详解编码器分辨率、精度、可重复性

详解编码器分辨率、精度、可重复性

编码器反馈对许多自动化应用程序的性能至关重要。适当指定的编码器将提供支持有效定位所需的结果,价格符合预算。如果指定不当,会降低系统性能。为了理解如何和为什么,我们需要讨论准确性、分辨率和可重复性等概念,因为它们适用于编码器。

编码器的分辨率

编码器分辨率图编码器分辨率是编码器轴的一次旋转或线性尺度的1英寸/毫米的测量段或单位的数目。编码器分辨率通常是在每次旋转脉冲(PPR)中测量的,用于增量编码器和绝对编码器的比特。



编码器脉冲指编码器能够测量或显示的给定物理量的最小部分。换句话说,它是编码器可以用来监控设备的粒度。在一个光学编码器代码盘 清晰度越高,分辨率就越高。

旋转编码器的分辨率最高可达10,000脉冲每次革命(PPR)和40,000PPR通过插值。线性尺度提供的分辨率为微米级。

了解如何计算正确的编码器分辨率为您的应用程序

关于编码器的一个常见的误解是,假设一个更高的分辨率可以提高整个系统的准确性。必须指出,增加分辨率并不能补偿后一种类型的错误(见图1)。每次旋转增加更多的脉冲可能提高编码器报告位置的能力,但如果有系统性错误,更高的分辨率不会纠正它。



上述两个例子的分辨率完全相同(24次),但准确性却截然不同。这是一个高分辨率无法提高精度的例子.

编码器的准确性

编码器的准确性是对编码器读取的值与被测量的实际物理值之间的误差的衡量。编码器的精确度以20/度(0.3度)的弧度或弧度来衡量,一般认为这是一种高精度编码器,具有大约5/度(0.0014度)的一些精密装置。

编码器读取的准确性可以被多个错误源降低。其中一个来源可以是编码器本身。例如,光学编码器磁盘上的线的宽度可以有所不同。这可能会在编码器产生的脉冲的时间上引入一个小的错误。如果知道错误的数量,它可以由控制器校准。一种发现误差的方法是使用一个外部的高精度编码器来测量误差的数量,然后再进行校准,然后移除精确编码器,这样系统就可以在比以前更高的精度上运行。

在其他情况下,错误是由于被监测的设备造成的。变速箱可能会产生反作用,或者在其运动中可能会产生铅螺丝。重要的是要记住编码器只能报告它所监视的设备的位置。如果有机械错误,编码器不能提高性能。

编码器的可重复性

编码器的第三个关键特征是可重复性。可重复性是衡量系统如何一致地返回到相同的命令位置的一个尺度。对于编码器,重复性通常比准确性好2-10倍。与精度一样,重复性也有来自多个来源的误差贡献,包括编码器和被定位的设备。虽然某些类型的编码器,如电容式编码器,在多个周期中累积错误,但这是例外,而不是常规。用于自动化的最常用编码器类型,如光学编码器和磁性编码器,是为了防止累积错误而设计的。

系统的可重复性可以通过系统中的机械误差来降低,这些误差包括传动阻力、滞后、不适当的张力带等。与分辨率一样,用户经常认为购买一个具有很高重复性的编码器会产生最佳效果。但情况并非如此。即使是几乎完全可重复性的编码器也无法改进机械重复性差的系统。编码器能做的就是报告。

一个系统可以有非常高的重复性和不准确性。相反,一个系统可以显示高精度，但重复性差。

精确性是指绝对定位值,而重复性则是指系统以相同的精确度重复相同动作的能力。高精度和高重复性可能看起来是理想的,但权衡的是系统成本高,应用可能不是那样的性能水平。同时,高重复性可能仍不能满足系统的需要,如果应用确实强调精度。零精度和低重复性通常不服务于任何应用。

为了优化性能,系统设计者需要选择一个编码器,提供正确的准确性、分辨率和可重复性的混合。例如,对于选择和放置应用程序来说,最好的选择可能是一个编码器,它的操作精度适中,但可重复性很高。编码器的精度误差可以被校准出来,而重复性可以保证机器人手臂每次都能达到相同的位置。缩短长度的应用程序可能会从高精度中获益,但重复性有限。

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