettes inclinées des graduations, cette lumière étant réfléchie dans la tête de lecture par un réseau de phase transparent.

Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Grâce à la conception optique inédite de tête de lecture et aux fonctions de contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) de l'interface REF, les erreurs faibles à court terme sont maintenues à un faible niveau et donnent une erreur type de subdivision inférieure à ±0.05 μm (SDE).

L'interface REF comporte une LED de réglage qui devient verte dès qu'on obtient une installation optimale.

Cette tête de lecture est fournie avec une marque de référence ou une limite simple. La Marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que la Fin d’axe est utilisée pour indiquer l’extrémité d’un déplacement.

Schéma optique RG2 avec annotations

RGH34 

Schéma optique RG4 avec annotations

Dans la tête de lecture, une LED infrarouge émet de la lumière latéralement sur les graduations de la surface supérieure de la règle. Elle crée donc un "éclairage de côté" ainsi qu'indiqué dans le schéma de l'optique.

L'interface RGI34 qui accompagne la tête RGH34 comporte une LED de réglage qui passe au vert dès qu'on obtient une installation optimale.

Cette tête de lecture est fournie avec une marque de référence ou une limite simple. La Marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que la Fin d’axe est utilisée pour indiquer l’extrémité d’un déplacement.

RGH40

Schéma optique RGH40 avec annotations

Dans la tête de lecture, une LED infrarouge émet de la lumière latéralement sur une règle dotée de zones réfléchissantes et non réfléchissantes. La lumière est redirigée par les zones réfléchissantes au travers d'un réseau de phase transparent. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Les erreurs transitoires sont maintenues à un faible niveau grâce à la structure optique spéciale qui produit une erreur type de subdivision inférieure à ± 0,30 µm. Pour réduire encore plus la SDE et augmenter la stabilité du signal, la version analogique de la RGH40 peut être reliée à l'interface REE qui met en œuvre des contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) opérant à toutes les vitesses.

La tête de lecture RGH40 comporte une LED de réglage qui passe au vert dès qu'on obtient une installation optimale. Une marque de référence magnétique est disponible sur cette tête de lecture qui donne une position d'origine répétable unidirectionnelle.

RGH41 

Schéma optique RGH41 avec annotations

Dans la tête de lecture, une LED infrarouge émet de la lumière latéralement sur les graduations de la surface supérieure de la règle. Elle crée donc un "éclairage de côté" ainsi qu'indiqué dans le schéma de l'optique. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Les erreurs transitoires sont maintenues à un faible niveau grâce à la structure optique spéciale qui produit une erreur type de subdivision inférieure à ± 0,30 µm. Pour réduire encore plus la SDE et augmenter la stabilité du signal, la version analogique de la RGH41 peut être reliée à l'interface REE qui met en œuvre des contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) opérant à toutes les vitesses.

La tête de lecture RGH41 comporte une LED de réglage qui passe au vert dès qu'on obtient une installation optimale. Une marque de référence et des limites doubles (fins de course) sont disponibles avec cette tête de lecture. La marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que limites sont utilisées comme indications de fin de course.

RGH45

Schéma optique RGH45 avec annotations

À l'intérieur de la tête de lecture, une LED infrarouge émet de la lumière latéralement sur une règle ayant des zones réfléchissantes et non réfléchissantes. La lumière est redirigée par les zones réfléchissantes au travers d'un réseau de phase transparent. Ceci produit des franges d’interférence sinusoïdales au plan de détection dans la tête de lecture. Cette structure optique fait une moyenne des données provenant de nombreuses graduations. Elle effectue ainsi un filtrage efficace des signaux qui ne correspondent pas à la période de la règle. Ceci garantit la stabilité du signal même quand la règle est contaminée ou légèrement endommagée.

Les erreurs transitoires sont maintenues à un faible niveau grâce à la structure optique spéciale qui produit une erreur type de subdivision inférieure à ± 0,30 µm. Pour réduire encore plus cette SDE et augmenter la stabilité du signal, la version analogique de la RGH45 peut être reliée à l'interface REE qui met en œuvre des contrôles automatiques de gain (AGC) et d'offset (AOC) opérant à toutes les vitesses.

La tête de lecture RGH45 comporte une LED de réglage qui devient verte dès qu'on obtient une installation optimale. Une marque de référence et des limites doubles (fins de course) sont disponibles avec cette tête de lecture. La marque de référence procure une position répétable Origine ou Zéro, tandis que limites sont utilisées comme indications de fin de course.

SiGNUM™

Une LED infrarouge éclaire la règle où alternent des lignes claires et sombres. SiGNUM comporte l'inédite optique de filtrage Renishaw qui fait une moyenne des lectures de nombreux pas de règle ce qui permet d'effectuer un filtrage des éléments non périodiques tels que la saleté. Le motif de règle à onde carrée nominale est également filtré pour ne laisser passer qu'une frange sinusoïdale au niveau du détecteur. Elle emploie une structure à doigts multiples qui est assez fine pour produire des photocourants sous la forme de quatre signaux à phases symétriques. Ils sont combinés pour éliminer les composantes de courant continu et produire des sorties sinusoïdales et cosinusoïdales d'une grande pureté spectrale et faible correction tout en maintenant des bandes passantes supérieures à 500 kHz.

Un traitement de signal dynamique avec AGC (Contrôle automatique de gain), AOC (Contrôle automatique d'offset) et ABC (Contrôle automatique de balance) est appliqué au sein de l'interface Si pour générer des signaux incrémentaux d'une fidélité exceptionnelle. L'erreur de subdivision (SDE) type est donc de <±30 nm, soit 0,15 % du pas de la règle. L'interpolation est effectuée par un algorithme CORDIC dans l'interface SiGNUM Si.

Schéma optique SiGNUM™ avec annotations.

La marque de référence IN-TRAC est imbriquée dans la règle incrémentale et détectée par un photodétecteur double dans la tête de lecture, ce qui produit une sortie de marque de référence à répétabilité bidirectionnelle à l'unité de résolution à toutes les vitesses. Cette disposition unique bénéficie également d'un sous-programme de calibration automatique qui met la marque de référence en phase par électronique et optimise les signaux incrémentaux.