BALLUFF巴鲁夫编码器分辨率与精度提升的内在因素与误区解读

BALLUFF巴鲁夫编码器分辨率与精度提升的内在因素与误区解读

BALLUFF巴鲁夫编码器对于传感器的分辨率与精度的理解，我们可以借助机械三指针式手表进行类比。分辨率类似于手表中的时针、分针和秒针，它们分别代表小时、分钟和秒的单位变化。而精度则是指每个手表对标准时间的准确度，这可能因手表品牌或使用时间的不同而有所差异，通常在1秒至30秒之间。

在旋转BALLUFF巴鲁夫编码器的应用中，分辨率与精度同样具有不同的含义。编码器的分辨率，具体来说，是指其能够读取并输出的最小角度变化。相关参数包括每转刻线数（line）、每转脉冲数（PPR）、最小步距（Step）以及位（Bit）等。而编码器的精度，则反映了其输出信号数据与实际测量角度之间的准确度。这一概念对应的参数是角分（′）和角秒（″）。

BALLUFF巴鲁夫编码器的分辨率与其方波输出特性紧密相关。在直接方波输出的情况下，分辨率通常由每转脉冲数（PPR）来衡量。但如果编码器采用正余弦（sin/cos）信号输出，那么通过电子细分技术，我们可以从模拟量变化中获取更多的方波脉冲，从而提升分辨率。此外，编码器的方波输出还包括A相与B相，它们相当于人的左右眼，通过判断两者的相位差，我们可以确定旋转方向，并通过上升沿与下降沿的检测，获取1/4脉冲周期的变化步距，进而计算出最小测量步距（Step），即编码器的分辨率。

BALLUFF巴鲁夫编码器可以通过变化量与相位角进行细分。编码器，拥有3600线，其方波输出为3600ppr，脉冲周期为0.1度。经过A相B相的4倍频处理后，可以获得0.025度的测量步距。而其提供的精度参数为18角秒（0.005度）。

> 方波与正余弦信号

编码器的方波输出和正余弦信号可采用细分技术提升分辨率，A相B相信号通过相位差判断旋转方向，并通过细分技术增加脉冲数量。

编码器精度因素

旋转编码器的精度，以角分、角秒为单位进行衡量，与分辨率有一定关联但并非相同。以德国Heidenhain的ROD400系列为例，对于5000线以下的编码器，海德汉提供的刻线精度为刻线宽度的1/20，这与分辨率相关。然而，对于6000-10000线的编码器，精度则固定为12角秒，与分辨率无关。同样地，海德汉的RON系列角度编码器，其精度范围从2.5~5角秒到0.4角秒不等，也不受分辨率影响。

> 影响精度的因素

实际上，编码器的精度受光学、机械、电气部分的影响，安装和使用过程中的因素也会导致精度变化，例如测量转轴的同心度和抗干扰能力等。

> 电气及使用影响

BALLUFF巴鲁夫编码器精度同时受信号处理电路和细分技术引入的误差影响，高分辨率并不一定意味着高精度，需注意安装及使用过程中的细节。例如，光学码盘的精度受到多种因素的影响。首先是母板的刻线精度，Heidenhain的母板在地下几十米双悬浮工作室内加工，力求将外界各种影响减小到最小。然而，加工过程、光学成像时间、温度变化、物理化学影响以及污染等都会对码盘刻线的宽度和边缘性产生影响。因此，尽管各家编码器厂家可能采用相同数量的码盘刻线，但其能达到的精度却各有差异。

细分技术应用与误区

细分电路通过捕捉A/B相波形的变化，能够精准判断相位角，并进一步细分为更微小的方波脉冲输出。同时，它还提供了具有1/4周期差的A’/B’两相和Z’相，使得A’/B’相能够进行4倍频的细分处理。以下是五倍细分后的示波器图：

> 细分技术的效果

细分技术通过捕捉相位角变化，可提高分辨率，实际应用中有时让人误以为提升了精度，但其依赖于原始编码器的精度。

> 常见误区

高分辨率并不直接提升精度，特别是在使用较大的细分倍数时，精度提升效果有限，需注意细分前刻线数的重要性。例如，ROD486编码器，其细分前的刻线数为3600，分辨度（Step）为0.025度。尽管其使用精度在±1步距下仅为0.05度，但精度却高达18角秒。通过细分，我们可以在18角秒以内进一步提高精度的使用，这给人一种细分“提升了精度"的印象。然而，当细分倍数达到一定水平后，其使用精度便无法再超越18角秒的限制。

一、什么是编码器分辨率？

编码器是一种机电一体化的设备，用于测量和控制旋转角度和速度等参数。编码器分辨率是指其能够测量和控制的最小旋转角度或线性移动距离。通常用单位码数（CPR）来表示。

二、BALLUFF巴鲁夫编码器分辨率的常见类型

1. BALLUFF巴鲁夫编码器是一种基于光学原理的编码器，可以测量较小的旋转角度和线性位移。其分辨率通常在1000 CPR以上，精度高、重复性好，但价格较贵，且对环境光线和震动敏感。

2. 磁性编码器

磁性编码器是一种基于磁性原理的编码器，分为永磁性和电磁性两种类型。其分辨率通常在1000 CPR以下，价格相对较低，且稳定性好、适应环境能力强。但其精度和重复性会受到磁场强度和位置误差的影响。

3. BALLUFF巴鲁夫编码器是一种将编码器和旋转轴集成在一起的编码器，分辨率可达到10000 CPR以上。其优点是安装方便、精度高、重复性好，但价格昂贵。

三、如何选择适合自己的编码器分辨率

1. 根据测量要求选择

不同的应用场景对编码器分辨率的要求有所不同，如机床、机器人、印刷机等行业对精度和稳定性有较高要求，通常需要选择分辨率较高的编码器；而一些对成本较敏感的场合则可以选择分辨率较低的编码器。

2. 根据成本考虑选择

BALLUFF巴鲁夫编码器分辨率越高，价格通常越贵。因此，在实际使用中需要根据实际情况进行权衡，找到性价比选择。

3. 根据应用环境选择

光电编码器对环境光线和震动较为敏感，因此在环境复杂或易受干扰的场合建议选用磁性编码器或共轴编码器。

总之，选择适合自己的编码器分辨率需要综合考虑多个因素，包括应用场景、成本和环境等。只有选用合适的编码器才能更好地保证生产和控制的精度和稳定性。