BALLUFF巴魯夫編碼器分辨率與精度提升的內(nèi)在因素與誤區(qū)解讀

BALLUFF巴魯夫編碼器對(duì)于傳感器的分辨率與精度的理解，我們可以借助機(jī)械三指針式手表進(jìn)行類比。分辨率類似于手表中的時(shí)針、分針和秒針，它們分別代表小時(shí)、分鐘和秒的單位變化。而精度則是指每個(gè)手表對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的準(zhǔn)確度，這可能因手表品牌或使用時(shí)間的不同而有所差異，通常在1秒至30秒之間。

在旋轉(zhuǎn)BALLUFF巴魯夫編碼器的應(yīng)用中，分辨率與精度同樣具有不同的含義。編碼器的分辨率，具體來說，是指其能夠讀取并輸出的最小角度變化。相關(guān)參數(shù)包括每轉(zhuǎn)刻線數(shù)（line）、每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（PPR）、最小步距（Step）以及位（Bit）等。而編碼器的精度，則反映了其輸出信號(hào)數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量角度之間的準(zhǔn)確度。這一概念對(duì)應(yīng)的參數(shù)是角分（′）和角秒（″）。

BALLUFF巴魯夫編碼器的分辨率與其方波輸出特性緊密相關(guān)。在直接方波輸出的情況下，分辨率通常由每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（PPR）來衡量。但如果編碼器采用正余弦（sin/cos）信號(hào)輸出，那么通過電子細(xì)分技術(shù)，我們可以從模擬量變化中獲取更多的方波脈沖，從而提升分辨率。此外，編碼器的方波輸出還包括A相與B相，它們相當(dāng)于人的左右眼，通過判斷兩者的相位差，我們可以確定旋轉(zhuǎn)方向，并通過上升沿與下降沿的檢測(cè)，獲取1/4脈沖周期的變化步距，進(jìn)而計(jì)算出最小測(cè)量步距（Step），即編碼器的分辨率。

BALLUFF巴魯夫編碼器可以通過變化量與相位角進(jìn)行細(xì)分。編碼器，擁有3600線，其方波輸出為3600ppr，脈沖周期為0.1度。經(jīng)過A相B相的4倍頻處理后，可以獲得0.025度的測(cè)量步距。而其提供的精度參數(shù)為18角秒（0.005度）。

> 方波與正余弦信號(hào)

編碼器的方波輸出和正余弦信號(hào)可采用細(xì)分技術(shù)提升分辨率，A相B相信號(hào)通過相位差判斷旋轉(zhuǎn)方向，并通過細(xì)分技術(shù)增加脈沖數(shù)量。

編碼器精度因素

旋轉(zhuǎn)編碼器的精度，以角分、角秒為單位進(jìn)行衡量，與分辨率有一定關(guān)聯(lián)但并非相同。以德國Heidenhain的ROD400系列為例，對(duì)于5000線以下的編碼器，海德漢提供的刻線精度為刻線寬度的1/20，這與分辨率相關(guān)。然而，對(duì)于6000-10000線的編碼器，精度則固定為12角秒，與分辨率無關(guān)。同樣地，海德漢的RON系列角度編碼器，其精度范圍從2.5~5角秒到0.4角秒不等，也不受分辨率影響。

> 影響精度的因素

實(shí)際上，編碼器的精度受光學(xué)、機(jī)械、電氣部分的影響，安裝和使用過程中的因素也會(huì)導(dǎo)致精度變化，例如測(cè)量轉(zhuǎn)軸的同心度和抗干擾能力等。

> 電氣及使用影響

BALLUFF巴魯夫編碼器精度同時(shí)受信號(hào)處理電路和細(xì)分技術(shù)引入的誤差影響，高分辨率并不一定意味著高精度，需注意安裝及使用過程中的細(xì)節(jié)。例如，光學(xué)碼盤的精度受到多種因素的影響。首先是母板的刻線精度，Heidenhain的母板在地下幾十米雙懸浮工作室內(nèi)加工，力求將外界各種影響減小到最小。然而，加工過程、光學(xué)成像時(shí)間、溫度變化、物理化學(xué)影響以及污染等都會(huì)對(duì)碼盤刻線的寬度和邊緣性產(chǎn)生影響。因此，盡管各家編碼器廠家可能采用相同數(shù)量的碼盤刻線，但其能達(dá)到的精度卻各有差異。

細(xì)分技術(shù)應(yīng)用與誤區(qū)

細(xì)分電路通過捕捉A/B相波形的變化，能夠精準(zhǔn)判斷相位角，并進(jìn)一步細(xì)分為更微小的方波脈沖輸出。同時(shí)，它還提供了具有1/4周期差的A’/B’兩相和Z’相，使得A’/B’相能夠進(jìn)行4倍頻的細(xì)分處理。以下是五倍細(xì)分后的示波器圖：

> 細(xì)分技術(shù)的效果

細(xì)分技術(shù)通過捕捉相位角變化，可提高分辨率，實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)讓人誤以為提升了精度，但其依賴于原始編碼器的精度。

> 常見誤區(qū)

高分辨率并不直接提升精度，特別是在使用較大的細(xì)分倍數(shù)時(shí)，精度提升效果有限，需注意細(xì)分前刻線數(shù)的重要性。例如，ROD486編碼器，其細(xì)分前的刻線數(shù)為3600，分辨度（Step）為0.025度。盡管其使用精度在±1步距下僅為0.05度，但精度卻高達(dá)18角秒。通過細(xì)分，我們可以在18角秒以內(nèi)進(jìn)一步提高精度的使用，這給人一種細(xì)分“提升了精度"的印象。然而，當(dāng)細(xì)分倍數(shù)達(dá)到一定水平后，其使用精度便無法再超越18角秒的限制。

一、什么是編碼器分辨率？

編碼器是一種機(jī)電一體化的設(shè)備，用于測(cè)量和控制旋轉(zhuǎn)角度和速度等參數(shù)。編碼器分辨率是指其能夠測(cè)量和控制的最小旋轉(zhuǎn)角度或線性移動(dòng)距離。通常用單位碼數(shù)（CPR）來表示。

二、BALLUFF巴魯夫編碼器分辨率的常見類型

1. BALLUFF巴魯夫編碼器是一種基于光學(xué)原理的編碼器，可以測(cè)量較小的旋轉(zhuǎn)角度和線性位移。其分辨率通常在1000 CPR以上，精度高、重復(fù)性好，但價(jià)格較貴，且對(duì)環(huán)境光線和震動(dòng)敏感。

2. 磁性編碼器

磁性編碼器是一種基于磁性原理的編碼器，分為永磁性和電磁性兩種類型。其分辨率通常在1000 CPR以下，價(jià)格相對(duì)較低，且穩(wěn)定性好、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但其精度和重復(fù)性會(huì)受到磁場(chǎng)強(qiáng)度和位置誤差的影響。

3. BALLUFF巴魯夫編碼器是一種將編碼器和旋轉(zhuǎn)軸集成在一起的編碼器，分辨率可達(dá)到10000 CPR以上。其優(yōu)點(diǎn)是安裝方便、精度高、重復(fù)性好，但價(jià)格昂貴。

三、如何選擇適合自己的編碼器分辨率

1. 根據(jù)測(cè)量要求選擇

不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)編碼器分辨率的要求有所不同，如機(jī)床、機(jī)器人、印刷機(jī)等行業(yè)對(duì)精度和穩(wěn)定性有較高要求，通常需要選擇分辨率較高的編碼器；而一些對(duì)成本較敏感的場(chǎng)合則可以選擇分辨率較低的編碼器。

2. 根據(jù)成本考慮選擇

BALLUFF巴魯夫編碼器分辨率越高，價(jià)格通常越貴。因此，在實(shí)際使用中需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡，找到性價(jià)比選擇。

3. 根據(jù)應(yīng)用環(huán)境選擇

光電編碼器對(duì)環(huán)境光線和震動(dòng)較為敏感，因此在環(huán)境復(fù)雜或易受干擾的場(chǎng)合建議選用磁性編碼器或共軸編碼器。

總之，選擇適合自己的編碼器分辨率需要綜合考慮多個(gè)因素，包括應(yīng)用場(chǎng)景、成本和環(huán)境等。只有選用合適的編碼器才能更好地保證生產(chǎn)和控制的精度和穩(wěn)定性。