補間の精度。

リニア軸の位置を決定するために、エンコーダの読み取りヘッドはスケールに沿って移動し、光の変化（光学式エンコーダの場合）または磁場の変化（磁気式エンコーダの場合）を「読み取ります」。読み取りヘッドがこれらの変化を記録すると、互いに90度ずれた正弦信号と余弦信号（「直交信号」と呼ばれる）が生成されます。これらのアナログ正弦信号と余弦信号はデジタル信号に変換され、解像度を高めるために、場合によっては16,000倍以上の係数で補間されます。しかし、補間は元のアナログ信号にエラーがない場合にのみ正確になります。正弦信号と余弦信号に何らかの不完全性（細分誤差と呼ばれる）があると、補間の品質が低下し、エンコーダの精度が低下します。

細分化誤差は周期的なものであり、スケールまたは走査ピッチの各間隔（つまり、各信号周期）ごとに発生しますが、蓄積されることはなく、スケールや移動距離とは無関係です。細分化誤差の主な原因は、機械的な不正確さとスケールと読み取りヘッドのずれですが、高調波の乱れによって正弦波および余弦波信号に歪みが生じる場合もあります。

リサジュー図形を用いて細分化誤差を判定する

細分化誤差を分析するために、正弦波信号の振幅を、時間経過に伴う余弦波信号の振幅に対してXYグラフ上にプロットします。これにより、「リサジュー図形」と呼ばれるパターンが生成されます。

プロットの中心を座標 0,0 に置いた場合、信号の位相が正確に 90 度ずれていて振幅が 1:1 であれば、プロットは完全な円になります。分割誤差は、中心点のずれ、または正弦信号と余弦信号間の位相差 (正弦と余弦の位相が正確に 90 度ずれていない) や振幅差として現れることがあります。高品質のエンコーダであっても、SDE は信号周期の 1 ～ 2 パーセントになる場合があるため、信号処理回路には、分割誤差を補正するためのゲイン、位相、オフセット補正機能が含まれていることがよくあります。

ダイレクトドライブには高精度エンコーダが必要です

エンコーダの精度は、機械的に結合された回転モータによって駆動される位置決めアプリケーションにおいて重要ですが、ダイレクトドライブ式リニアモータを使用する場合は、特に精度が重要になります。その違いは、速度制御の方法にあります。

従来の回転モーターアプリケーションでは、モーターに取り付けられたロータリーエンコーダが速度情報を提供し、リニアエンコーダが位置情報を提供します。しかし、ダイレクトドライブアプリケーションでは、ロータリーエンコーダは使用されません。リニアエンコーダは速度と位置の両方のフィードバックを提供し、速度情報はエンコーダの位置から導出されます。エンコーダの位置を正確に報告し、ひいては速度情報を取得する能力を損なう細分化誤差は、速度リップルを引き起こす可能性があります。

さらに、ダイレクトドライブシステムは高い制御ループゲインで動作させることができ、位置や速度の誤差に迅速に対応して修正することが可能です。しかし、誤差の発生頻度が増加すると、コントローラが誤差に対応できなくなり、モータはより多くの電流を消費して対応しようとし、結果として騒音が発生したり、モータが過熱したりします。