Dispositivo óptico

para medir ángulos

Fecha: 31 de Diciembre de 2021

Antecedentes

Uno de los múltiples problemas que se tienen en las industrias es la medición de ángulos con alta exactitud y precisión. De manera particular, en las industrias metalmecánica, electromecánica, automotriz, etc. Se pone de manifiesto la importancia de medir las posiciones angulares de flechas de motores ya que inciden en dispositivos como brazos robóticos, bandas transportadoras, platos posicionadores, entre otros. A lo largo del tiempo, para medir estos ángulos, se han desarrollado dispositivos llamados encoders. Hay diferentes tipos de encoders, siendo los más comunes los de tipo óptico incremental, los de tipo óptico absoluto, los resolvers y los potenciómetros. Sin embargo, de manera general, cada uno de estos dispositivos presenta diversos problemas de diseño. Por ejemplo, las desventajas principales de los potenciómetros se centran en un rápido desgaste mecánico por fricción, así como en bajos niveles de exactitud y resolución. Hay desde luego codificadores ópticos, como los incrementales y los absolutos que utilizan discos ranurados a través de los cuales se hace pasar luz, y la cantidad de sombras generadas por las ranuras sirven para obtener la medida del desplazamiento angular. Las desventajas e inconvenientes de estos encoders son que requiere de proceso de litografía o estampado para su fabricación y los efectos ópticos debidos a las reducidas dimensiones de las ranuras se traducen en fuentes de error también, además de que sus procesos de fabricación son relativamente costosos.

Descripción de la invención

Esta invención [1] es un encoder óptico (SCOP) y sus principales ventajas respecto a los encoders tradicionales, son: (a) que está diseñado para trabajar con componentes de bajo costo y (b) que se puede alcanzar mayor precisión y exactitud. La descripción del principio de funcionamiento está descrito con detalle en [1,2] y se refiere a que un haz de luz pasa a través de un sistema de polarizadores colocados sobre una montura rotatoria y las lecturas de intensidad de la luz transmitida por cada polarizador son obtenidas con fotoresistencias de bajo costo. Las intensidades de la luz individuales son analizadas y procesadas usando algoritmos diseñados para ello, proporcionando así las mediciones angulares deseadas.

Fig. 1: Prototipo experimental del encoder óptico.

Estado en el que se encuentra la invención

Patente concedida [1]. Actualmente se encuentra a nivel de prototipo experimental como se observa en la Fig. 1, donde se pueden apreciar los siguientes componentes: una fuente de luz en la parte superior; polarizadores; y finalmente un goniómetro para comparar la lectura que arroja el algoritmo con respecto a la posición angular real.

¿Qué sigue? O ¿Cuál es la proyección?

1) Diseño de las normas, estándares, especificaciones, y requisitos generales de calidad y presentación que debe cumplir el SCOP, tomando en cuenta las características de los bienes de capital necesarios para su producción.

2) Diseño del sistema industrial para la fabricación del SCOP desde el punto de vista comercial.

3) Selección de la electrónica óptima para sistema embebido, de acuerdo a las características que proporcionan los diferentes fabricantes, y a sus costos. Incluye pruebas de rendimiento.

4) Desarrollo del software para el funcionamiento de la tarjeta electrónica del SCOP comercial (on-line)

5) Desarrollo del software para la caracterización de fases del SCOP comercial (offline)

6) Diseño y fabricación de la parte mecánica del SCOP comercial, en conjunto con la selección de los componentes opto-electrónicos que proporcionen alta confiabilidad y durabilidad, al menor costo posible. Incluye pruebas de rendimiento.

[1] Sergio Alvarez-Rodríguez y Noé Alcalá Ochoa, “Sistema de codificación óptica polifásica para medir el posicionamiento angular de elementos rotatorios (SCOP),” Patente MX 381803 B

[2] Sergio Alvarez-Rodríguez and Noé Alcalá Ochoa, “Low-cost encoder using a phase shifting algorithm utilizing polarization properties of light,” Appl. Opt. 55, 9450-9458 (2016) https://doi.org/10.1364/AO.55.009450