¿Cuál es la diferencia entre el escaneo de campo único y el escaneo de cuatro campos de escalas ópticas?

Óptico Codificadores lineales Se utilizan en máquinas herramienta, técnicas de automatización y equipos de medición e inspección. Los codificadores lineales cerrados evitan la entrada de polvo, residuos y salpicaduras de líquidos, y son ideales para máquinas y sistemas que operan en entornos operativos hostiles con alta contaminación. Gracias a su diseño compacto, también son muy eficaces en la automatización de accionamiento directo y ensamblajes. Los codificadores lineales ópticos abiertos se utilizan en máquinas y sistemas rápidos y precisos, como equipos de producción y medición en la industria de semiconductores, máquinas de superprecisión, medición lineal, accionamiento directo y equipos de precisión.

El requisito más importante de estas aplicaciones es:

- Alta precisión de posicionamiento 

- Alta velocidad móvil

- Alta disponibilidad de la máquina 

- Control de velocidad de ajuste fino

El escaneo de campo único se caracteriza por reducir significativamente la sensibilidad a la contaminación y ofrecer señales de salida de mayor calidad.

escaneo optoelectrónico

Los estándares de medición se construyen regularmente mediante codificadores lineales según el principio de escaneo fotoeléctrico. En este principio, las reglas estructuradas se mueven respecto a rejillas indexadas con una estructura igual o similar. La luz inyectada se modula: si el espacio está alineado, la luz pasa a través de él. Si la línea de un espacio de rejilla coincide con el de otro, no pasa luz. Las células fotovoltaicas transforman la intensidad de la luz en señales eléctricas.

El escaneo fotoeléctrico se realizó según el principio de imagen.

El sistema óptico es sensible a todo tipo de contaminación. Con el nuevo principio de escaneo de campo único, se puede mejorar significativamente.

El escaneo de cuatro campos genera la señal

El escaneo fotoeléctrico se realizó según el principio de imagen, con escaneo de cuatro campos.

La línea de barrido posee un campo de barrido cuyas rejillas presentan un desfase de un cuarto del período de la rejilla. Esta celda fotovoltaica correspondiente produce una señal sinusoidal con un desfase eléctrico de 90° entre sí. Estas señales de barrido no presentan inicialmente simetría respecto a la línea cero. Por esta razón, la celda fotovoltaica se conecta al circuito push-pull, donde las dos señales de salida I⁻ e I⁻ son simétricas respecto a la línea cero y presentan un desfase eléctrico de 90°.

Un escaneo de campo único genera una señal

La línea de escaneo presenta una rejilla de área grande con un período ligeramente diferente al de la regla. Esto produce una oscilación óptica a lo largo del campo de escaneo: en algunos puntos, las líneas emergen para dejar pasar la luz. En los puntos donde las demás líneas y espacios se superponen, se generan sombras. Entre estos puntos, el espacio solo se cubre parcialmente. Esto genera un filtro óptico que permite una forma muy similar a la señal uniforme de la onda sinusoidal. Un sensor fotoeléctrico de área grande y estructurado especialmente reemplaza una sola célula fotovoltaica para generar cuatro señales de escaneo con desplazamiento de fase eléctrica de 90°.

El escaneo fotoeléctrico se realizó de acuerdo con los principios de imagen, con escaneo de campo único.

Imágenes de sensores de luz de estructura de escala y marcas de escaneo de campo claro/oscuro

Ventajas del escaneo de campo único

No sensible a la contaminación

La amplia área de escaneo, que abarca todo el ancho de la regla de rejilla, y la disposición continua de múltiples campos de escaneo hacen que los codificadores de escaneo de campo único sean extremadamente insensibles a la contaminación. Los resultados de las pruebas de contaminación del control correspondiente demuestran que el codificador continúa proporcionando señales de alta calidad incluso al simular una contaminación de gran superficie. El error de posición sigue estando muy por debajo del valor especificado para el nivel de precisión del codificador.

En muchos casos, dependiendo de la contaminación, esto incluso evita que el codificador falle más allá de cuatro escaneos.

El siguiente ejemplo muestra la contaminación que afecta a la señal de salida. La representación XY en el osciloscopio, donde la señal forma un gráfico de Lissajous, muestra la señal de salida ideal como un círculo interno concéntrico. La desviación en la forma y posición del círculo provoca un error de posición a lo largo de un ciclo de señal (véase la precisión de la medición); por lo tanto, consulte directamente los resultados de la medición. El tamaño del círculo correspondiente a la amplitud de la señal de salida puede variar dentro de un rango determinado sin afectar la precisión de la medición. Sin embargo, en codificadores con escaneos de campo único, solo se observó una pequeña amplitud de cambio. En la representación XY, solo se observaron ligeros cambios de diámetro, lo cual indica un error de posición extremadamente bajo. Este tipo de contaminación tiene un efecto muy significativo en cuatro escaneos: dado que el segundo escaneo involucra campos, la representación XY muestra una elipse extremadamente excéntrica. Esto provoca que el codificador falle completamente en esa posición.

Efecto de la contaminación en las señales de salida

Bmejor señal eléctrica

En la práctica, la señal de salida del codificador se distorsiona debido a defectos de fabricación, ensamblaje y escaneo óptico, así como a los efectos negativos de los cambios en las condiciones ambientales. Esta distorsión de la señal provoca la distorsión de la señal (SDE), que repite los cambios en la trama del codificador en cada ciclo. Los cambios en el nivel de fondo de la señal (UA_o ", UB_o") suelen deberse a defectos o contaminantes en la escala de medición del codificador. Las diferentes desviaciones de la señal también pueden estar relacionadas con un ajuste incorrecto de los componentes electrónicos. Esta distorsión genera una curva de Lissajous excéntrica, como se muestra en la Figura (a) a continuación. Debido a la iluminación irregular o inconsistente del fotodetector y a la diferente amplitud de pico de las señales A y B (UA, UB), este error genera una curva de Lissajous elíptica, como se muestra en la Figura (b). El desfase en el ángulo eléctrico de 90° produce una curva elíptica, como se muestra en la Figura (c). La principal causa de este error es la inclinación entre la rejilla de la línea de escaneo y la regla de medición principal. Todos los armónicos altos causados ​​por efectos ópticos y dispositivos electrónicos harán que la señal no presente curvas sinusoidales perfectas, y este tipo de error forma una curva de Lissajous no circular, como se muestra en la Figura (d).

Curva de Lissajous de la señal del codificador óptico con error de segmentación relativo (SDE): (a) error de configuración de los componentes electrónicos; (b) error de amplitud; (c) error de desplazamiento de fase; (d) forma de la señal

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