ES2602579T3 - Dispositivo optoelectrónico y método asociado - Google Patents

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ES2602579T3 ES14382426.6T ES14382426T ES2602579T3 ES 2602579 T3 ES2602579 T3 ES 2602579T3 ES 14382426 T ES14382426 T ES 14382426T ES 2602579 T3 ES2602579 T3 ES 2602579T3
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José Luis de la Peña Azarola
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Abstract

Dispositivo optoelectrónico para medir desplazamientos lineales, que comprende un primer elemento (1), un segundo elemento (2) desplazable linealmente con respecto al primer elemento (1) en una dirección de medición (X), y unos medios de control (3) para determinar la posición relativa entre ambos elementos (1, 2), comprendiendo el segundo elemento (2) unos medios de emisión (20) para iluminar una superficie de reflexión (10) especular del primer elemento (1) y un área de recepción (21) para recibir al menos parte de la luz que se refleja en la superficie de reflexión (10), caracterizado porque el dispositivo (100) comprende además una ventana (4) que está dispuesta en el recorrido de la luz entre los medios de emisión (20) y el área de recepción (21), y que comprende un área de perturbación (40) con zonas parciales (40a, 40b) sucesivas de diferente capacidad de transmisión de la luz, estando los medios de control (3) adaptados para comparar una distribución de intensidad luminosa generada en el área de recepción (21) a partir de la luz emitida para iluminar la superficie de reflexión (10) del primer elemento (1) y que atraviesa la ventana (4) con una distribución de intensidad luminosa patrón predeterminada, y para determinar el ángulo de cabeceo (α) entre ambos elementos (1, 2) en función del resultado de dicha comparación.

Description

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Dispositivo optoelectronico y metodo asociado.
SECTOR DE LA TECNICA
La presente invencion se refiere a un dispositivo optoelectronico para medir desplazamientos lineales, y a un metodo asociado para determinar al menos un angulo de rotacion.
ESTADO ANTERIOR DE LA TECNICA
Los dispositivos optoelectronicos para medir desplazamientos lineales comprenden dos elementos que se desplazan uno con respecto al otro en una direccion de medicion lineal, y el dispositivo esta configurado para determinar el desplazamiento relativo entre ambos elementos. Los elementos se corresponden con una regla graduada, que normalmente esta fijada a una superficie de un maquina y permanece fija, y una cabeza lectora que esta dispuesta a una distancia de separacion determinada con respecto a la regla graduada y que se desplaza linealmente en la direccion de medicion con respecto a la regla graduada, explorandola con medios opticos. La regla graduada comprende una pista incremental compuesta por zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion y distribuidas en la direccion de medicion con un periodo determinado, y como resultado de la exploracion optica de la cabeza lectora sobre ella a medida que dicha cabeza lectora se desplaza en la direccion de medicion se generan unas senales electricas periodicas (dependientes del periodo de la regla graduada) a partir de las cuales se puede determinar el desplazamiento relativo entre ambos elementos. Normalmente se generan dos senales en cuadratura, con sus correspondientes senales negativas, y el desplazamiento se determina en funcion de los flancos de al menos una de dichas senales. La precision de la medida depende del numero de flancos de dichas senales que se tienen en cuenta, y del periodo de las zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la regla graduada.
Algunos dispositivos comprenden ademas al menos un fndice de referencia en la regla graduada, de tal manera que se puede determinar el desplazamiento relativo entre ambos elementos tomando como posicion de referencia la posicion en la que se detecta el fndice de referencia. Un ejemplo de este tipo de dispositivos se divulga por ejemplo en el documento EP11775558A1.
En otros dispositivos, como por ejemplo el divulgado en el documento EP2199752A1, se utiliza, en vez de un fndice de referencia, una pista adicional paralela a la regla graduada. Esta pista paralela esta formada por zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion que forman un codigo pseudoaleatorio. Gracias a la pista adicional se puede determinar ademas la posicion absoluta en todo momento de uno de los elementos con respecto al otro.
Lo ideal para los dispositivos de este tipo es que, tanto en la instalacion como durante el desplazamiento relativo entre los dos elementos, ambos elementos esten paralelos entre sf. En la practica esto no suele ser asf puesto que un elemento puede rotar o estar rotado con respecto al otro elemento. En la figura 1 se representan a modo de ejemplo los ejes de coordenadas Xr, Yr y Zr de un primer elemento 1' fijo y los ejes de coordenadas X2', Y2' y Z2' de un segundo elemento 2' desplazable con respecto al primer elemento 1', que son paralelos, y sobre los ejes de coordenadas X2', Y2' y Z2' del segundo elemento 2' se representan las posibles rotaciones R1 (cabeceo), R2 (orientacion) y R3 (balanceo) de dicho segundo elemento 2' con respecto a dichos ejes de coordenadas X2', Y2' y Z2', lo que resultana en una perdida de paralelismo entre ambos elementos 1' y 2'. Cuando existe una rotacion R1, R2 o R3 del segundo elemento 2' con respecto a alguno de los ejes de coordenadas X2', Y2' y Z2', (y por lo tanto esta rotado con respecto al primer elemento 1') existe una desviacion angular de dicho segundo elemento 2 en la direccion correspondiente con respecto a la posicion en la que estarian ambos elementos 1' y 2' paralelos, y dicha desviacion se cuantifica mediante un angulo de rotacion correspondiente: angulo de cabeceo para la rotacion R1, angulo de orientacion para la rotacion R2 y angulo de balanceo para la rotacion R3. Las rotaciones R1, R2 y R3, en particular las rotaciones R1 y R2, pueden dar lugar a medidas erroneas de posicion en la direccion de desplazamiento X', por lo que la determinacion de al menos un angulo de rotacion puede emplearse para corregir las medidas de posicion en la direccion de medicion X obtenidas y evitar asf los posibles errores debido a la rotacion correspondiente.
En el documento EP11271107A1 se divulga un dispositivo que soluciona este problema, al menos en parte, puesto que se propone un modo de detectar y cuantificar el cabeceo (el angulo de rotacion asociado a la rotacion R1 mostrada en la figura 1, es decir, el angulo de cabeceo). La regla graduada del dispositivo descrito comprende una pista incremental con zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion distribuidas en la direccion de medicion que definen dos periodos claramente diferenciados, dando lugar a dos senales de exploracion diferentes a medida que la cabeza lectora se desplaza. Cada senal de exploracion forma parte de un sistema de medida, y en este documento se propone comparar las senales de exploracion obtenidas con dos sistemas de medida diferentes para detectar y cuantificar el cabeceo, y poder asf corregirlo.
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EXPOSICION DE LA INVENCION
El objeto de la invencion es el de proporcionar un dispositivo optoelectronico para medir desplazamiento lineales y un metodo asociado, tal y como se define en las reivindicaciones.
Un primer aspecto de la invencion se refiere a un dispositivo optoelectronico para medir desplazamiento lineales que comprende un primer elemento, un segundo elemento desplazable linealmente con respecto al primer elemento en una direccion de medicion, y unos medios de control para determinar la posicion de uno de los elementos con respecto al otro elemento. El segundo elemento comprende unos medios de emision para iluminar una superficie de reflexion especular del primer elemento y un area de recepcion para recibir al menos parte de la luz que se refleja en la superficie de reflexion especular, entendiendose por superficie de reflexion especular aquella superficie con capacidad de reflejar de manera especular al menos parte de la luz que recibe.
El dispositivo de la invencion comprende ademas una ventana que esta dispuesta en el recorrido de la luz entre los medios de emision y el area de recepcion, y que comprende un area de perturbacion con zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz, distribuidas en la direccion de medicion. Los medios de control estan adaptados para comparar una distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion a partir de la luz que llega al area de recepcion tras reflejarse en la superficie de reflexion, y tras atravesar el area de perturbacion de la ventana, con una distribucion de intensidad luminosa patron predeterminada, y para determinar el angulo de cabeceo entre ambos elementos en funcion del resultado de dicha comparacion. La determinacion del angulo de cabeceo permite corregir la cota de la posicion relativa entre ambos elementos en la direccion de medicion, por ejemplo, al menos en lo que se refiere al posible error generado en la cota debido a la presencia del cabeceo.
De esta manera, gracias a la ventana y al area de perturbacion de la misma, con una unica distribucion de intensidad luminosa reflejo de una superficie de reflexion especular es suficiente para determinar la magnitud del cabeceo entre ambos elementos del dispositivo (el angulo de cabeceo, que se corresponde con el angulo de rotacion asociado a la rotacion R1 mostrada en la figura 1), teniendo que cumplir dicha superficie de reflexion la unica condicion de presentar una capacidad de reflexion especular, con lo que se puede emplear cualquier superficie del primer elemento sobre la que pueda reflejarse la luz de manera especular como superficie de reflexion para determinar el angulo de cabeceo entre ambos elementos. Ademas, al compararse dos distribuciones de intensidad luminosas (dos “imagenes”), el cabeceo se puede determinar tambien en estatico, sin necesidad de desplazar un elemento con respecto al otro para ello, lo cual puede ser ventajoso durante el montaje del dispositivo por ejemplo, puesto que durante el mismo se puede detectar la magnitud del cabeceo de una manera rapida y sencilla para corregirlo si asf se requiere (correccion de montaje o de posicion determinada durante el funcionamiento del dispositivo).
Un segundo aspecto de la invencion se refiere a un metodo de determinacion de al menos un angulo de rotacion para un dispositivo optoelectronico que se emplea para medir desplazamientos lineales entre dos elementos que se desplazan linealmente entre si. El dispositivo comprende un primer elemento, un segundo elemento desplazable linealmente con relacion al primer elemento en una direccion de medicion y unos medios de control para determinar la posicion relativa entre ambos elementos. En el metodo se ilumina una superficie de reflexion del primer elemento desde unos medios de emision del segundo elemento, recibiendose al menos parte de la luz reflejada en un area de recepcion de dicho segundo elemento. Ademas, se provoca el paso de la luz empleada para iluminar la superficie de reflexion a traves de una ventana que comprende un area de perturbacion con zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz antes de llegar al area de recepcion. Perturbandose dicha luz, se compara la distribucion de intensidad luminosa resultante generada en el area de recepcion con una distribucion de intensidad luminosa patron predeterminada, y se determina el angulo de cabeceo entre ambos elementos en funcion del resultado de dicha comparacion, obteniendose al menos las ventajas comentadas anteriormente para el primer aspecto de la invencion.
Estas y otras ventajas y caracterfsticas de la invencion se haran evidentes a la vista de las figuras y de la descripcion detallada de la invencion.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra las rotaciones que puede tener un elemento que se desplaza linealmente con respecto a otro elemento en un dispositivo optoelectronico para medir desplazamientos lineales.
La figura 2 muestra esquematicamente una realizacion del dispositivo optoelectronico de la invencion.
La figura 3 muestra el dispositivo de la figura 2, presentando el segundo elemento un angulo de cabeceo con respecto al primer elemento.
La figura 4 es una vista parcial en planta de una ventana de una realizacion del dispositivo de la invencion.
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La figura 5 es una vista en planta del primer elemento de una primera realizacion preferente del dispositivo de la invencion.
La figura 6 es una vista en planta del primer elemento de una segunda realizacion preferente del dispositivo de la invencion.
La figura 7 es una vista en planta del primer elemento de la figura 6 junto con el segundo elemento alineado con respecto a dicho primer elemento.
La figura 8 es una vista en planta del primer elemento de la figura 6 junto con el segundo elemento con un angulo de orientacion con respecto al primer elemento.
La figura 9a es una superposicion de los dispositivos mostrados en las figuras 2 y 3.
La figura 9b es una representacion grafica del recorrido de la luz en los dispositivos superpuestos de la figura 9a.
La figura 10 muestra la comparacion realizada en una realizacion del dispositivo de la invencion, de dos senales periodicas representativas de dos distribuciones de intensidad luminosa ante la presencia de un angulo de cabeceo entre el segundo elemento y el primer elemento.
La figura 11 muestra la comparacion realizada en una realizacion del dispositivo de la invencion, de dos senales periodicas representativas de dos distribuciones de intensidad luminosa ante la ausencia de un angulo de cabeceo entre el segundo elemento y el primer elemento y ante una desviacion de la distancia de trabajo con respecto a la distancia de trabajo nominal.
EXPOSICION DETALLADA DE LA INVENCION
Un primer aspecto de la invencion se refiere a un dispositivo 100 para medir desplazamientos lineales como el mostrado a modo de ejemplo en las figuras 2 y 3. El dispositivo 100 comprende un primer elemento 1, un segundo elemento 2 desplazable linealmente con respecto al primer elemento 1 en una direccion de medicion X y unos medios de control 3 para determinar el desplazamiento relativo entre ambos elementos 1 y 2, y esta adaptado ademas para determinar el angulo de cabeceo a entre ambos elementos 1 y 2 representado a modo de ejemplo en la figura 3, correspondiendose el angulo de cabeceo a con uno de los posibles angulos de rotacion comentados anteriormente (en concreto con el angulo de rotacion asociado a la rotacion R1 mostrada en la figura 1). De esta manera, a la hora de calcular la posicion relativa entre ambos elementos 1 y 2 en la direccion de medicion X se puede tener en cuenta dicho angulo de cabeceo a para corregir dicha posicion adecuadamente (la cota de dicha posicion). El angulo de cabeceo a refleja la magnitud de la rotacion R1 entre ambos elementos 1 y 2.
En este tipo de dispositivos 100 el segundo elemento 2 es una cabeza lectora, y el primer elemento 1 puede ser una parte estatica de una maquina por ejemplo, sobre la que se dispone al menos una pista de lectura sobre la que se haba mas adelante.
El segundo elemento 2 comprende unos medios de emision 20 que iluminan una superficie de reflexion 10 especular del primer elemento 1, preferentemente con una luz divergente, y un area de recepcion 21 para recibir al menos parte de la luz que se refleja especularmente en la superficie de reflexion 10, entendiendose por superficie de reflexion 10 especular aquella superficie que produce una reflexion especular de al menos parte de la luz que recibe. El dispositivo 100 comprende ademas una ventana 4 que esta dispuesta en el recorrido de la luz desde los medios de emision 20 hasta el area de recepcion 21. La ventana 4 comprende un area de perturbacion 40 con zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz distribuidas en la direccion de medicion X (zonas 40a que impiden la transmision de la luz y zonas 40b que permiten la transmision de la luz), tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 4. De esta manera, la luz que se emite para iluminar la superficie de reflexion 10 llega hasta el area de recepcion 21 habiendo sido previamente perturbada por el area de perturbacion 40 de la ventana 4 (antes o despues de reflejarse en la superficie de reflexion 10, en funcion de donde este dispuesta la ventana 4), y en el area de recepcion 21 se genera como consecuencia una distribucion de intensidad luminosa que refleja el area de perturbacion 40. Los medios de control 3 emplean dicha distribucion de intensidad luminosa para determinar el angulo de cabeceo a entre los elementos 1 y 2, de tal manera que el dispositivo 100 de la invencion permite realizar dicha determinacion gracias a la presencia de la ventana 4 y al tratamiento de la luz que atraviesa dicha ventana 4. Las zonas 40a y 40b pueden estar distribuidas periodicamente en la direccion de medicion X con un periodo P40 determinado, aunque no es un requisito indispensable. La ventana 4 se desplaza solidaria con el segundo elemento 2, y preferentemente esta integrada en dicho segundo elemento 2 formando parte de el. Ademas, la ventana 4 esta preferentemente orientada de la misma manera que el area de recepcion 21 en la direccion de medicion X, estando dicha ventana 4 afectada por el cabeceo de la misma manera que dicha area de recepcion 21, y por tanto que el segundo elemento 2.
El dispositivo 100 comprende unos medios de deteccion en el area de recepcion 21 del segundo elemento 2, que transforman la luz recibida (la distribucion de intensidad luminosa) en un formato compatible para los medios de
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control 3, de tal manera que los medios de control 3 son capaces de procesar la distribucion de la intensidad luminosa gracias a dicha transformacion. Preferentemente los medios de deteccion comprenden fotodetectores para transformar la luz recibida en al menos una senal electrica, aunque podrfan comprender otros medios. Los medios de deteccion, ademas, comprenden tantos modulos fotodetectores como se requieran para generar las senales electricas requeridas. Por ejemplo, si el dispositivo 100 comprende dos pistas de lectura paralelas, los medios de deteccion comprenden dos modulos fotodetectores diferentes (uno para cada pista de lectura), teniendose dos sistemas de medida (cada uno de ellos formado al menos por los medios de emision 20, una pista de lectura y el modulo fotodetector asociado a dicha pista de lectura).
Los medios de control 3 comparan la distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion 21 con una distribucion de intensidad luminosa patron predeterminada (en un formato compatible con los medios de control 3), y determinan el angulo de cabeceo a entre ambos elementos 1 y 2 en funcion del resultado de dicha comparacion. La distribucion de intensidad luminosa patron se genera previamente y se corresponde con la distribucion de intensidad luminosa deseada (normalmente ausencia de cabeceo entre los dos elementos 1 y 2, y con el area de recepcion 21 dispuesta a una distancia de trabajo nominal determinada con respecto a la superficie de reflexion 10), por lo que al realizarse dicha comparacion se determina de manera sencilla el angulo de cabeceo a (si ambas distribuciones coincidieran el angulo de cabeceo a sena cero y no habna cabeceo entre los dos elementos).
Preferentemente el primer elemento 1 comprende al menos una pista de lectura que sirve ademas como superficie de reflexion 10 especular. La pista de lectura comprende zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion especular de la luz distribuidas en la direccion de medicion X y es iluminada por los medios de emision 20. La luz que se refleja en la pista de lectura llega hasta el area de recepcion 21 donde se tiene una distribucion de intensidad luminosa, y dicha distribucion se emplea para determinar la posicion entre los elementos 1 y 2 por ejemplo (posicion relativa y/o posicion absoluta segun sea el caso). Los medios de deteccion generan al menos una senal electrica como respuesta a dicha distribucion que se emplea para determinar la posicion entre ambos elementos 1 y 2, y en cualquier realizacion preferente de la invencion dicha distribucion se emplea ademas para determinar el angulo de cabeceo a entre ambos elementos 1 y 2 comparandola con la distribucion de intensidad luminosa patron. En otras realizaciones la superficie de reflexion 10 puede corresponderse con cualquier otra parte del primer elemento enfrentada a los medios de emision 20, siempre que cumpla con el requisito de reflejar de manera especular al menos parte de la luz que recibe. De esta manera, en cualquier realizacion preferente se puede emplear una misma unidad de emision de los medios de emision 20 para iluminar la pista de lectura y la superficie de reflexion 10, y un mismo modulo fotodetector para transformar la distribucion de la intensidad lumfnica, tanto para determinar la posicion como para determinar el angulo de cabeceo a entre los elementos 1 y 2, lo que permite disponer de un dispositivo 100 mas compacto y mas economico.
Debido a que se comparte un mismo modulo fotodetector para dos funciones diferentes, en las realizaciones en las que la pista de lectura sirve ademas como superficie de reflexion 10 el area de perturbacion 40 cubre parcialmente la longitud de la ventana 4 en la direccion de medicion X, permitiendo el paso de la luz sin perturbacion a traves de la ventana 4 al menos a traves de un area de transmision 41 no perteneciente al area de perturbacion 40. De esta manera la distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion 21 a partir de la luz que ilumina la pista de lectura y atraviesa la ventana 4 puede comprender un primer tramo T a partir de la luz que atraviesa el area de perturbacion 40 y al menos un segundo tramo a partir de la luz que atraviesa el area de transmision 41, empleandose el tramo T para determinar el angulo de cabeceo a entre los elementos 1 y 2 y empleandose al menos el segundo tramo para determinar la posicion entre los elementos 1 y 2.
Preferentemente el area de perturbacion 40 esta centrada en la direccion de medicion X en la ventana 4 tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 4, comprendiendo dicha ventana 4 un area de transmision 41 a cada lado del area de perturbacion 40, aunque el area de perturbacion 40 pudiera estar dispuesta en otra posicion en la ventana 4.
En una primera realizacion preferente del dispositivo 100, el primer elemento 1 comprende una primera pista de lectura que se corresponde con una pista incremental 11 que comprende zonas parciales 11a y 11b sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera periodica en la direccion de medicion X, y una segunda pista de lectura que se corresponde con una pista absoluta 12 que comprende zonas parciales 12a y 12b sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera que definen un codigo pseudoaleatorio a lo largo de la direccion de medicion X y que es paralela a la pista incremental 11 en la direccion de avance X, tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 5.
Las zonas 11a y 11b de la pista incremental 11 estan distribuidas con un periodo P11 determinado en la direccion de medicion X. La luz que se refleja en la pista incremental 11 llega al area de recepcion 21 donde se genera una distribucion de intensidad luminosa, y los medios de deteccion dispuestos en el area de recepcion 21 comprenden un modulo fotodetector para generar al menos una senal electrica periodica en respuesta a dicha distribucion de intensidad luminosa, empleandose esta senal electrica periodica para determinar el desplazamiento relativo entre los elementos 1 y 2. El periodo de esta senal electrica depende del periodo P11 de distribucion de las zonas 11a y 11b de la pista incremental 11. Normalmente se generan dos senales electricas en cuadratura, con sus correspondientes
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senales negativas, y el desplazamiento relativo se determina en funcion de los flancos de al menos una de dichas senales electricas. La precision de la medida depende del numero de flancos de dichas senales electricas que se tienen en cuenta, y del periodo P11. La pista absoluta 12 se emplea para determinar la posicion absoluta del segundo elemento 2. Los medios de emision 20 comprenden una unidad de emision para iluminar la pista absoluta 12 (preferentemente distinta a la unidad de emision para iluminar la pista incremental 11), y los medios de deteccion comprenden un modulo fotodetector para tratar la distribucion de intensidad luminosa que recibe reflejada de la pista absoluta 12 (distinto al modulo fotodetector para tratar la luz que se refleja en la pista incremental 11). Los medios de control 3 estan adaptados para determinar la posicion relativa y absoluta entre los elementos 1 y 2 en funcion de la distribucion de intensidad luminosa que se genera en el area de recepcion 21 tras reflejarse en la pista incremental 11 y en la pista absoluta 12 respectivamente.
En la primera realizacion preferente la pista absoluta 12 sirve ademas como superficie de reflexion 10 especular para la determinacion del angulo de cabeceo a.
En una segunda realizacion preferente del dispositivo 100, mostrada en las figuras 6 a 8, el primer elemento 1 es analogo al de la primera realizacion preferente pero comprende ademas una tercera pista de lectura. La tercera pista de lectura se corresponde con una pista absoluta adicional 13 paralela en la direccion de medicion X a la pista absoluta 12 y a la pista incremental 11 y que comprende zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera que definen un codigo pseudoaleatorio a lo largo de la direccion de medicion X, estando la pista incremental 11 dispuesta entre ambas pistas absolutas 12 y 13, tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 6. En la segunda realizacion preferente una de las pistas absolutas 12 o 13 sirve ademas como superficie de reflexion 10.
En la segunda realizacion preferente los medios de control 3 estan adaptados ademas para comparar entre si las dos distribuciones de intensidad luminosa que se generan en el area de recepcion 21 a partir de la luz que ilumina la pista absoluta 12 y la pista absoluta adicional 13 respectivamente, y para determinar el angulo de orientacion p entre el primer elemento 1 y el segundo elemento 2 en funcion del resultado de dicha comparacion. El angulo de orientacion p refleja la magnitud de la rotacion R2 representada en la figura 1, y en las figuras 7 y 8 se muestran dos montajes en planta del dispositivo 100 para mostrar esta rotacion R2: en el montaje representado en la figura 7 no existe rotacion R2 entre los elementos 1 y 2 (el angulo de orientacion p es igual a cero), mientras que en el montaje representado en la figura 8 si que existe rotacion R2 entre ambos elementos 1 y 2 (el angulo de orientacion p es diferente a cero).
En otras realizaciones del dispositivo 100 de la invencion no representadas en las figuras, el primer elemento 1 comprende una pista de lectura y una superficie de reflexion 10 especular que no coincide con la pista de lectura. La pista de lectura puede corresponderse con una pista incremental o con una pista absoluta como las descritas anteriormente, o puede haber mas de una pista de lectura.
Un segundo aspecto de la invencion se refiere a un metodo de determinacion de al menos un angulo de rotacion para un dispositivo optoelectronico que se emplea para medir desplazamientos lineales entre dos elementos 1 y 2 que se desplazan linealmente entre si. El metodo esta adaptado para implementarse en un dispositivo 100 optoelectronico para medir desplazamientos lineales que comprende un primer elemento 1, un segundo elemento 2 desplazable linealmente con relacion al primer elemento 1 en una direccion de medicion X y unos medios de control 3 para determinar el desplazamiento relativo entre ambos elementos 1 y 2, y al menos un angulo de rotacion.
El segundo elemento 2 comprende unos medios de emision 20 que iluminan una superficie de reflexion 10 especular del primer elemento 1 y un area de recepcion 21 para recibir al menos parte de la luz que se refleja en la superficie de reflexion 10. El dispositivo 100 comprende ademas una ventana 4 que esta dispuesta en el recorrido de la luz desde los medios de emision 20 hasta el area de recepcion 21. La ventana 4 comprende un area de perturbacion 40 con zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz distribuidas en la direccion de medicion X (zonas 40a que impiden la transmision de la luz y zonas 40b que permiten la transmision de la luz), tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 4. De esta manera, la luz que se emite para iluminar la superficie de reflexion 10 llega hasta el area de recepcion 21 habiendo sido previamente perturbada por el area de perturbacion 40 de la ventana 4, y en el area de recepcion 21 se genera como consecuencia una distribucion de intensidad luminosa reflejo del area de perturbacion 40. Los medios de control 3 emplean dicha distribucion de intensidad luminosa para determinar el angulo de cabeceo a entre los elementos 1 y 2. Las zonas 40a y 40b pueden estar distribuidas periodicamente en la direccion de medicion X con un periodo P40 determinado, aunque no es un requisito indispensable.
El metodo, en cualquiera de sus realizaciones, esta adaptado para determinar el angulo de cabeceo a entre ambos elementos 1 y 2 representado a modo de ejemplo en la figura 3. Tal y como se ha comentado anteriormente, el angulo de cabeceo a indica la magnitud de un cabeceo (angulo de rotacion asociado a la rotacion R1 mostrada en la figura 1) entre los elementos 1 y 2, de tal manera que a la hora de calcular la posicion entre ambos elementos 1 y 2 en la direccion de medicion X se puede tener en cuenta dicho angulo de cabeceo a para corregir dicha p osicion adecuadamente (la cota de dicha posicion).
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El metodo 100 se puede implementar en un dispositivo 100 como el del primer aspecto de la invencion en cualquiera de sus realizaciones y configuraciones, y puede comprender diferentes realizaciones segun la realizacion del dispositivo 100 donde se vaya a implementar, por lo que en algunas realizaciones el metodo puede estar adaptado, ademas, para determinar la distancia de trabajo Z entre el area de recepcion 21 del segundo elemento 2 y la superficie de reflexion 10 (o la desviacion de la distancia de trabajo Z con respecto a la distancia de trabajo nominal explicada previamente), y/o para determinar el angulo de orientacion p entre ambos elementos 1 y 2 del dispositivo.
En el metodo, en cualquiera de sus realizaciones, se ilumina la superficie de reflexion 10 del primer elemento 1, se provoca el paso de la luz empleada para iluminar la superficie de reflexion 10 a traves de la ventana 4 con el area de perturbacion 40, se compara la distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion 21 a partir de dicha luz con la distribucion de intensidad luminosa patron, y se determina el angulo de cabeceo a entre ambos elementos 1 y 2 en funcion del resultado de dicha comparacion. Preferentemente, los medios de control 3 determinan el desplazamiento S en la direccion de medicion X de la distribucion de intensidad luminosa con respecto a la distribucion de intensidad luminosa patron al comparar ambas distribuciones entre si, y determinan el angulo de cabeceo a en funcion del valor del desplazamiento aplicando, por ejemplo, la siguiente ecuacion:
S = Z*tg (2a). [1]
En donde:
- S: desplazamiento entre ambas distribuciones de intensidad luminosa detectado por los medios de control 3.
- Z: distancia de trabajo entre la superficie de reflexion 10 y el area de recepcion 21.
- a: angulo de cabeceo.
A partir de las figuras 9a y 9b se muestra esquematicamente y a modo de ejemplo el origen de la ecuacion [1]. En dichas figuras se muestran simultaneamente una situacion de no cabeceo (trazos discontinuos) y una situacion de cabeceo (trazos continuos), siendo la figura 9b una representacion grafica del recorrido de la luz en los dispositivos superpuestos de la figura 9a en un modo que facilita la comprension del fenomeno.
Para determinar el desplazamiento S en la direccion de medicion X de la distribucion de intensidad luminosa con respecto a la distribucion de intensidad luminosa patron se pueden tener en cuenta posiciones concretas en dichas distribuciones como por ejemplo un borde 8b y 8b' respectivos de los tramos T y T' de dichas distribuciones de intensidad luminosa.
En una realizacion, el metodo esta adaptado para implementarse en dispositivos 100 con ventanas 4 que comprenden un area de perturbacion 40 con zonas parciales 40a y 40b distribuidas con un periodo P40 determinado en la direccion de medicion X. El tramo T en la direccion de medicion X de la distribucion de intensidad luminosa generada a partir de la luz que atraviesa el area de perturbacion 40 de la ventana 4 comprende un comportamiento periodico con un periodo Pt determinado que depende de dicho periodo P40 tal y como se ha comentado anteriormente. Para este caso la distribucion de intensidad luminosa patron determinada comprende un tramo T' en la direccion de medicion X de igual longitud que el tramo T de la distribucion de intensidad luminosa generada (si la distancia de trabajo Z es igual que la distancia de trabajo nominal tal y como se comenta mas adelante) y con un periodo Pp predeterminado. En el metodo se compara la fase de ambas distribuciones y se determina el angulo de cabeceo a en funcion del desfase 9 detectado. A partir de la distribucion de intensidad luminosa generada se genera por su parte una serial electrica S1 que para este caso comprende un tramo T con un comportamiento periodico con periodo Pt tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 10, y la distribucion de intensidad luminosa puede representarse asf mismo con otra serial electrica S2, que para este caso comprende un tramo T' con un comportamiento periodico con periodo Pp. Con referencia a la figura 10, las senales electricas S1 y S2 estan desfasadas entre si, y el valor del desfase 9 es indicativo del cabeceo entre los elementos 1 y 2, y por tanto del angulo de cabeceo a. El periodo P40 se selecciona para que el periodo PT no coincida con el periodo de cualquier otro tramo de una misma distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion 21 que tenga un comportamiento periodico (por ejemplo con el periodo de la distribucion de intensidad luminosa generada a partir de la reflexion en la pista incremental 11 cuando dicha pista incremental sirve como superficie de reflexion 10).
El instalador puede determinar la distancia de trabajo Z al instalar el dispositivo 100 (la distancia de trabajo es la distancia ffsica existente entre el primer elemento 1 y el area de recepcion 21), pero con el metodo, gracias a la ventana 4, y en particular a su area de perturbacion 40, se puede determinar dicha distancia de trabajo Z (o la desviacion con respecto a la distancia de trabajo nominal) de una manera mas exacta (considerando que la luz que ilumina la superficie de reflexion 10 no es colimada).
En cualquiera de las realizaciones preferentes las zonas 40a y 40b del area de perturbacion 40 se distribuyen periodicamente, con un periodo P40. La distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion 21 a partir de la luz reflejada en la superficie de reflexion 10 y que atraviesa la ventana 4 presenta asf un comportamiento periodico (en particular el tramo T fruto de la luz que atraviesa el area de perturbacion 40), con un periodo Pt. Los medios de control 3 estan adaptados para determinar la distancia de trabajo Z en funcion del valor de dicho periodo Pt, y para ello pueden aplicar por ejemplo la siguiente ecuacion:
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En donde:
- Pt: Periodo de la distribucion de intensidad lumfnica generada en el area de recepcion 21 en el tramo T.
- P40: Periodo de distribucion de las zonas 40a y 40b del area de perturbacion 40 de la ventana 4.
- a: Distancia entre la ventana 4 y al area de recepcion 21.
- Z: Distancia de trabajo.
La deteccion de la distancia de trabajo Z (o su desviacion con respecto a la distancia de trabajo nominal) permite ajustar, si asf se requiere, la posicion del segundo elemento 2 con respecto al primer elemento 1.
La distribucion de intensidad luminosa patron comprende tambien al menos un tramo T' con comportamiento periodico (con un periodo Pp determinado). Comparando ambos periodos Pt y Pp los medios de control 3 podrfan tambien determinar la desviacion de la distancia de trabajo Z con respecto a la distancia de trabajo nominal. Para ello bastarfa con aplicar la ecuacion [2] con respecto a la distribucion de intensidad luminosa patron para obtener la distancia de trabajo nominal, y comparar ambas distancias de trabajo determinadas por ejemplo.
La distancia de trabajo Z tambien se podrfa determinar teniendo en cuenta la relacion entre la longitud T40 del area de perturbacion 40 y la longitud del tramo T de la distribucion de intensidad luminosa generada, y la relacion entre la longitud T40 del area de perturbacion 40 y la longitud del tramo T' de la distribucion de intensidad luminosa patron. Dividiendo la longitud T40 entre la longitud del tramo T y dividiendo la longitud T40 por el tramo T' de la distribucion de intensidad luminosa patron se obtienen dos factores, y comparandolos se puede determinar la desviacion entre la distancia de trabajo Z y la distancia de trabajo nominal. En este caso no serfa necesario que las zonas 40a y 40b del area de perturbacion 40 se distribuyesen periodicamente con el periodo P40, pudiendo aplicarse esta metodologfa en las realizaciones de los metodos adaptados para dispositivos 100 cuyas zonas 40a y 40b no definan un periodo P40.
El metodo, en cualquiera de sus realizaciones, puede estar ademas adaptado para determinar el angulo de orientacion p entre el primer elemento 1 y el segundo elemento 2 (para implementarse en un dispositivo 100 como el de la segunda realizacion preferente comentada anteriormente por ejemplo). En este caso el metodo esta pensado para implementarse en un dispositivo 100 que comprende al menos dos pistas absolutas dispuestas en paralelo (caso de la segunda realizacion preferente del primer aspecto de la invencion), y esta adaptado para comparar las dos distribuciones de intensidad luminosa que se generan en el area de recepcion 21 del segundo elemento 2 del dispositivo 100 a partir del reflejo sobre las dos pistas absolutas respectivamente. Si ambas distribuciones de intensidad luminosa coinciden no hay rotacion R2 entre los dos elementos 1 y 2 (el angulo de orientacion es igual a cero), mientras que si no coinciden sf existe rotacion R2 entre ambos elementos 1 y 2, y el angulo de orientacion p depende de lo que se haya desplazado una distribucion con respecto a la otra en la direccion de medicion X. En concreto, lo que se desplaza una distribucion en un sentido se desplaza la otra distribucion en el sentido opuesto, y en funcion de dichos desplazamientos se puede determinar el angulo de orientacion p.
Debido a la existencia de dos pistas absolutas 12 y 13, con los medios de control 3 se pueden obtener dos cotas de posicion absoluta en la direccion de medicion X. Si ambas cotas de posicion absoluta son iguales el angulo de orientacion p es igual a cero y no existe rotacion R2 entre los elementos 1 y 2. Si ambas cotas de posic ion absoluta son diferentes, el angulo de orientacion p se puede determinar aplicando la siguiente ecuacion por ejemplo:
C = D*tg (p). [3]
En donde:
- C: diferencia entre las cotas de posicion absoluta asociadas a las dos pistas absolutas 12 y 13.
- D: distancia entre ambas pistan absolutas 12 y 13 (preferentemente distancia entre los centros de ambas pistas absolutas, tal y como se muestra en la figura 6).
- p: angulo de orientacion.
Se ha de entender que el dispositivo de la invencion puede incorporar cualquiera de las caracterfsticas descritas en relacion con el metodo, e igualmente el metodo de la invencion puede incorporar cualquiera de las caracterfsticas descritas en relacion con el dispositivo.

Claims (15)

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    1. Dispositivo optoelectronico para medir desplazamientos lineales, que comprende un primer elemento (1), un segundo elemento (2) desplazable linealmente con respecto al primer elemento (1) en una direccion de medicion (X), y unos medios de control (3) para determinar la posicion relativa entre ambos elementos (1, 2), comprendiendo el segundo elemento (2) unos medios de emision (20) para iluminar una superficie de reflexion
    (10) especular del primer elemento (1) y un area de recepcion (21) para recibir al menos parte de la luz que se refleja en la superficie de reflexion (10), caracterizado porque el dispositivo (100) comprende ademas una ventana (4) que esta dispuesta en el recorrido de la luz entre los medios de emision (20) y el area de recepcion (21), y que comprende un area de perturbacion (40) con zonas parciales (40a, 40b) sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz, estando los medios de control (3) adaptados para comparar una distribucion de intensidad luminosa generada en el area de recepcion (21) a partir de la luz emitida para iluminar la superficie de reflexion (10) del primer elemento (1) y que atraviesa la ventana (4) con una distribucion de intensidad luminosa patron predeterminada, y para determinar el angulo de cabeceo (a) entre ambos elementos (1, 2) en funcion del resultado de dicha comparacion.
  2. 2. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer elemento (1) comprende al menos una pista de lectura que comprende zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion especular de la luz distribuidas en la direccion de medicion (X), cumpliendo ademas la pista de lectura la funcion de la superficie de reflexion (10) especular.
  3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 2, en donde el area de perturbacion (40) de la ventana (4) cubre parte de la longitud de la ventana (4), permitiendo las areas de la ventana (4) no pertenecientes al area de perturbacion (40) el paso de luz a su traves.
  4. 4. Dispositivo segun la reivindicacion 3, en donde el area de perturbacion (40) esta centrada en la direccion de medicion (X) en la ventana (4), comprendiendo dicha ventana (4) una area de transmision (41) a cada lado del area de perturbacion (40).
  5. 5. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el primer elemento (1) comprende una
    primera pista de lectura que se corresponde con una pista incremental (11) que comprende zonas parciales
    (11a, 11b) sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera periodica en la direccion de medicion (X), y una segunda pista de lectura que se corresponde con una pista absoluta (12) que comprende zonas parciales (12a, 12b) sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera que definen un codigo pseudoaleatorio a lo largo de la direccion de medicion (X) y que es paralela a la pista incremental (11) en la direccion de avance (X), cumpliendo ademas la pista absoluta (12) la funcion de la superficie de reflexion (10) especular.
  6. 6. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el primer elemento (1) comprende una
    primera pista de lectura que se corresponde con una pista incremental (11) que comprende zonas parciales
    (11a, 11b) sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera periodica en la direccion de medicion (X), una segunda pista de lectura que se corresponde con una pista absoluta (12) que comprende zonas parciales (12a, 12b) sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera que definen un codigo pseudoaleatorio a lo largo de la direccion de medicion (X) y que es paralela a la pista incremental (11) en la direccion de avance (X), y una tercera pista de lectura que se corresponde con una pista absoluta adicional (13) paralela en la direccion de avance a la pista absoluta (12) y a la pista incremental
    (11) y que comprende zonas parciales sucesivas de diferente capacidad de reflexion de la luz distribuidas de manera que definen un codigo pseudoaleatorio a lo largo de la direccion de medicion (X), estando la pista incremental (11) dispuesta entre ambas pistas absolutas (12, 13) y cumpliendo ademas, una de dichas pistas absolutas (12, 13), la funcion de la superficie de reflexion (10) especular.
  7. 7. Dispositivo segun la reivindicacion 6, en donde los medios de control (3) estan adaptados para comparar entre si las dos distribuciones de intensidad luminosa que se generan en el area de recepcion (21) tras reflejarse en la pista absoluta (12) y en la pista absoluta adicional (13) respectivamente, y para determinar el angulo de orientacion (p) entre el primer elemento (1) y el segundo elemento (2) en funcion del resultado de dicha comparacion.
  8. 8. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las zonas parciales (40a, 40b) sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz del area de perturbacion (40) estan distribuidas con un periodo (P40) determinado en la direccion de medicion (X).
  9. 9. Metodo de determinacion de al menos un angulo de rotacion para un dispositivo optoelectronico para medir desplazamientos lineales, comprendiendo el dispositivo (100) un primer elemento (1), un segundo elemento (2) desplazable linealmente con respecto al primer elemento (1) en una direccion de medicion (X) y unos medios de control (3) para determinar la posicion relativa entre ambos elementos (1, 2), caracterizado porque en el metodo se ilumina una superficie de reflexion (10) del primer elemento (1) desde unos medios de emision (20)
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    del segundo elemento (2), recibiendose al menos parte de la luz reflejada en un area de recepcion (21) de dicho segundo elemento (2), se provoca el paso de la luz empleada para iluminar la superficie de reflexion (10) a traves de una ventana (4) que esta dispuesta en el recorrido de la luz entre los medios de emision (20) y el area de recepcion (21), y que comprende un area de perturbacion (40) con zonas parciales (40a, 40b) sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz, se compara una distribucion de intensidad luminosa resultante generada en el area de recepcion (21) a partir de la luz que ilumina la superficie de reflexion (10) y que atraviesa la ventana (4) con una distribucion de intensidad luminosa patron predeterminada, y se determina el angulo de cabeceo (a) entre ambos elementos (1, 2) en funcion del resultado de dicha comparacion.
  10. 10. Metodo segun la reivindicacion 9, en donde al compararse ambas distribuciones de intensidad luminosa entre si se comprueba el desplazamiento (S) en la direccion de medicion (X) de la distribucion de intensidad luminosa generada con respecto a la distribucion de intensidad luminosa patron predeterminada, estando el valor de dicho desplazamiento (S) relacionado con el angulo de cabeceo (a).
  11. 11. Metodo segun la reivindicacion 10, en donde el desplazamiento (S) y el angulo de cabeceo (a) se relacionan segun la ecuacion S = Z*tg (2a), en donde S es el desplazamiento entre ambas distribuciones de intensidad luminosa detectado por los medios de control 3, Z es la distancia de trabajo entre la superficie de reflexion 10 y el area de recepcion 21, y a es el angulo de cabeceo.
  12. 12. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde las zonas parciales (40a, 40b) del area de perturbacion (40) de la ventana (4) estan distribuidas con un periodo (P40) determinado, comprendiendo el tramo (T) en la direccion de medicion (X) de la distribucion de intensidad luminosa generada a partir de la luz que atraviesa el area de perturbacion (40) de la ventana (4) un comportamiento periodico con un periodo (Pt) determinado que depende del periodo (P40) de las zonas parciales (40a, 40b) del area de perturbacion (40), comprendiendo la distribucion de intensidad luminosa patron determinada un tramo (T') en la direccion de medicion (X) con un comportamiento periodico de un periodo (Pp) predeterminado, y determinandose el angulo de cabeceo (a) en funcion del desfase (9) detectado entre los tramos (T, T') de comportamiento periodico de las dos distribuciones de intensidad luminosa comparadas.
  13. 13. Metodo segun la reivindicacion 12, en donde se determina la desviacion entre una distancia de trabajo (Z) entre el area de recepcion (21) del segundo elemento (2) y el primer elemento (1) del dispositivo (100) y una distancia de trabajo nominal entre el area de recepcion (21) del segundo elemento (2) y dicho primer elemento (1) del dispositivo (100) en funcion de la longitud de un tramo (T') de la distribucion de intensidad lummica patron, de la longitud de un tramo (T) de la distribucion de intensidad lumfnica generada, y de la longitud (T40) del area de perturbacion (40) de la ventana (4).
  14. 14. Metodo segun la reivindicacion 12, en donde se determina la desviacion entre una distancia de trabajo (Z) entre el area de recepcion (21) del segundo elemento (2) y el primer elemento (1) del dispositivo (100) y una distancia de trabajo nominal entre el area de recepcion (21) del segundo elemento (2) y dicho primer elemento (1) del dispositivo (100) en funcion del periodo (Pt) del comportamiento periodico de la distribucion de intensidad luminoso en el tramo (T) debido al area de perturbacion (40).
  15. 15. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en donde el primer elemento (1) del dispositivo (100) comprende ademas una primera pista absoluta (12) que comprende zonas parciales (12a, 12b) sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz distribuidas en la direccion de medicion (X), una segunda pista absoluta adicional (13) paralela a la pista absoluta (12) en la direccion de avance (X) y que comprende zonas parciales (12a, 12b) sucesivas de diferente capacidad de transmision de la luz distribuidas en la direccion de medicion (X), y una pista incremental (11) paralela a la pista absoluta (12) en la direccion de avance (X) y dispuesta entre ambas pistas absolutas (12, 13), comparandose ademas las distribuciones de intensidad luminosa generadas a partir de la reflexion de la luz en ambas pistas absolutas (12, 13) para determinar el angulo de orientacion (p) entre el primer elemento (1) y el segundo elemento (2).
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