Encoder resolution, accuracy and repeatability: What's the difference?

2020年9月14日

解析度

解析度為編碼器偵測到的最小移動。依編碼器類型不同,量測到的解析度也不一樣:

使用線性編碼器時,解析度為一個量測間距的長度。解析度通常以 ??m 表示,計算方式為極點長度(單位為 ??m)除以細分係數。在印刷的應用中,解析度通常以 DPI(每英吋點數)表示。

旋轉編碼器的解析度則能以弧秒、弧分、度、百分度或弧度表示。使用絕對式旋轉編碼器時,解析度為量測區段的數量或一圈的單位,例如絕對式旋轉編碼器的解析度為 13 位元,表示在一個完整的 360?? 旋轉中有 213 = 8192 個間距。增量式旋轉編碼器定義解析度的單位是 PPR(每圈脈衝數)和 CPR(每圈計數)。PPR 代表兩個上升邊緣之間的訊號脈衝,而 CPR 則同時在兩個通道標記上升與下降邊緣。,將 PPR 電子訊號值乘以四即可得出 CPR 值。


一個 CPR 及 PPR 的圖示。


解析度可能落在不同類別中,這些類別可大致以如下方式表示:

  • 適用於線性編碼器:
    • 高解析度:100 nm 以下
    • 中解析度: 200 nm ??? 10 ??m
    • 低解析度:50 ??m 以上
  • 適用於旋轉編碼器:
    • 高解析度:18 位元以上
    • 中解析度:13 位元 ??? 17 位元
    • 低解析度:12 位元以下

選用的編碼器應具備等於或優於應用方式所需的解析度。



精度

精度是指量測輸出值與其預期位置的距離所得的數據,也就是實際位置與編碼器回報的位置之間的偏差值,簡言之即為量測值的最大誤差。

編碼器的精度為光學尺精度及讀頭造成的誤差結合的結果。在旋轉編碼器中,精度通常以弧秒或度來表示。最常用來表示線性編碼器精度的單位是光學尺每長度單位的 ??m 值 (??m/m)。須注意的是,高解析度未必會自動帶來高精度。

含安裝誤差

安裝誤差去除後





重複性

重複性是取自相同實際位置的不同量測值之間的最大落差。

單向重複性是指在向相同方向移動並且處於相同運作條件下,多個量測中的相同實體位置在回報位置中的落差。電子雜訊、溫度漂移和元件老化,都會造成編碼器在不同時間點為相同位置回報不同數值。重複性通常不會明確描述,而是將重複性納入精度規格中。就一般經驗而言,重複性通常優於特定編碼器精度約 5 到 10 倍(數值較小)。

雙向重複性是指在向相反方向移動並且處於相同運作條件下,多個量測中的相同實體位置在回報位置中的落差。

系統可能會有重複性極高,但精度仍然不足的情況。圖 6 顯示精度與重複性的差別。儘管重複性良好未必代表精度高,但在多數應用中,重複性仍是最重要的編碼器參數,控制機械手臂的重複動作時就是一個例子。

精度與重複性的差別。

精度與重複性的差別。

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