Innovació en el disseny i construcció de sensors rotatius òptics

Abstract

Hohner Automáticos S.L. és una empresa principalment dedicada a la fabricació d’encoders.Aquesta tesi doctoral s’ha centrat en la millora i innovació respecte a un tipus de producte anomenat encoder rotatori incremental òptic. Aquest tipus de sensor mesura la posició, velocitat i acceleració a la qual gira un eix d’un motor. L’objectiu ha estat solucionar tres problemes que apareixen quan l’encoder assoleix altes resolucions de mesura: obtenir un compta-voltes (senyal de referència Z) precís, augmentar la resolució al generar un senyal de naturalesa òptica necessari per poder utilitzar un procediment d’interpolació electrònica (encoder amb senyals output de tipus sin/cos) i atacar un problema d’industrialització com és l’Air-Gap entre disc i màscara, el qual esdevé críticament petit ( 30μm) per a resolucions altes. Partint d’una base teórica matemàtica (repassant Series i Integrals de Fourier) i física (Òptica de Fourier i Difracció), s’ha arribat a tres solucions de forma analítica (una per cada problema), les quals s’han implementat de forma numèrica i experimental amb molt bons resultats. L’empresa Hohner Automáticos S.L. ha aplicat dues d’aquestes solucions a la seva gama de productes, amb intenció d’implementar la tercera immediatament. A causa de la magnitud innovadora de dues d’aquestes idees dins el mercat, s’ha demanat una sol·licitud de patent per protegir la Propietat Intel·lectual de les invencions.

Hohner Automáticos S.L. is a company mainly dedicated to the manufacture of encoders. This doctoral thesis has been focused on the improvement and innovation related to a type of product called optical incremental rotary encoder. This type of sensor measures the position, speed and acceleration of the shaft of a motor. The objective has been to solve three problems that appear when the encoder reaches high resolution of measurement: obtain a precise turn counter (signal of reference Z), increase the resolution when generating a signal by optical means which has to be able to use in a procedure called 'Electronic interpolation’ (encoder with output signals of sin/cos type) and target an industrialization problem such as the Air-Gap between disc and mask, which becomes critically small (30μm) for high resolutions. Based on a mathematical theoretical basis (reviewing Fourier Series and Integrals) and physics (Fourier Optics and Diffraction), three solutions have been analyzed (one for each problem), which have been implemented in a numerical way and experimental with very good results. Hohner Automáticos S.L. has applied two of these solutions to their products, with the intention of implementing the third one immediately. Due to the innovative magnitude of two of these ideas in the market, a patent application has been requested to protect the Intellectual Property of inventions.