Precisione dell'interpolazione.

Per determinare la posizione di un asse lineare, una testina di lettura dell'encoder si muove lungo una scala e "legge" le variazioni di luce (per gli encoder ottici) o del campo magnetico (per quelli magnetici). Quando la testina di lettura registra queste variazioni, produce segnali seno e coseno sfasati di 90 gradi l'uno rispetto all'altro (detti "segnali in quadratura"). Questi segnali analogici seno e coseno vengono convertiti in segnali digitali, che vengono poi interpolati – in alcuni casi, di un fattore 16.000 o superiore – per aumentarne la risoluzione. Tuttavia, l'interpolazione può essere accurata solo se i segnali analogici originali sono privi di errori. Qualsiasi imperfezione nei segnali seno e coseno – detta errore di suddivisione – degrada la qualità dell'interpolazione e riduce la precisione dell'encoder.

L'errore di suddivisione è ciclico, si verifica a ogni intervallo della scala o del passo di scansione (ovvero a ogni periodo del segnale), ma non si accumula ed è indipendente dalla scala o dalla lunghezza della corsa. Le due cause principali dell'errore di suddivisione sono imprecisioni meccaniche e disallineamento tra la scala e la testina di lettura, sebbene anche i disturbi armonici possano causare distorsioni nei segnali seno e coseno.

Utilizzo di un modello di Lissajous per determinare l'errore di suddivisione

Per analizzare l'errore di suddivisione, l'ampiezza del segnale sinusoidale viene rappresentata graficamente su un grafico XY in funzione dell'ampiezza del segnale coseno, nel tempo. Questo crea il cosiddetto modello "Lissajous".

Con il grafico centrato sulla coordinata 0,0, se i segnali sono sfasati esattamente di 90 gradi e hanno un'ampiezza di 1:1, il grafico formerà un cerchio perfetto. L'errore di suddivisione può manifestarsi come offset del punto centrale, o come differenze di fase (sfasamento di seno e coseno non esattamente di 90 gradi) o di ampiezza tra i segnali seno e coseno. Anche negli encoder di alta qualità, l'errore di suddivisione può essere compreso tra l'1 e il 2% del periodo del segnale, quindi i dispositivi elettronici di elaborazione del segnale spesso includono correzioni di guadagno, fase e offset per contrastare gli errori di suddivisione.

Gli azionamenti diretti richiedono encoder ad alta precisione

La precisione dell'encoder è fondamentale per le applicazioni di posizionamento azionate da motori rotativi ad accoppiamento meccanico, ma è particolarmente critica quando si utilizza un motore lineare a trasmissione diretta. La differenza sta nel modo in cui viene controllata la velocità.

In un'applicazione tradizionale con motore rotativo, un encoder rotativo collegato al motore fornisce informazioni sulla velocità, mentre l'encoder lineare fornisce informazioni sulla posizione. Tuttavia, nelle applicazioni a trasmissione diretta, non è presente alcun encoder rotativo. L'encoder lineare fornisce un feedback sia per la velocità che per la posizione, con le informazioni sulla velocità ricavate dalla posizione dell'encoder. L'errore di suddivisione, che compromette la capacità dell'encoder di segnalare accuratamente la posizione e, di conseguenza, di ricavare informazioni sulla velocità, può causare ondulazione di velocità.

Inoltre, i sistemi a trasmissione diretta possono essere gestiti con elevati guadagni del circuito di controllo, il che consente loro di reagire rapidamente per correggere errori di posizione o velocità. Tuttavia, all'aumentare della frequenza dell'errore, il controllore non è in grado di tenere il passo e il motore assorbe più corrente nel tentativo di rispondere, con conseguente rumore udibile e un eccessivo riscaldamento del motore.