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編碼器的分辨率和精度是一回事兒嗎?

來源: 時間:2020-08-13 09:55:03 瀏覽次數:

● 它采用了 23 位/圈的絕對值編碼器,分辨率提升至原來 ISMH 電機的 8 倍,并且還在特意左上角配圖說明,其反饋的精度可以達到 8388608 P/R,即每圈 223 脈沖數; ● 具備內置絕對精度矯正功能,可顯著提升設備重復定位精度和絕對定位精度;

導語:前段時間登陸國內某知名自動化品牌的官網,查看旗下一款小型伺服產品,打開樣本后一不小心看到這樣一段關于伺服反饋的描述。

前段時間登陸國內某知名自動化品牌的官網,查看旗下一款小型伺服產品,打開樣本后一不小心看到這樣一段關于伺服反饋的描述。

編碼器1.png

文中提到了這款伺服電機反饋性能的幾個“特點”:

● 它采用了 23 /圈的絕對值編碼器,分辨率提升至原來 ISMH 電機的 8 倍,并且還在特意左上角配圖說明,其反饋的精度可以達到 8388608 P/R,即每圈 223 脈沖數;

● 具備內置絕對精度矯正功能,可顯著提升設備重復定位精度和絕對定位精度;

● 在右側電機圖片下方的一段藍字顯示,其多圈反饋可記憶共 65535 圈的絕對位置…

老實說,我剛看到每這部分介紹時是比較懵的。

一方面,圈內國貨伺服產品現在已經 NB 到這個水準了么?伺服反饋的精度已經達到 0.000042915344238 度,或者說0.154495239257813 角秒的級別了?要知道,這種級別的精度已經不僅僅是測量元件的事情了,各種環境條件,比如:溫度變化帶來的熱脹冷縮、旋轉軸安裝同心度、軸承的振動…,都是會對它產生極大影響的。這款電機的生產制造標準是得有多高呀?

另一方面,恕我愚鈍,那個所謂的“絕對精度矯正功能”,又是幾個意思呢?既然已經有這么高的精度了,為何還需要矯正呢?要么是實際測量精度沒那么高,需要通過算法進行“補償修正”?所以,這又是什么神操作呢?

不過,當我看到綠底白字寫著“高精度 8388608 P/R”時,我便不禁要問了,分辨率和精度是一回事兒嗎?反饋精度的單位難道變成了 P/R 單圈脈沖數了?話說,這種混淆概念的表述,貌似和國貨一哥的身份不太相符吧。

編碼器2.png

我們在之前「編碼器的分辨率、精度和可重復性」一文中曾經講過,分辨率指的是檢測元件測量值的最小刻度單位,有時也會用檢測輸出值在單位量程內所劃分的刻度數來表示,它所描述的是量化刻度的細度大小,反應了在測量過程中從檢測元件能讀取到的最小變化量;但這個并不能說明它的精度是多少。因為精度其實是指測量值與真實值之間的接近程度,它是需要和標準值進行比較的。

打個比方,一把量程 1 米的卷尺,有 1000 個刻度,分辨率 1/1000 m (即:1mm);用標準尺量下,絕對誤差為 +5 mm/m,精度為 +0.5%;如果能把尺拉長 20 mm,此時絕對誤差增加為 +25 mm,精度降為2.5%,可是尺還是 1000 個刻度,其分辨率還是 1mm。

再比如:用兩臺稱來稱真實重量為 1 kg 的物體其中一臺秤出來 1.03 kg, 另一臺的結果為 0.83333333333333333333333 kg,那哪個更準呢?

編碼器3.png

同樣,對于反饋編碼器來說,分辨率也僅僅是指其輸出值刻度的細分大小,它體現了編碼器所能夠分辨的最小位置變化量。它除了取決于所使用的感應元件,同時也可以通過細分的方式來提高(但這會增加信號噪聲)。旋轉編碼器的分辨率通常會以軸每旋轉一周的信號輸出變化(步數)的方式來表示,線性編碼器以每毫米距離對應的信號輸出變化(步數)來表示。如果步數是 2的指數倍,則分辨率通常以“位”的形式表示。例如:一支旋轉編碼器標稱單圈 18 位的分辨率,那么它旋轉每一圈的輸出值就會有 262144 步(或脈沖數),其輸出的最小量化刻度(即每一步或脈沖)則為 4.944 arcsec(角秒)。

但我們并不能將這個最小量化刻度就當成是編碼器的精度。因為,編碼器的精度其實是指其測量輸出與實際位置值之間的接近程度,或者說是誤差的大小。事實上,編碼器在其行程范圍內每一步的測量輸出與真實位置值之間都是會存在不同程度的偏差的,廠家一般會把這個偏差的最大值標稱為編碼器的定位精度,通常以角度(單位:arcsec 角秒或 arcmin 弧分)或距離(單位:mm 或 μm...)表示。編碼器的精度由傳感器的基本誤差極限和溫度變化、濕度變化、電源波動、頻率改變…等影響量所引起的改變量極限決定。同時要標定這個精度數據的規格,也是要借助專用儀器(比如:分度儀…)在專門的測量環境中進行校驗的。

編碼器4.png

另外,編碼器在同一個位置的多次測量,還會表現出相近但不相同的輸出結果,即使在外部條件不變的情況下亦是如此。我們將這種重現相同測量結果的能力稱為編碼器的可重復性。它反映了位置反饋的確定性,因此對于編碼器來說,也是一個極為重要的性能指標,一般是以對同一給定位置連續測量五次的輸出的最大偏差來標定的。

回到本文開頭提到的產品樣本,一家以傳動產品出道發展起來的、并用 “技術”二字給企業命名的專業自動化公司,在介紹這款伺服電機的性能時,如此直白的將編碼器的分辨率和精度這兩個不同的概念混為一談,是不是太不嚴謹了些呢?希望廠家能夠及時對其進行澄清和修改,以避免因此而給用戶帶來誤導。

同時,作為業內公認的國貨自動化頭牌和被廣大用戶及同行寄予厚望的民族工業品牌,在有關產品技術的傳播與表達上,是否應該給自己提出更高的要求,做得更全面、更到位些呢?就拿這個伺服編碼器反饋性能來說,以下幾個問題,還是有必要在產品樣本中體現出來的吧:

伺服編碼器采用了何種檢測技術?光電還是磁編?

編碼器的精度到底是多少?

重復定位精度是多少?

上述精度是基于何種標準和規范校驗的?

多圈反饋采用了何種技術,機械齒輪、韋根、電池還是…?


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