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编码器的分辨率和精度是一回事儿吗?

时间:2020-07-31来源:

导语:前段时间登陆国内某知名自动化品牌的官网,查看旗下一款小型伺服产品,打开样本后一不小心看到这样一段关于伺服反馈的描述。

前段时间登陆国内某知名自动化品牌的官网,查看旗下一款小型伺服产品,打开样本后一不小心看到这样一段关于伺服反馈的描述。

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文中提到了这款伺服电机反馈性能的几个“特点”:

● 它采用了 23 /圈的绝对值编码器,分辨率提升至原来 ISMH 电机的 8 倍,并且还在特意左上角配图说明,其反馈的精度可以达到 8388608 P/R,即每圈 223 脉冲数;

● 具备内置绝对精度矫正功能,可显著提升设备重复定位精度和绝对定位精度;

● 在右侧电机图片下方的一段蓝字显示,其多圈反馈可记忆共 65535 圈的绝对位置…

老实说,我刚看到每这部分介绍时是比较懵的。

一方面,圈内国货伺服产品现在已经 NB 到这个水准了么?伺服反馈的精度已经达到 0.000042915344238 度,或者说 0.154495239257813 角秒的级别了?要知道,这种级别的精度已经不仅仅是测量元件的事情了,各种环境条件,比如:温度变化带来的热胀冷缩、旋转轴安装同心度、轴承的振动…,都是会对它产生极大影响的。这款电机的生产制造标准是得有多高呀?

另一方面,恕我愚钝,那个所谓的“绝对精度矫正功能”,又是几个意思呢?既然已经有这么高的精度了,为何还需要矫正呢?要么是实际测量精度没那么高,需要通过算法进行“补偿修正”?所以,这又是什么神操作呢?

不过,当我看到绿底白字写着“高精度 8388608 P/R”时,我便不禁要问了,分辨率和精度是一回事儿吗?反馈精度的单位难道变成了 P/R 单圈脉冲数了?话说,这种混淆概念的表述,貌似和国货一哥的身份不太相符吧。

编码器2.png

我们在之前「编码器的分辨率、精度和可重复性」一文中曾经讲过,分辨率指的是检测元件测量值的最小刻度单位,有时也会用检测输出值在单位量程内所划分的刻度数来表示,它所描述的是量化刻度的细度大小,反应了在测量过程中从检测元件能读取到的最小变化量;但这个并不能说明它的精度是多少。因为精度其实是指测量值与真实值之间的接近程度,它是需要和标准值进行比较的。

打个比方,一把量程 1 米的卷尺,有 1000 个刻度,分辨率 1/1000 m (即:1mm);用标准尺量下,绝对误差为 +5 mm/m,精度为 +0.5%;如果能把尺拉长 20 mm,此时绝对误差增加为 +25 mm,精度降为2.5%,可是尺还是 1000 个刻度,其分辨率还是 1mm

再比如:用两台称来称真实重量为 1 kg 的物体, 其中一台秤出来 1.03 kg, 另一台的结果为 0.83333333333333333333333 kg,那哪个更准呢?

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同样,对于反馈编码器来说,分辨率也仅仅是指其输出值刻度的细分大小,它体现了编码器所能够分辨的最小位置变化量。它除了取决于所使用的感应元件,同时也可以通过细分的方式来提高(但这会增加信号噪声)。旋转编码器的分辨率通常会以轴每旋转一周的信号输出变化(步数)的方式来表示,线性编码器以每毫米距离对应的信号输出变化(步数)来表示。如果步数是 2 的指数倍,则分辨率通常以“位”的形式表示。例如:一支旋转编码器标称单圈 18 位的分辨率,那么它旋转每一圈的输出值就会有 262144 步(或脉冲数),其输出的最小量化刻度(即每一步或脉冲)则为 4.944 arcsec(角秒)。

但我们并不能将这个最小量化刻度就当成是编码器的精度。因为,编码器的精度其实是指其测量输出与实际位置值之间的接近程度,或者说是误差的大小。事实上,编码器在其行程范围内每一步的测量输出与真实位置值之间都是会存在不同程度的偏差的,厂家一般会把这个偏差的最大值标称为编码器的定位精度,通常以角度(单位:arcsec 角秒或 arcmin 弧分)或距离(单位:mm 或 μm...)表示。编码器的精度由传感器的基本误差极限和温度变化、湿度变化、电源波动、频率改变…等影响量所引起的改变量极限决定。同时要标定这个精度数据的规格,也是要借助专用仪器(比如:分度仪…)在专门的测量环境中进行校验的。

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另外,编码器在同一个位置的多次测量,还会表现出相近但不相同的输出结果,即使在外部条件不变的情况下亦是如此。我们将这种重现相同测量结果的能力称为编码器的可重复性。它反映了位置反馈的确定性,因此对于编码器来说,也是一个极为重要的性能指标,一般是以对同一给定位置连续测量五次的输出的最大偏差来标定的。

回到本文开头提到的产品样本,一家以传动产品出道发展起来的、并用 “技术”二字给企业命名的专业自动化公司,在介绍这款伺服电机的性能时,如此直白的将编码器的分辨率和精度这两个不同的概念混为一谈,是不是太不严谨了些呢?希望厂家能够及时对其进行澄清和修改,以避免因此而给用户带来误导。

同时,作为业内公认的国货自动化头牌和被广大用户及同行寄予厚望的民族工业品牌,在有关产品技术的传播与表达上,是否应该给自己提出更高的要求,做得更全面、更到位些呢?就拿这个伺服编码器反馈性能来说,以下几个问题,还是有必要在产品样本中体现出来的吧:

伺服编码器采用了何种检测技术?光电还是磁编?

编码器的精度到底是多少?

重复定位精度是多少?

上述精度是基于何种标准和规范校验的?

多圈反馈采用了何种技术,机械齿轮、韦根、电池还是…?


来源“智造商”微信公众号


标签: 编码器

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