BALLUFF巴魯夫編碼器分辨率與精度提升的內在因素與誤區解讀

BALLUFF巴魯夫編碼器分辨率與精度提升的內在因素與誤區解讀

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

在旋轉BALLUFF巴魯夫編碼器的應用中，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。相關參數包括每轉刻線數（line）、每轉脈沖數（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數據與實際測量角度之間的準確度。這一概念對應的參數是角分（′）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。在直接方波輸出的情況下，分辨率通常由每轉脈沖數（PPR）來衡量。但如果編碼器采用正余弦（sin/cos）信號輸出，那么通過電子細分技術，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，它們相當于人的左右眼，通過判斷兩者的相位差，我們可以確定旋轉方向，并通過上升沿與下降沿的檢測，獲取1/4脈沖周期的變化步距，進而計算出最小測量步距（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行細分。編碼器，擁有3600線，其方波輸出為3600ppr，脈沖周期為0.1度。經過A相B相的4倍頻處理后，可以獲得0.025度的測量步距。而其提供的精度參數為18角秒（0.005度）。

> 方波與正余弦信號

編碼器的方波輸出和正余弦信號可采用細分技術提升分辨率，A相B相信號通過相位差判斷旋轉方向，并通過細分技術增加脈沖數量。

編碼器精度因素

旋轉編碼器的精度，以角分、角秒為單位進行衡量，與分辨率有一定關聯但并非相同。以德國Heidenhain的ROD400系列為例，對于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。然而，對于6000-10000線的編碼器，精度則固定為12角秒，與分辨率無關。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

實際上，編碼器的精度受光學、機械、電氣部分的影響，安裝和使用過程中的因素也會導致精度變化，例如測量轉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受信號處理電路和細分技術引入的誤差影響，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節。例如，光學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加工，力求將外界各種影響減小到最小。然而，加工過程、光學成像時間、溫度變化、物理化學影響以及污染等都會對碼盤刻線的寬度和邊緣性產生影響。因此，盡管各家編碼器廠家可能采用相同數量的碼盤刻線，但其能達到的精度卻各有差異。

細分技術應用與誤區

細分電路通過捕捉A/B相波形的變化，能夠精準判斷相位角，并進一步細分為更微小的方波脈沖輸出。同時，它還提供了具有1/4周期差的A’/B’兩相和Z’相，使得A’/B’相能夠進行4倍頻的細分處理。以下是五倍細分后的示波器圖：

> 細分技術的效果

細分技術通過捕捉相位角變化，可提高分辨率，實際應用中有時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

高分辨率并不直接提升精度，特別是在使用較大的細分倍數時，精度提升效果有限，需注意細分前刻線數的重要性。例如，ROD486編碼器，其細分前的刻線數為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18角秒。通過細分，我們可以在18角秒以內進一步提高精度的使用，這給人一種細分“提升了精度”的印象。然而，當細分倍數達到一定水平后，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？

編碼器是一種機電一體化的設備，用于測量和控制旋轉角度和速度等參數。編碼器分辨率是指其能夠測量和控制的最小旋轉角度或線性移動距離。通常用單位碼數（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原理的編碼器，可以測量較小的旋轉角度和線性位移。其分辨率通常在1000 CPR以上，精度高、重復性好，但價格較貴，且對環境光線和震動敏感。

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，價格相對較低，且穩定性好、適應環境能力強。但其精度和重復性會受到磁場強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軸集成在一起的編碼器，分辨率可達到10000 CPR以上。其優點是安裝方便、精度高、重復性好，但價格昂貴。

三、如何選擇適合自己的編碼器分辨率

1. 根據測量要求選擇

不同的應用場景對編碼器分辨率的要求有所不同，如機床、機器人、印刷機等行業對精度和穩定性有較高要求，通常需要選擇分辨率較高的編碼器；而一些對成本較敏感的場合則可以選擇分辨率較低的編碼器。

2. 根據成本考慮選擇

BALLUFF巴魯夫編碼器分辨率越高，價格通常越貴。因此，在實際使用中需要根據實際情況進行權衡，找到性價比選擇。

3. 根據應用環境選擇

光電編碼器對環境光線和震動較為敏感，因此在環境復雜或易受干擾的場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因素，包括應用場景、成本和環境等。只有選用合適的編碼器才能更好地保證生產和控制的精度和穩定性。