詳解編碼器分辨率、精度、可重復(fù)性

編碼器反饋對許多自動化應(yīng)用程序的性能至關(guān)重要。適當(dāng)指定的編碼器將提供支持有效定位所需的結(jié)果,價格符合預(yù)算。如果指定不當(dāng),會降低系統(tǒng)性能。為了理解如何和為什么,我們需要討論準(zhǔn)確性、分辨率和可重復(fù)性等概念,因為它們適用于編碼器。

編碼器的分辨率

編碼器分辨率圖編碼器分辨率是編碼器軸的一次旋轉(zhuǎn)或線性尺度的1英寸/毫米的測量段或單位的數(shù)目。編碼器分辨率通常是在每次旋轉(zhuǎn)脈沖(PPR)中測量的,用于增量編碼器和絕對編碼器的比特。



編碼器脈沖指編碼器能夠測量或顯示的給定物理量的最小部分。換句話說,它是編碼器可以用來監(jiān)控設(shè)備的粒度。在一個光學(xué)編碼器代碼盤 清晰度越高,分辨率就越高。

旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率最高可達(dá)10,000脈沖每次革命(PPR)和40,000PPR通過插值。線性尺度提供的分辨率為微米級。

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關(guān)于編碼器的一個常見的誤解是,假設(shè)一個更高的分辨率可以提高整個系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。必須指出,增加分辨率并不能補(bǔ)償后一種類型的錯誤(見圖1)。每次旋轉(zhuǎn)增加更多的脈沖可能提高編碼器報告位置的能力,但如果有系統(tǒng)性錯誤,更高的分辨率不會糾正它。



上述兩個例子的分辨率完全相同(24次),但準(zhǔn)確性卻截然不同。這是一個高分辨率無法提高精度的例子.

編碼器的準(zhǔn)確性

編碼器的準(zhǔn)確性是對編碼器讀取的值與被測量的實際物理值之間的誤差的衡量。編碼器的精確度以20/度(0.3度)的弧度或弧度來衡量,一般認(rèn)為這是一種高精度編碼器,具有大約5/度(0.0014度)的一些精密裝置。

編碼器讀取的準(zhǔn)確性可以被多個錯誤源降低。其中一個來源可以是編碼器本身。例如,光學(xué)編碼器磁盤上的線的寬度可以有所不同。這可能會在編碼器產(chǎn)生的脈沖的時間上引入一個小的錯誤。如果知道錯誤的數(shù)量,它可以由控制器校準(zhǔn)。一種發(fā)現(xiàn)誤差的方法是使用一個外部的高精度編碼器來測量誤差的數(shù)量,然后再進(jìn)行校準(zhǔn),然后移除精確編碼器,這樣系統(tǒng)就可以在比以前更高的精度上運(yùn)行。

在其他情況下,錯誤是由于被監(jiān)測的設(shè)備造成的。變速箱可能會產(chǎn)生反作用,或者在其運(yùn)動中可能會產(chǎn)生鉛螺絲。重要的是要記住編碼器只能報告它所監(jiān)視的設(shè)備的位置。如果有機(jī)械錯誤,編碼器不能提高性能。

編碼器的可重復(fù)性

編碼器的第三個關(guān)鍵特征是可重復(fù)性。可重復(fù)性是衡量系統(tǒng)如何一致地返回到相同的命令位置的一個尺度。對于編碼器,重復(fù)性通常比準(zhǔn)確性好2-10倍。與精度一樣,重復(fù)性也有來自多個來源的誤差貢獻(xiàn),包括編碼器和被定位的設(shè)備。雖然某些類型的編碼器,如電容式編碼器,在多個周期中累積錯誤,但這是例外,而不是常規(guī)。用于自動化的最常用編碼器類型,如光學(xué)編碼器和磁性編碼器,是為了防止累積錯誤而設(shè)計的。

系統(tǒng)的可重復(fù)性可以通過系統(tǒng)中的機(jī)械誤差來降低,這些誤差包括傳動阻力、滯后、不適當(dāng)?shù)膹埩У?。與分辨率一樣,用戶經(jīng)常認(rèn)為購買一個具有很高重復(fù)性的編碼器會產(chǎn)生最佳效果。但情況并非如此。即使是幾乎完全可重復(fù)性的編碼器也無法改進(jìn)機(jī)械重復(fù)性差的系統(tǒng)。編碼器能做的就是報告。

一個系統(tǒng)可以有非常高的重復(fù)性和不準(zhǔn)確性。相反,一個系統(tǒng)可以顯示高精度，但重復(fù)性差。

精確性是指絕對定位值,而重復(fù)性則是指系統(tǒng)以相同的精確度重復(fù)相同動作的能力。高精度和高重復(fù)性可能看起來是理想的,但權(quán)衡的是系統(tǒng)成本高,應(yīng)用可能不是那樣的性能水平。同時,高重復(fù)性可能仍不能滿足系統(tǒng)的需要,如果應(yīng)用確實強(qiáng)調(diào)精度。零精度和低重復(fù)性通常不服務(wù)于任何應(yīng)用。

為了優(yōu)化性能,系統(tǒng)設(shè)計者需要選擇一個編碼器,提供正確的準(zhǔn)確性、分辨率和可重復(fù)性的混合。例如,對于選擇和放置應(yīng)用程序來說,最好的選擇可能是一個編碼器,它的操作精度適中,但可重復(fù)性很高。編碼器的精度誤差可以被校準(zhǔn)出來,而重復(fù)性可以保證機(jī)器人手臂每次都能達(dá)到相同的位置?？s短長度的應(yīng)用程序可能會從高精度中獲益,但重復(fù)性有限。

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