Precisione dell'interpolazione.

Per determinare la posizione di un asse lineare, una testina di lettura dell'encoder si sposta lungo una scala e "legge" le variazioni della luce (per gli encoder ottici) o del campo magnetico (per i tipi magnetici). Quando la testina di lettura registra questi cambiamenti, produce segnali seno e coseno sfasati di 90 gradi l'uno dall'altro (denominati “segnali di quadratura”). Questi segnali analogici seno e coseno vengono convertiti in segnali digitali, che vengono poi interpolati, in alcuni casi, di un fattore pari o superiore a 16.000, per aumentare la risoluzione. Ma l'interpolazione può essere precisa solo se i segnali analogici originali sono privi di errori. Qualsiasi imperfezione nei segnali seno e coseno, denominata errore suddivisione, degrada la qualità dell'interpolazione e riduce la precisione dell'encoder.

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

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

Per analizzare l'errore suddivisione, l'ampiezza del segnale dell'onda sinusoidale viene tracciata su un grafico XY rispetto all'ampiezza del segnale dell'onda coseno, nel tempo. Questo crea quello che viene definito modello “Lissajous”.

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

Gli azionamenti diretti richiedono encoder ad alta precisione

La precisione dell'encoder è importante per le applicazioni di posizionamento azionate da motori rotativi accoppiati meccanicamente, ma la precisione è particolarmente critica quando viene utilizzato un motore lineare ad azionamento diretto. 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. Ma nelle applicazioni ad azionamento diretto non è presente alcun encoder rotativo. L'encoder lineare fornisce feedback sia per la velocità che per la posizione, mentre le informazioni sulla velocità derivano dalla posizione dell'encoder. L'errore suddivisione, che compromette la capacità dell'encoder di riportare con precisione la posizione e, quindi, di ricavare informazioni sulla velocità, può portare a un'ondulazione della velocità.

Inoltre, i sistemi ad azionamento diretto possono essere utilizzati con guadagni elevati del circuito di controllo, che consentono loro di rispondere rapidamente per correggere errori di posizione o velocità. Ma quando la frequenza dell'errore aumenta, il controller non è in grado di tenere il passo con l'errore e il motore assorbe più corrente nel tentativo di rispondere, provocando rumore udibile e riscaldamento eccessivo del motore.