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옵티컬 엔코더 작동 방법

RESOLUTE™

RESOLUTE는 독점 및 개방 기준 모두의 다양한 업계 표준 프로토콜을 사용하여 순수한 직렬 형식으로 양방향으로 통신합니다. 

Renishaw의 RESOLUTE 시리즈 절대형 로터리 엔코더

프로세스가 시작됩니다...

컨트롤러가 그 순간에 리니어 또는 로터리 스케일에서 절대 위치를 캡처하도록 지시하는 요구 메시지를 판독 헤드로 전송함으로써 동작을 시작합니다. 판독 헤드는 스케일을 발광하기 위해 고압 LED 광으로 응답합니다. 발광 시간이 100 ns 수준으로 짧아서 이동하는 축에서 이미지 흔들림이 최소화됩니다. 결정적으로 몇 나노미터 이내에 타이밍이 제어되므로 요구한 위치와 보고된 위치 사이 관계가 보존됩니다. 이는 RESOLUTE가 매우 높은 사양 모션 시스템에 이상적으로 적합한 제품이 될 수 있는 중요한 특성 중 하나입니다. 

 

 

단일 트랙 스케일

스케일은 기본적으로 공칭 30 µm 주기를 기준으로 최대 너비 대비 선들로 구성되는 하나의 트랙입니다. 여러 병렬 트랙이 없으므로 편요각 오차에 대한 내성이 증가하고 헤드 위치에서 수평 공차가 훨씬 커집니다.

이미지 획득

왜곡을 최소화하는 비구면 렌즈를 통해 RESOLUTE용으로 특수 설계된 사용자 지정 검출기 어레이에 스케일이 이미징 처리됩니다. 직접 이미징이 아닌 접힌 발광 경로를 사용하는 옵티컬 장치는 고도로 소형화되면서도 안정적이므로 정확한 계측에 필수적인 충실도가 보장됩니다.

데이터 해독 및 분석

검출기에 캡처된 이미지는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 강력한 디지털 신호 처리기(DSP)로 전송됩니다. 그러면 특별히 개발된 알고리즘이 스케일에 삽입된 코드로부터 상대적인 대략적 위치가 아닌 진정한 절대 위치를 구합니다. 스케일 코드의 중복성과 의도적 제한을 활용하는 DSP의 추가 알고리즘에서 이 프로세서를 확인한 후 정정합니다. 한편 다른 여러 루틴이 고도 분해능의 미세 위치를 계산하여 대략적 위치와 결합하면 초고도 분해능의 진정한 절대 위치가 산출됩니다.

최종 검사 및 데이터 출력

최종 오류 점검 후, 이 정보가 1 nm 이내 위치를 나타내는 순수한 직렬 단어 형태로 적절한 프로토콜로 컨트롤러에 업로드됩니다. CRC(Cyclic Redundancy Check)를 추가하여 전기 노이즈에 의한 교란을 차단합니다. 전체 프로세스에 몇 마이크로 초 정도 밖에 걸리지 않으며 초당 25,000번까지 반복할 수 있습니다. 축 속도에 맞춰 발광 기간 조정 등의 다양한 기법으로 이 성능을 최고 100 m/s로 높일 수 있고, 결정적으로 더 낮은 작동 속도에서 극도로 낮은 위치 지터를 유지할 수 있습니다.

그리고 그 결과는...

설치 공차 폭이 큰 엔코더: RESOLUTE는 편요각, 피치 및 롤에서 ±0.5°, 탑재 높이에서 놀라운 ±150 µm의 공차를 각각 허용합니다. 한편 여유로운 옵티컬 풋프린트와 더불어 첨단 오차 정정 절차가 입자 및 그리스 오염을 포함한 옵티컬 오염에 탁월한 내성을 제공합니다. 이러한 모든 것이 100 m/s에서 1 nm의 분해능 유지: RESOLUTE는 가장 까다로운 절대 위치 문제에 대한 해답입니다.

EVOLUTE™

EVOLUTE 엔코더는 독점 및 개방 기준 모두의 다양한 업계 표준 프로토콜을 사용하여 순수한 직렬 형식으로 양방향으로 통신합니다.

EVOLUTE™ 엔코더 옵티컬 방식(주석 포함)

프로세스가 시작됩니다...

컨트롤러가 그 순간에 리니어 스케일에서 절대 위치를 캡처하도록 지시하는 요구 메시지를 판독 헤드로 전송함으로써 동작을 시작합니다. 판독 헤드는 스케일을 발광하기 위해 고압 LED 광으로 응답합니다. 발광 시간이 100 ns 수준으로 짧아서 이동하는 축에서 이미지 흔들림이 최소화됩니다. 결정적으로 몇 나노미터 이내에 타이밍이 제어되어 요구한 위치와 보고된 위치 사이 관계가 보존되므로 EVOLUTE 시리즈를 높은 사양 모션 시스템에 이상적으로 적합한 제품으로 만들어 줍니다. 


단일 트랙 스케일

스케일은 기본적으로 공칭 50 µm 주기를 기준으로 최대 너비 대비 선들로 구성되는 하나의 트랙입니다. 여러 병렬 트랙이 없으므로 편요각 오차에 대한 내성이 증가하고 헤드 위치에서 수평 공차가 커집니다.

이미지 획득

왜곡을 최소화하는 비구면 렌즈를 통해 사용자 지정 검출기 어레이에 스케일이 이미징 처리됩니다. 직접 이미징이 아닌 접힌 발광 경로를 사용하는 옵티컬 장치는 고도로 소형화되면서도 안정적이므로 정확한 계측에 필수적인 충실도가 보장됩니다.

데이터 해독 및 분석

검출기에 캡처된 이미지는 아날로그-디지털 변환기를 통해 강력한 디지털 신호 처리기(DSP)로 전송됩니다. 그러면 특별히 개발된 알고리즘이 스케일에 삽입된 코드로부터 상대적인 대략적 위치가 아닌 진정한 절대 위치를 구합니다. 스케일 코드의 중복성과 의도적 제한을 활용하는 DSP의 추가 알고리즘에서 이 프로세서를 확인한 후 정정합니다. 한편 다른 여러 루틴이 고도 분해능의 미세 위치를 계산하여 대략적 위치와 결합하면 초고도 분해능의 진정한 절대 위치가 산출됩니다.

최종 검사 및 데이터 출력

최종 오류 점검 후, 위치 정보가 순수한 직렬 단어 형태로 적절한 프로토콜로 컨트롤러에 업로드됩니다. CRC(Cyclic Redundancy Check)를 추가하여 전기 노이즈에 의한 교란을 차단합니다. 전체 프로세스에 몇 마이크로 초 정도 밖에 걸리지 않으며 초당 25,000번까지 반복할 수 있습니다. 축 속도에 맞춰 발광 기간 조정 등의 다양한 기법으로 이 성능을 최고 100 m/s로 높일 수 있고, 더 낮은 작동 속도에서 극도로 낮은 위치 지터를 유지할 수 있습니다.

그리고 그 결과는...

EVOLUTE 엔코더는 ±0.75°의 편요각, ±0.5°의 피치와 롤, 탑재 높이에서 놀라운 ±250 µm의 여유 있는 설치 공차를 제공합니다. 한편 여유로운 옵티컬 풋프린트와 더불어 첨단 오차 정정 절차가 최대 100 m/s에서 50 nm 분해능 유지와 동시에 입자 및 그리스 오염을 포함한 옵티컬 오염에 탁월한 내성을 제공합니다.

QUANTiC™

많은 스케일 주기로부터 출력들의 평균을 산출하여 분진 등과 같은 비주기적 피처를 효과적으로 걸러내는 독창적인 제3세대 Renishaw 필터링 옵틱이 QUANTiC 엔코더에 채용됩니다. 또한 명목상 구형파 스케일 패턴은 검출기에 순수 사인 프린지 필드만 남기도록 필터링됩니다. 여기서 네 가지 형태의 대칭 위상 신호로 광전류를 생성할 수 있을 정도로 충분히 미세한 다중 핑거 구조가 채택됩니다. 이러한 신호가 결합되어, 대역폭을 500 kHz보다 높게 유지하면서 DC 성분을 제거하고 스펙트럼 순도가 높고 오프셋이 낮은 사인 및 코사인 신호 출력을 생성할 수 있습니다.

일반적으로 ±80 nm 이하(소형 로터리 시스템의 경우), 150 nm 이하(대형 로터리 시스템의 경우), ±80 nm 이하(리니어 시스템의 경우)의 낮은 보간 오차(SDE)를 보장하기 위해 향상된 동적 신호 조정 기능과 함께 자동 게인 컨트롤, 자동 밸런스 컨트롤 및 자동 오프셋 컨트롤을 통합합니다.

신중하게 설계된 전자 기기에 이러한 필터링 옵틱 혁신을 통합함으로써 넓은 대역폭의 증분형 신호를 제공하여 동급의 모든 엔코더에 최저 위치 지터(노이즈)와 최대 8,800 rpm(로터리 시스템의 경우)과 24 m/s(리니어 시스템의 경우)의 속도를 달성합니다. 기타 노이즈 감소 전자기기 사용으로 한층 수월해진 다양한 미세 분해능 버전과 더불어 판독 헤드 내 보간으로 지터를 2.73 nm RMS 수준으로 낮춥니다.

QUANTiC™ 옵티컬 방식(주석 포함)

IN-TRAC 레퍼런스 마크가 증분형 스케일에 완전히 통합되어 있으며, 판독 헤드 내부의 광검출기를 통해 감지됩니다. 이러한 독특한 어레이는 레퍼런스 마크를 전자적으로 위상화하고 증분 신호를 최적화하는 자동 캘리브레이션 루틴이 제공하는 많은 이점을 활용합니다.

TONiC™

많은 스케일 주기로부터 출력들의 평균을 산출하여 분진 등과 같은 비주기적 피처를 효과적으로 걸러내는 독창적인 제3세대 Renishaw 필터링 옵틱이 TONiC에 채용됩니다. 또한 명목상 구형파 스케일 패턴은 검출기에 순수 사인 프린지 필드만 남기도록 필터링됩니다. 여기서 네 가지 형태의 대칭 위상 신호로 광전류를 생성할 수 있을 정도로 충분히 미세한 다중 핑거 구조가 채택됩니다. 이러한 신호가 결합되어, 대역폭을 500 kHz보다 높게 유지하면서 DC 구성품을 제거하고 스펙트럼 순도가 높고 오프셋이 낮은 사인 및 코사인 신호 출력을 생성할 수 있습니다.

일반적으로 ±30 nm 미만의 극히 작은 보간 오차(SDE)를 보장하기 위해 향상된 동적 신호 조정 기능과 함께 자동 게인 컨트롤(AGC), 자동 밸런스 컨트롤(ABC) 및 자동 오프셋 컨트롤(AOC)을 통합합니다.

신중하게 선택된 전자 기기에 이러한 필터링 옵틱 혁신을 통합함으로써 넓은 대역폭의 증분형 신호를 제공하여 동급의 모든 엔코더에 최저 위치 지터(노이즈)와 최대 10 m/s 속도를 달성합니다. 기타 노이즈 감소 전자기기 사용으로 한층 수월해진 다양한 미세 분해능 버전과 더불어 TONiC Ti 인터페이스 내 CORDIC 알고리즘에 의한 보간으로 지터를 0.5 nm RMS 수준으로 낮춥니다.

TONiC™ 옵티컬 방식(주석 포함)

IN-TRAC 레퍼런스 마크가 증분형 스케일에 완전히 통합되어 있으며, 판독 헤드 내부의 분할식 광검출기를 통해 감지됩니다. 그림에서 보듯이, 레퍼런스 마크 분할식 검출기가 증분형 채널 리니어 광다이오드 어레이의 중심에 직접 삽입되므로 편요 탈위상으로부터 내성이 향상됩니다. 모든 속도에서 양방향 반복정도가 단위 분해능 수준인 레퍼런스 마크 출력 생성. 이러한 독특한 어레이는 레퍼런스 마크를 전자적으로 위상화하고 동적 신호 조정을 최적화하는 자동 캘리브레이션 루틴이 제공하는 많은 이점을 활용합니다.

VIONiC™

많은 스케일 주기로부터 출력들의 평균을 산출하여 분진 등과 같은 비주기적 피처를 효과적으로 걸러내는 독창적인 제3세대 Renishaw 필터링 옵틱이 VIONiC 엔코더에 채용됩니다. 또한 명목상 구형파 스케일 패턴은 검출기에 순수 사인 프린지 필드만 남기도록 필터링됩니다. 여기서 네 가지 형태의 대칭 위상 신호로 광전류를 생성할 수 있을 정도로 충분히 미세한 다중 핑거 구조가 채택됩니다. 이러한 신호가 결합되어, 대역폭을 500 kHz보다 높게 유지하면서 DC 구성품을 제거하고 스펙트럼 순도가 높고 오프셋이 낮은 사인 및 코사인 신호 출력을 생성할 수 있습니다.

일반적으로 ±15 nm 미만의 극히 낮은 보간 오차(SDE)를 보장하기 위해 향상된 동적 신호 조정 기능과 함께 자동 게인 컨트롤(AGC), 자동 밸런스 컨트롤(ABC) 및 자동 오프셋 컨트롤(AOC)을 통합합니다.

신중하게 선택된 전자 기기에 이러한 필터링 옵틱 혁신을 통합함으로써 넓은 대역폭의 증분형 신호를 제공하여 동급의 모든 엔코더에 최저 위치 지터(노이즈)와 최대 12 m/s 속도를 달성합니다. 기타 노이즈 감소 전자기기 사용으로 한층 수월해진 다양한 미세 분해능 버전과 더불어 판독 헤드 내 보간으로 지터를 1.6 nm RMS 수준으로 낮춥니다.

TONiC™ 옵티컬 방식(주석 포함)

IN-TRAC™ 레퍼런스 마크가 증분형 스케일에 완전히 통합되어 있으며, 판독 헤드 내부의 분할식 광검출기를 통해 감지됩니다. 그림에서 보듯이, 레퍼런스 마크 분할식 검출기가 증분형 채널 리니어 광다이오드 어레이의 중심에 직접 삽입되므로 편요 탈위상으로부터 내성이 향상됩니다. 이러한 독특한 어레이는 레퍼런스 마크를 전자적으로 위상화하고 증분 신호를 최적화하는 자동 캘리브레이션 루틴이 제공하는 많은 이점을 활용합니다.

ATOM DX™

ATOM DX 엔코더는 TONiC 및 VIONiC과 같은 Renishaw 증분형 엔코더에 사용되어 시장에서 성능을 입증받은 필터링 옵틱을 채택하고 있습니다. ATOM DX 판독 헤드는 증분 및 레퍼런스 마크 센서 사이 중앙에 위치한 비시준 LED 광원이 특징입니다. 이 고도 확산 LED는 LED보다 훨씬 큰 스케일의 풋프린트와 함께 낮은 프로파일 높이를 생성하므로 증분 및 레퍼런스 마크 영역을 비출 수 있습니다. 비간섭성 LED가 높은 순도의 고조파 신호를 생성하여 높은 분해능 보간을 가능하게 합니다. 또한 효율적인 측광이 지터가 낮은 출력 신호를 생성합니다. ATOM DX가 스케일 기복이나 오염으로 인한 측정 오차를 유발하지 않는다는 점은 이 필터링 옵틱 방식의 상당한 장점입니다.


일반적으로 ±15 nm 미만의 극히 낮은 보간 오차(SDE)를 보장하기 위해 자동 게인 컨트롤(AGC), 자동 밸런스 컨트롤(ABC) 및 자동 오프셋 컨트롤(AOC)을 포함한 고급 동적 신호 조정 방법을 완벽하게 통합하고 있습니다.


신중하게 선택된 전자 기기와 필터링 옵틱의 조합으로 넓은 대역폭의 증분형 위치 피드백 신호를 생성하여 동급의 모든 엔코더에 최저 위치 지터(노이즈)와 최대 12 m/s 속도를 달성합니다. 기타 노이즈 감소 전자기기 사용으로 한층 수월해진 다양한 미세 분해능 버전과 더불어 판독 헤드 내 디지털 신호 보간으로 지터를 1.6 nm RMS 수준으로 낮춥니다.


ATOM DX 엔코더 시리즈는 하나의 대형 피처, 트렉 이탈 옵티컬 레퍼런스 마크를 사용하므로 오염에 대한 내성이 강합니다. QUANTiC™VIONiC™ 엔코더 시리즈에 사용된 것처럼, 간단하고 직관적인 자동 캘리브레이션 루틴을 통해 레퍼런스 마크의 위상 설정이 이루어집니다.

ATOM™ 옵티컬 방식(주석 포함)

ATOM™

ATOM은 증분과 레퍼런스 마크 센서 사이 중앙에 위치한 비시준 LED를 사용합니다. 이 고도 확산 LED는 LED보다 훨씬 큰 스케일에서 일정한 점유 공간으로 낮은 높이를 생성하므로 증분 및 레퍼런스 마크 영역의 발광이 가능합니다.

ATOM은 모든 Renishaw 증분형 엔코더에서 사용된 것과 같은 필터링 옵티 방식을 사용합니다. 비간섭성 LED가 높은 순도의 고조파 신호를 생성하여 높은 분해능 보간을 가능하게 합니다. 효율적인 측광이 낮은 지터 신호도 생성합니다. ATOM은 스케일 오염과 기복으로 인한 측정 오차를 유발하지 않는 점은 필터링 옵틱 방식의 또 다른 장점입니다.

ATOM은 하나의 대형 피처, 트렉 이탈 옵티컬 레퍼런스 마크를 사용하므로 오염에 대한 내성이 강합니다. 레퍼런스 마크 위상 조절은 TONiC에서 작동하는 것과 같은 수준으로 간단합니다.

ATOM™ 옵티컬 방식(주석 포함)