Was ist Subdivisional Error (SDE) in Linearcodierern?

Lissajous Figuren

Genauigkeit der Interpolation.

Um die Position einer linearen Achse zu bestimmen, bewegt sich ein Encoder-Lesekopf entlang einer Skala und "liest" Änderungen des Lichts (für optische Encoder) oder des Magnetfelds (für magnetische Typen). Wenn der Lesekopf diese Änderungen registriert, erzeugt er Sinus- und Cosinussignale, die um 90 Grad voneinander verschoben sind (als "Quadratursignale" bezeichnet). Diese analogen Sinus- und Cosinussignale werden in digitale Signale umgewandelt, die dann - in einigen Fällen um den Faktor 16.000 oder mehr - interpoliert werden, um die Auflösung zu erhöhen. Die Interpolation kann jedoch nur dann genau sein, wenn die ursprünglichen analogen Signale fehlerfrei sind. Jede Unvollkommenheit in den Sinus- und Cosinussignalen - als Unterteilungsfehler bezeichnet - verschlechtert die Qualität der Interpolation und verringert die Genauigkeit des Codierers.

Der Unterteilungsfehler ist zyklisch und tritt mit jedem Intervall der Skala oder Abtastteilung (dh mit jeder Signalperiode) auf, sammelt sich jedoch nicht an und ist unabhängig von der Skala oder der Verfahrlänge. Die beiden Hauptursachen für SDE sind mechanische Ungenauigkeiten und Fehlausrichtungen zwischen der Skala und dem Lesekopf, obwohl harmonische Störungen auch zu Verzerrungen der Sinus- und Cosinussignale führen können.

Verwenden eines Lissajous-Musters zum Bestimmen des Unterteilungsfehlers

Um den Teilungsfehler zu analysieren, wird die Größe des Sinuswellensignals in einem XY-Diagramm gegen die Größe des Cosinuswellensignals über die Zeit aufgetragen. Dadurch entsteht ein sogenanntes "Lissajous" -Muster.

Wenn das Diagramm bei der 0,0-Koordinate zentriert ist und die Signale um genau 90 Grad phasenverschoben sind und eine Amplitude von 1: 1 haben, bildet das Diagramm einen perfekten Kreis. Unterteilungsfehler können sich als Versatz des Mittelpunkts oder als Unterschiede in der Phase (Sinus- und Cosinusverschiebung nicht genau 90 Grad) oder der Amplitude zwischen den Sinus- und Cosinussignalen manifestieren. Selbst in hochwertigen Codierern kann SDE 1 bis 2 Prozent der Signalperiode betragen, sodass die Signalverarbeitungselektronik häufig Verstärkungs-, Phasen- und Offsetkorrekturen enthält, um Unterteilungsfehlern entgegenzuwirken.

Direktantriebe erfordern hochgenaue Encoder

Die Genauigkeit des Encoders ist wichtig für Positionierungsanwendungen, die von mechanisch gekoppelten Rotationsmotoren angetrieben werden. Die Genauigkeit ist jedoch besonders wichtig, wenn ein Linearmotor mit Direktantrieb verwendet wird. Der Unterschied liegt darin, wie die Geschwindigkeit gesteuert wird.

Bei einer herkömmlichen Rotationsmotoranwendung liefert ein am Motor angebrachter Drehgeber Geschwindigkeitsinformationen, während der Lineargeber Positionsinformationen liefert. Bei Direktantriebsanwendungen gibt es jedoch keinen Drehgeber. Der Linearcodierer liefert eine Rückmeldung für Geschwindigkeit und Position, wobei die Geschwindigkeitsinformationen aus der Position des Encoders abgeleitet werden. Ein Teilungsfehler, der die Fähigkeit des Codierers beeinträchtigt, die Position genau zu melden und daher Geschwindigkeitsinformationen abzuleiten, kann zu einer Geschwindigkeitswelligkeit führen.

Darüber hinaus können Direktantriebssysteme mit hohen Regelkreisverstärkungen betrieben werden, wodurch sie schnell auf korrekte Positions- oder Geschwindigkeitsfehler reagieren können. Mit zunehmender Fehlerhäufigkeit kann die Steuerung jedoch nicht mit dem Fehler Schritt halten, und der Motor zieht mehr Strom, um zu reagieren, was zu hörbaren Geräuschen und übermäßiger Motorerwärmung führt.


Beitragszeit: 22.06.2020