伺服電機(jī)編碼器精度與分辨率的區(qū)別
對于傳感器的分辨率與精度的理解,可以拿千分尺為例,分辨率代表千分尺最多
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對于傳感器的分辨率與精度的理解,可以拿千分尺為例,分辨率代表千分尺最多可以讀到小數(shù)點(diǎn)后幾位,但精度還與尺子的加工精度,測量方法有關(guān)系。
同樣的,在旋轉(zhuǎn)編碼器的使用中,分辨率與精度是完全不同的兩個概念。
編碼器的分辨率,是指編碼器可讀取并輸出的最小角度變化,對應(yīng)的參數(shù)有:每轉(zhuǎn)刻線數(shù)(line)、每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(PPR)、最小步距(Step)、位(Bit)等。
編碼器的精度,是指編碼器輸出的信號數(shù)據(jù)對測量的真實(shí)角度的準(zhǔn)確度,對應(yīng)的參數(shù)是角分(′)、角秒(″)。
分辨率:線(line),就是編碼器的碼盤的光學(xué)刻線,如果編碼器是直接方波輸出的,它就是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(PPR)了(圖1), 但如果是正余弦(sin/cos)信號輸出的,是可以通過信號模擬量變化電子細(xì)分,獲得更多的方波脈沖PPR輸出(圖2),編碼器的方波輸出有A相與B相,A相與B相差1/4個脈沖周期,通過上升沿與下降沿的判斷,就可以獲得1/4脈沖周期的變化步距(4倍頻),這就是最小測量步距(Step)了,所以,嚴(yán)格地講,最小測量步距就是編碼器的分辨率。
例如,德國海德漢的ROD426的3600線編碼器,方波輸出,就是3600ppr,脈沖周期0.1度,通過A相B相4倍頻后,可獲得0.025度的測量步距;而其海德漢提供的精度參數(shù)為18角秒(0.005度)。 分辨率數(shù)值大于精度數(shù)值。
如果是德國海德漢的 ROD486的3600線的正余弦信號輸出,可進(jìn)行25倍的電子細(xì)分,獲得90000的脈沖(ppr),0.004度的脈沖周期,通過A/B相的四倍頻,可獲得0.001度最小測量步距的分辨率,而海德漢提供的原始編碼器的精度還是18角秒(0.005度),(不含細(xì)分誤差)。 分辨率數(shù)值小于精度數(shù)值。
在以通訊數(shù)據(jù)輸出型的編碼器或絕對值編碼器,其輸出的分辨率是以多少“位”來表達(dá),即2的冪次方的圓周分割度。
所以,旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率可以用“線line",每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)PPR,或“步距Step”分別來表述。用線來表述,可能還可以再細(xì)分的,而有一些“17位”的編碼器,實(shí)際是針對步距的,已經(jīng)細(xì)分好了的。 一個36
旋轉(zhuǎn)編碼器的精度,以角分、角秒為單位,與分辨率有一點(diǎn)關(guān)系,又不是全部,例如仍以德國海德漢的ROD400系列為例,其5000線以下的,海德漢提供的刻線精度為刻線寬度的1/20(與分辨率相關(guān)),6000-10000線的,精度為12角秒(與分辨率無關(guān))。而海德漢的RON系列角度編碼器,同樣的是9000線—36000線,其RON200系列的精度是2.5~5角秒,RON700系列的是2角秒,RON800系列的是1角秒,RON900系列的是0.4角秒,都不由分辨率決定。實(shí)際上,影響編碼器精度的有以下4個部分:
A:光學(xué)部分
B:機(jī)械部分
C:電氣部分
D:使用中的安裝與傳輸接收部分,使用后的精度下降,機(jī)械部分自身的偏差。
A編碼器光學(xué)部分對精度的影響:
光學(xué)碼盤—主要的是母板精度、每轉(zhuǎn)刻線數(shù)、刻線精度、刻線寬度一致性、邊緣精整性等。
光發(fā)射源—光的平行與一致性、光衰減。
光接收單元—讀取夾角、讀取響應(yīng)。
光學(xué)系統(tǒng)使用后的影響—污染,衰減。
例如光學(xué)碼盤,首先是母板的刻線精度,海德漢的母板是全世界公認(rèn)第一的,據(jù)說其是在地下幾十米雙懸浮工作室內(nèi)加工的,對于外界各種因素的影響減小到最小,甚至要考慮到海浪的次聲波和遠(yuǎn)處汽車引擎的振動,為此,很多編碼器廠家甚至向海德漢購買母板。其次,加工的過程,光學(xué)成像的時間,溫度,物理化學(xué)的變化,污染等,都會影響到碼盤刻線的寬度和邊緣性。所以,即使是一樣的碼盤刻線數(shù),各家能做到的精度也是不同的。
B編碼器機(jī)械部分對精度的影響:
軸的加工精度與安裝精度。
軸承的精度與結(jié)構(gòu)精度。
碼盤安裝的同心度,光學(xué)組建安裝的精度。
安裝定位點(diǎn)與軸的同心度。
例如,就軸承的結(jié)構(gòu)而言,單軸承支撐結(jié)構(gòu)的軸承偏差無法消除,而且經(jīng)使用后偏差會更大,而雙軸承結(jié)構(gòu)或多支承結(jié)構(gòu),可有效降低單個軸承的偏差。
C編碼器電氣部分對精度的影響:
電源的穩(wěn)定精度—對光發(fā)射源與接收單元的影響。
讀取響應(yīng)與電氣處理電路帶來的誤差;
電氣噪音影響,取決于編碼器電氣系統(tǒng)的抗干擾能力;
例如,如果電子細(xì)分,也會帶來的誤差,按照德國海德漢提供的介紹,海德漢編碼器的細(xì)分電氣誤差與正余弦曲線的誤差約在原始刻線寬度的1%左右。
D編碼器使用中帶來的精度影響: 安裝時與測量轉(zhuǎn)軸連接的同心度; 輸出電纜的抗干擾與信號延遲(較長距離或較快頻率下); 接收設(shè)備的響應(yīng)與接收設(shè)
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D編碼器使用中帶來的精度影響:
安裝時與測量轉(zhuǎn)軸連接的同心度;
輸出電纜的抗干擾與信號延遲(較長距離或較快頻率下);
接收設(shè)備的響應(yīng)與接收設(shè)備內(nèi)部處理可能的誤差。
編碼器高速旋轉(zhuǎn)時的動態(tài)響應(yīng)偏差。
最常見的就是我們自己使用安裝的方法與安裝結(jié)果帶來的偏差。
00線的編碼器,分辨率也完全有可能優(yōu)于一個“17位”的已經(jīng)細(xì)分好的編碼器。太多做控制的對于編碼器分辨率與精度的理解還是有偏差的,明明是精度的問題,卻拿著一個高分辨的編碼器就以為可以了,明明是個定位的問題,可從一開始就是分辨率,速度環(huán)的選擇與設(shè)計,到最終的結(jié)果,卻要一個位置環(huán)的精度的結(jié)果。