ES2314415T3 - Codificador optoelectronico "codigo-posicion". - Google Patents
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Abstract
El codificador optoelectrónico "código-posición" compuesto por: escala de coordenadas [1] con pista de tramas [10] y pista codificada [11], incluyendo la primera el área de ventanas que forma la trama regular y la última, el área codificada de ventanas, unidad lectora [2] compuesta por la máscara de análisis de la trama, la que incluye enlaces separados de las ventanas de la trama regular [12, 12''], y está ligada ópticamente con la pista de trama [10] de la escala de coordenadas [1], por los detectores de luz de la pista de trama situados detrás de la máscara de análisis de la trama, por el detector de luz multiunitario [7] la pista codificada [11] y por el aparato de alumbrado para la iluminación de los detectores de luz de la pista de trama y detectores de luz multiunitarios; así como unidad grabadora [8] y unidad analizadora [9], detectores de luz de la pista de trama y detector de luz multiunitario [7] conectados respectivamente a las unidades grabadora [8] y analizadora [9] y distinguiéndose por este hecho. La unidad lectora [2] está equipada con la máscara de análisis del código, la que incluye dos pistas de ventanas con un período que se divide por entero entre el paso del código (L), y con la anchura de cada ventana mencionada [13, 13''] igual al paso del código (L). las ventanas [13, 13''] de las pistas de la máscara de análisis del código están desplazadas una respecto a la otra por un valor igual a la mitad del paso del código (L/2), las fases espaciales iniciales de los enlaces separados de las ventanas de la trama regular [12, 12''] de la máscara de análisis de la trama están mutuamente desplazadas por un valor igual al cuarto de paso (L/4), y las fases espaciales iniciales del primero de los enlaces separados de la máscara de análisis de la trama y una de las pistas de la máscara de análisis del código están niveladas una respecto a la otra; la anchura total de las pistas de la máscara de análisis del código es inferior a la altura de las ventanas [13, 13''] de la pista codificada de la escala de coordenadas [1]; el detector de luz multiunitario [7] está situado detrás de la máscara de análisis del código ligada ópticamente con la pista codificada de la escala de coordenadas y comprende dos áreas separadas [14, 14''] de elementos sensibles a la luz, correspondiendo cada una de las áreas a una pista determinada [13, 13''] de la máscara de análisis del código.
Description
Codificador optoelectrónico
"código-posición".
\global\parskip0.970000\baselineskip
La invención se refiere al ámbito del
equipamiento de medición y puede utilizarse para la medición de
desplazamientos lineales y angulares del objeto.
El desarrollo de altas tecnologías impone
requerimientos cada vez mayores para la precisión, fiabilidad y
ergonomía de los sensores de posición. Estos requerimientos se
cumplen exitosamente por los sensores de posición de trama
electroópticos.
Es conocida la tecnología de los sensores casi
absolutos de desplazamiento lineal y angular que consisten en una
escala de trama y una unidad lectora, la cual, a su vez, consiste
en un aparato de alumbrado, una máscara de análisis y detectores de
luz. En estos sensores se utiliza el código de una sola pista, el
que garantiza el enlace de coordenadas de la unidad lectora
respecto a la escala de tramas (escala de coordenadas). En el
sensor se utiliza una sola ventana de detección de luz, la que
tiene una anchura igual al paso del código.
Con relación a lo expuesto, la determinación del
código de desplazamiento de la unidad lectora, después de activarse
el sensor, requiere un posterior desplazamiento (cambio de posición)
por un valor que corresponda a la longitud del código que se
utilice.
En el codificador angular conocido del
Certificado de Autor de la URSS No. 147843, clase interior H03M
1/24, publicado en 1989, la reducción del desplazamiento requerido
de la unidad lectora de la señal se logra gracias al empleo de una
serie de ventanas de detección de luz, determinándose el número de
ventanas por la longitud del código que se utiliza.
A pesar de que en dicho caso la longitud del
desplazamiento durante el movimiento preliminar está
sustancialmente reducida, ésta no está eliminada totalmente, lo que
se explica por el carácter indeterminado de la lectura del código
de la posición de la unidad lectora por las ventanas de detección de
luz en la máscara de análisis.
La indeterminación de la lectura del código de
coordenadas puede aparecer en el caso de la situación
"crítica" de los límites de la ventana del código respecto al
centro de una de las ventanas de análisis, en la cual sea imposible
asignar fiablemente los valores "0" ó "1" para la señal
del respectivo detector de luz. Por tanto, para eliminar la
indeterminación de la lectura del código de coordenadas, la máscara
de análisis (es decir, la unidad lectora) deberá desplazarse
complementariamente.
Por consiguiente, al determinar el código de
coordenadas, después de activar el codificador, se hace obligatorio
el desplazamiento mencionado de la unidad lectora, lo cual es
inadmisible en algunas situaciones.
En esta invención del codificador
optoelectrónico "código-posición" ha sido
elegido como prototipo otro codificador de posición conocido de la
patente de EE.UU. No. 5, 235, 181, clase interior G01 D 5/34,
publicada en 1993. Utilización de la patente de EE.UU. para el
convertidor electro-óptico "posición- número".Documento
jurídico 66551-0001.
Este codificador contiene una escala de
coordenadas con una pista de trama y una pista codificada, siendo
hecha la primera como una cadena de ventanas que forma la trama
regular, y la segunda, como una cadena codificada de ventanas, una
unidad lectora compuesta por un aparato de alumbrado, un objetivo
que proyecta la pista alumbrada de ventanas codificadas a la
superficie sensible a la luz del CCD (charge coupled device –
dispositivo de acoplamiento por carga) (detector de luz
multiunitario) y una máscara de análisis de la trama, la que forma
el enlace de trama óptico con la pista de trama de la escala de
coordenadas y con los respectivos detectores de luz situados detrás
de ésta. Asimismo el codificador contiene las unidades grabadora y
analizadora. El detector CCD de este codificador genera una señal
de vídeo, la que representa una cadena de impulsos unipolares con
una envolvente que corresponde a la distribución del brillo en su
superficie sensible a la luz. Por consiguiente, la señal de vídeo
representa por completo la imagen corriente de la sección de la
pista codificada en las coordenadas del área del CCD.
El análisis de la señal de vídeo, la que
corresponde al código de coordenadas, hace posible la determinación
de la posición de la unidad lectora, eliminando la indeterminación
de la lectura de la información codificada.
El objeto de la invención es la eliminación de
la indeterminación de la lectura del código de coordenadas, cuando
el objeto de mediciones está en su posición estática inicial,
aumentando de forma acompañante la velocidad de la reacción y la
exactitud potencial del codificador optoelectrónico de la posición
codificada y disminuyendo simultáneamente las dimensiones globales
del mismo.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Para lograr el propósito mencionado más arriba,
se propone un codificador optoelectrónico
"código-posición" compuesto por una escala de
coordenadas con una pista de trama y una pista codificada, siendo
ejecutada la primera como una cadena de ventanas que forma la trama
regular, y la pista codificada está ejecutada como una cadena
codificada de ventanas, una unidad lectora que implica un aparato
de alumbrado, una máscara de análisis de la trama, ejecutada en
forma de enlaces separados de las ventanas de trama regulares y de
la escala de coordenadas ligada ópticamente con la pista de trama,
detectores de luz de la pista de trama situados detrás de la
máscara de análisis de la trama, un detector de luz multiunitario de
la pista codificada, una unidad grabadora y una unidad analizadora.
El detector de luz de la pista de trama y el detector de luz
multiunitario de la pista codificada están conectados,
respectivamente, a la unidad grabadora y a la unidad analizadora. La
unidad lectora está dotada de una máscara de análisis del código,
la cual implica dos líneas de ventanas con un período que se divide
por entero entre el paso del código, y con una anchura de cada
ventana que es igual al paso del código. Las ventanas de la máscara
de análisis del código están mutuamente desplazadas por un valor
igual a la mitad del paso del código, y las fases espaciales
iniciales de la máscara de análisis de la trama están niveladas
respecto a una de las pistas de la máscara de análisis del código.
La anchura total de las pistas de la máscara de análisis del código
es inferior a la altura de las ventanas de la pista codificada de la
escala de coordenadas. El detector de luz multiunitario está
situado detrás de la máscara de análisis del código, la cual está
ligada ópticamente con la pista codificada de la escala de
coordenadas y está compuesta por dos áreas separadas de detectores
de luz, cada una de las cuales corresponde a una pista específica de
la máscara de análisis del código; el aparato de alumbrado de la
unidad lectora tiene un diodo luminoso situado en el plano focal
del condensador, y las máscaras de análisis de la trama y de código
están ejecutadas como una pieza aparte.
En comparación con la tecnología antecedente,
gracias a la máscara de análisis del código ligada ópticamente con
la pista de trama de la escala de coordenadas; a la máscara de
análisis del código que implica dos áreas de ventanas con un
período que se divide por entero entre el paso del código y con una
anchura de cada ventana igual al paso del código; gracias al
desplazamiento de las ventanas de una pista respecto a la otra
pista por la mitad del paso del código; gracias a la nivelación de
las fases espaciales iniciales de la máscara de análisis de la trama
y de una de las pistas de la máscara de análisis del código; y
gracias a la posición del detector multiunitario de luz detrás de
la máscara de análisis del código, consistiendo el detector de luz
multiunitario en dos áreas separadas de detectores de luz, cada una
de las cuales corresponde a una pista específica de la máscara de
análisis del código,
el codificador optoelectrónico
"código-posición" que se propone hace
posible:
- -
- aumento de la velocidad de reación del codificador, disminuyendo sustancialmente el número de elementos sensibles a la luz que se interrogan, con la posibilidad de un interrogatorio paralelo de los mismos;
- -
- aumento de la exactitud potencial del codificador por estar situada la máscara de análisis del código en la cercanía inmediata de la escala de coordenadas, lo que elimina prácticamente la influencia del desplazamiento angular del carro de la unidad lectora en la exactitud potencial;
- -
- reducción de las dimensiones globales por excluir el objetivo proyector.
La invención se explica por una descripción
detallada de un ejemplo de su realización, con referencias a los
planos adjuntos, entre los cuales:
La fig. 1 ilustra el esquema estructural del
codificador optoelectrónico "código-posición"
junto con la vista frontal de la unidad lectora mostrada en la
misma.
La fig. 2 muestra la vista de arriba de la
unidad lectora representada en la fig. 1.
La fig. 3 representa la escala de coordenadas y
la unidad lectora en la sección B-B.
La fig. 4 representa un fragmento de la escala
de coordenadas.
La fig. 5 ilustra un fragmento de la máscara de
análisis, incluyendo las máscaras de análisis de trama y
codificada.
La fig. 6 muestra las máscaras de análisis y el
detector de luz multiunitario.
Según la invención, el codificador
optoelectrónico "código-posición" (Fig. 1, 2)
contiene la escala de coordenadas 1, la unidad lectora 2, la cual
comprende el diodo luminoso 3, el condensador 4, la máscara de
análisis 5, el detector de luz de la pista de trama 6 y el detector
de luz multiunitario 7 de la pista codificada ligados ópticamente.
El diodo luminoso 3 y el condensador 4 forman el aparato de
alumbrado. La máscara de análisis 5 comprende una máscara de
análisis de la trama y una máscara de análisis del código. Los
detectores de luz de la pista de trama 6 y el detector de luz
multiunitario 7 de la pista codificada están conectados a la unidad
grabadora 8 y a la unidad analizadora 9 respectivamente. Las
unidades 8 y 9 están conectadas entre sí.
La escala de coordenadas 1 (Fig. 3 y 4) tiene la
pista de trama 10 y la pista codificada 11. La pista de trama 10
está ejecutada como un área de ventanas que forma la trama regular,
y la pista codificada está ejecutada como un área de ventanas
codificada.
La máscara de análisis 5 (Fig. 5) implica una
máscara de análisis de la trama, la cual está ejecutada como
enlaces separados 12 y 12' de las ventanas de la trama regular, y
una máscara de análisis del código, ejecutada en forma de dos pistas
13 y 13'.
Las ventanas de las pistas 13 y 13' de la
máscara de análisis del código (Fig. 5) están situadas con el
período k\cdotL que se divide por entero entre el paso del código
de la trama L (Fig. 4) y con una anchura de la ventana igual a L
(paso del código).
Las ventanas de las pistas 13 y 13' (Fig. 5) de
la máscara de análisis del código están mutuamente desplazadas por
un valor igual a L/2 (medio paso del código).
Las fases espaciales iniciales de los enlaces 12
y 12' de la máscara de análisis de la trama están mutuamente
desplazadas por un valor igual a \pi/2, es decir, por L/4.
Las fases espaciales iniciales de la máscara de
análisis de la trama: el lazo 12 y la pista 13 de la máscara de
análisis del código están niveladas una respecto a la otra (Fig.
5).
La anchura total b' de las pistas 13 y
13' de la máscara de análisis del código (Fig. 5) es inferior a la
altura b de las ventanas de la pista codificada 11 de la
escala de coordenadas 1 (Fig. 4). El detector de luz multiunitario
7 de la pista codificada (Fig. 6) está compuesto por dos áreas
separadas 14 y 14' de detectores de luz, cada uno de los cuales
corresponde a una pista determinada de entre las pistas 13 y 13'
(Fig. 5, 6) de la máscara de análisis del código, y cada uno de los
detectores de luz 6 y 6' de la pista de trama 10 corresponde a un
enlace determinado de entre los enlaces 12 y 12' de las ventanas de
la trama regular de la máscara de análisis de la trama.
En esencia, el funcionamiento del codificador
deberá determinar fiablemente si la fase espacial de la pista
codificada 11 está dentro de los límites del valor igual a L/4
respecto a la fase cero de la máscara de análisis del código.
Si esta condición se satisface, las señales de
los elementos de detección de luz que corresponden al área 13 de la
máscara de análisis del código deberán ser aceptables para el
procesamiento. De lo contrario, las señales de los elementos de
detección de luz del área 13' deberán ser sometidas a la
descodificación.
La información referida se forma por medio del
enlace del análisis de las ventanas de la trama 12 y 12', el cual
corresponde a la pista 10 de la trama regular de la escala de
coordenadas 1.
En estas ventanas las tramas están marcadas con
un mismo paso, equivalente al paso de la trama regular de la pista
10, pero desplazado entre ellos por el valor de la fase espacial,
igual a \pi/2, esto es por ¼ del paso de la trama. En este caso
las fases de la trama de una de las ventanas se nivelan respecto a
la fase cero de la pista 13 de la máscara de análisis del
código.
Para la posición estática de los elementos del
codificador la comparación de las señales U_{0} y U_{90},
leídos desde los detectores de luz 6 y 6' de la pista de la trama
relacionadas con dichas ventanas deja la posibilidad de tomar la
decisión sobre la utilización de una u otra pista 13 y 13' de la
máscara de análisis del código, la cual debe leerse desde los
elementos de detección de luz del área respectiva 14 y 14' del
detector de luz multiunitario 7.
La comparación mencionada se ejerce por la
unidad grabadora 8. El resultado de la comparación se transmite a
la unidad analizadora 9, la cual interroga los elementos de
detección de luz del área elegida 14 ó 14', forma el código de la
posición de la unidad lectora 2 y lo descodifica.
La información obtenida corresponde a la
posición de la unidad lectora 2 respecto a la escala de coordenadas
1 con la exactitud de L/2.
La información de coordenadas se establece por
el procesamiento de las señales ortogonales de los detectores de
luz 6 y 6' mediante el interpolador estándar que hay en la unidad
grabadora 8.
La suma de los datos del cálculo aproximado y
preciso y la formación de los resultados en el formato requerido se
lleva a cabo por la unidad analizadora 9, cuya salida es la salida
del codificador.
Por consiguiente, la invención presentada hace
posible eliminar la indeterminación de la lectura del código de
coordenadas en la posición inicial estática del objeto de
mediciones y simultáneamente aumenta la velocidad de reacción,
disminuye las dimensiones globales, aumenta la exactitud potencial
del codificador.
Claims (3)
1. El codificador optoelectrónico
"código-posición" compuesto por:
- escala de coordenadas [1] con pista de tramas [10] y pista codificada [11], incluyendo la primera el área de ventanas que forma la trama regular y la última, el área codificada de ventanas,
- unidad lectora [2] compuesta por la máscara de análisis de la trama, la que incluye enlaces separados de las ventanas de la trama regular [12, 12'], y está ligada ópticamente con la pista de trama [10] de la escala de coordenadas [1], por los detectores de luz de la pista de trama situados detrás de la máscara de análisis de la trama, por el detector de luz multiunitario [7] la pista codificada [11] y por el aparato de alumbrado para la iluminación de los detectores de luz de la pista de trama y detectores de luz multiunitarios;
- así como unidad grabadora [8] y unidad analizadora [9], detectores de luz de la pista de trama y detector de luz multiunitario [7] conectados respectivamente a las unidades grabadora [8] y analizadora [9] y distinguiéndose por este hecho.
- La unidad lectora [2] está equipada con la máscara de análisis del código, la que incluye dos pistas de ventanas con un período que se divide por entero entre el paso del código (L), y con la anchura de cada ventana mencionada [13, 13'] igual al paso del código (L).
- las ventanas [13, 13'] de las pistas de la máscara de análisis del código están desplazadas una respecto a la otra por un valor igual a la mitad del paso del código (L/2),
- las fases espaciales iniciales de los enlaces separados de las ventanas de la trama regular [12, 12'] de la máscara de análisis de la trama están mutuamente desplazadas por un valor igual al cuarto de paso (L/4), y las fases espaciales iniciales del primero de los enlaces separados de la máscara de análisis de la trama y una de las pistas de la máscara de análisis del código están niveladas una respecto a la otra;
- la anchura total de las pistas de la máscara de análisis del código es inferior a la altura de las ventanas [13, 13'] de la pista codificada de la escala de coordenadas [1];
- el detector de luz multiunitario [7] está situado detrás de la máscara de análisis del código ligada ópticamente con la pista codificada de la escala de coordenadas y comprende dos áreas separadas [14, 14'] de elementos sensibles a la luz, correspondiendo cada una de las áreas a una pista determinada [13, 13'] de la máscara de análisis del código.
2. El codificador optoelectrónico
"código-posición", tal como está indicado en el
punto 1 de la fórmula de la invención, se distingue por que el
aparato de alumbrado de la unidad lectora implica el diodo luminoso
[3], el condensador [4], estando situado el diodo luminoso [3] en
el plano focal del condensador [4].
3. El codificador optoelectrónico
"código-posición", tal como está indicado en el
punto 1 de la fórmula de la invención, se distingue por que la
máscara de análisis del código y la de de análisis de la trama
están ejecutadas como una pieza aparte.
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