Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2025-07-17 Origen:Sitio
El error subdivisional en codificadores lineales es un error repetitivo. Sucede cuando los problemas cambian las señales sinusoidal y coseno del cabezal de lectura del codificador. Este error aparece una y otra vez con cada período de señal. No empeora a medida que te mueves más lejos. El error subdivisional se mantiene muy pequeño, en el rango nanométrico. Incluso pequeños cambios son importantes. Los fabricantes ponen valores de error subdivisional en hojas de datos. Esto te ayuda a ver cuánto podría cambiar tu precisión. Necesita un error subdivisional bajo para una buena precisión en trabajos difíciles.
El error subdivisional es un pequeño error que se repite en codificadores lineales. Afecta cuán precisa es la medición, pero no empeora a medida que mide más. Las señales sinuso y coseno limpias y equilibradas son muy importantes. Ayudan a reducir el error subdivisional y hacen que su sistema sea más exacto. Instalar cosas de la manera correcta también es importante. Debe alinear las cosas con cuidado, controlar la temperatura y detener las vibraciones. Esto ayuda a que el error subdivisional sea mucho más pequeño. Algunos codificadores tienen correcciones electrónicas y piezas mecánicas especiales. Estos pueden corregir errores de señal y dar mediciones más detalladas. Debe probar a menudo con herramientas como los patrones de lisas. La calibración mucho también mantiene bajo el error subdivisional y se asegura de que su sistema funcione bien.
Los codificadores lineales son como reglas que usan luz para medir. Tienen una escala con un patrón que se repite. La cabeza de lectura brilla la luz en la escala. Mira la luz que regresa o pasa. Esto hace dos señales llamadas ondas sinusoidal y coseno. Estas ondas están en cuadratura, por lo que están a 90 grados de distancia. La cabeza de lectura verifica las señales de una gran área. Esto ayuda a reducir el ruido y mantiene las señales estables. Los cambios en el polvo o el calor no arruinan las señales.
La mayoría de los codificadores lineales utilizan formas ópticas de trabajar. Usan rejillas de difracción para dividir la luz en partes. La luz de orden ± 1 hace señales limpias sinusoidales y coseno. Estas señales muestran el lugar exacto. La luz de pedido ± 2 ayuda a encontrar errores de movimiento, como el tono o la guiñada. Algunos codificadores usan patrones Moiré u otros trucos con luz. Estas formas ayudan a mantener las señales limpias. Las señales más limpias significan menos error de interpolación y mejor detalle.
Las señales analógicas sinusoidal y coseno aún no son digitales. El codificador debe dividir cada período de señal en pequeños pasos. Esto se llama interpolación. Le permite obtener muchos más detalles que las líneas de escala.
La interpolación verifica la forma de las ondas seno y coseno. Si las señales son perfectas, el error de interpolación es muy pequeño. Pero las señales reales pueden tener problemas. El tamaño puede cambiar, la fase puede cambiar o la forma puede estar mal. Estos problemas hacen un error de interpolación. El error repite cada período de señal. Limita el mejor detalle en el que puede confiar.
El error de interpolación puede empeorar cuando vas más rápido. Esto sucede porque las señales cambian de forma a alta velocidad. El segundo armónico en la señal a menudo causa la mayor parte del error. Sacudir o cambios en el camino de la luz puede empeorarlo. Puede intentar corregir estos errores, pero es difícil. La mejor manera es tener señales limpias y un buen diseño.
Consejo: Mire siempre la hoja de datos del codificador para ver el error y los detalles de interpolación. Un error más bajo y un mayor detalle significan mejores resultados para su trabajo.
El error subdivisional puede provenir de muchos lugares dentro de un codificador lineal. Debe saber que estas causas mantienen su sistema funcionando bien. El error subdivisional es uno de los tres errores principales en la precisión del codificador lineal. Los otros dos son error de pendiente y error de linealidad. Cada causa puede cambiar cuánto confía en la posición y las lecturas de velocidad.
Las imperfecciones de la señal son la razón más importante para el error subdivisional. Estos problemas ocurren cuando las señales sinusoidal y coseno no se ven bien. Las señales pueden tener:
Offset (el centro de la ola se mueve hacia arriba o hacia abajo)
Desequilibrio (una ola es más grande que la otra)
Error de fase (las ondas no están separadas a 90 grados)
Distorsión armónica (las olas no son suaves)
Estos problemas hacen que las señales no son lineales. Cuando divide la señal en pequeños pasos, los errores repiten cada período. Este patrón de repetición se llama error subdivisional. Incluso si la señal es fuerte, los errores de fase y la distorsión aún pueden dañar la precisión. Algunos codificadores usan chips o software especiales para corregir el desplazamiento y el desequilibrio. Suele arreglar el error de fase durante la configuración. Si desea la mejor precisión, debe mantener estos problemas de señal muy pequeños.
Nota: Las señales malas causan errores de repetición que limitan cuán cerca puede medir la posición. Siempre verifique las señales limpias y equilibradas al configurar.
Los problemas con la escala y la forma en que la pones en su lugar también causan un error subdivisional. La escala tiene pequeñas líneas o patrones. Si estas líneas no son perfectas, obtienes errores. Los problemas comunes incluyen:
Ciclo de trabajo variable (el ancho de la línea cambia)
Se dobla a escala durante el montaje
La escala crece o se encoge de la temperatura
La escala se dobla de diferentes temperaturas
Diferentes materiales en el codificador crecen a diferentes tasas
Estos problemas cambian el espacio entre las líneas. Cuando cambia el espacio, las señales del cabezal de lectura no coinciden con la posición real. La temperatura puede estirar o reducir la escala, empeorando el error. No siempre puede corregir estos errores con la corrección de la señal. Debe montar la escala con cuidado y controlar la temperatura para obtener los mejores resultados.
Aquí hay una lista rápida de las principales causas de estudios recientes:
El error subdivisional de alta frecuencia se repite en cada período de escala.
Errores al hacer la rejilla.
La escala se dobla del montaje.
Cambios de temperatura y diferencias.
Temblores mecánicos y golpes.
El cabezal de lectura y su óptica también son importantes para el error subdivisional. La óptica debe ver claramente el patrón de escala. Si la óptica tiene problemas, obtienes errores. Los problemas pueden provenir de:
Polvo o rasguños en la óptica
La cabeza y la escala no están alineados
La cabeza de lectura se inclina o gira
Mal diseño óptico
Si la cabeza se inclina o se mueve, la ruta de la luz cambia. Este cambio empeora las señales y aumenta el error subdivisional. Sacudir o golpes también pueden mover la cabeza, causando errores aleatorios. Un buen diseño y configuración cuidadosa ayudan a mantener la óptica limpia y alineada. Algunos codificadores usan recubrimientos o cubiertas especiales para proteger la óptica.
Componente de error | Descripción | Características clave |
|---|---|---|
Error de pendiente | El mayor error que se suma, puede ser corregido por el controlador | Se suma a través del viaje; afecta la precisión total |
Error de linealidad | Rango de error que no se suma después de que se corrige el error de pendiente | Medido en micrómetros por metro; no suma |
Error subdivisional | Repetir error en cada período de escala, causado por problemas de señal y mecánicos | Limita lo cerca que puede medir; no suma |
Debe observar todas estas causas si desea que su codificador lineal sea lo más preciso posible. El error subdivisional puede limitar su sistema, incluso si otros errores son pequeños. Al conocer estas causas, puede intentar hacerlas más pequeñas y obtener mejores resultados.
Puede verificar el error subdivisional observando las señales sinusoidal y coseno. Estas señales provienen de la cabeza de lectura a medida que se mueve en la escala. Para encontrar errores, dibuja una señal en el eje X y la otra en el eje Y. Esto hace una forma llamada patrón lissojoso. Si las señales son perfectas, el patrón es un círculo en el centro. Esto significa que no hay error subdivisional. Si el círculo se ve aplastado, movido o retorcido, algo está mal. Problemas como el desajuste de amplitud, el cambio de fase o el desplazamiento cambian el patrón. Puede detectar estos problemas rápidamente, por lo que este método le ayuda a corregir errores rápidamente.
Consejo: los patrones de lisashos lo ayudan a encontrar problemas de señal antes de arruinar sus medidas.
Los científicos e ingenieros usan este método en laboratorios y fábricas. También usan análisis armónico para buscar ondas adicionales en la señal. Los armónicos de tercer orden a menudo aparecen cuando la escala u óptica tiene problemas. Al observar estos patrones, puede aprender y reducir el error subdivisional.
Necesita saber qué tan grande es el error subdivisional. La mayoría de las personas usan nanómetros (NM) para mostrar el tamaño de este error en codificadores lineales. Para los codificadores rotativos, usan grados. En los mejores codificadores, el error es de aproximadamente 1 a 2 por ciento del período de señal. Este pequeño número es muy importante para el trabajo de alta precisión.
El error subdivisional repite cada período de señal.
El tamaño del error limita el paso más pequeño en el que puede confiar.
Los grandes errores dificultan obtener los mismos resultados cada vez.
Aquí hay una tabla de estándares y fuentes importantes para medir y reducir el error subdivisional:
Fuente/estándar/técnica | Descripción | Período de tiempo | Incertidumbre o mejora de medición |
|---|---|---|---|
Informes internos de NIST (NISTIR 4757, NISTIR 5615 por D. Swyt) | Hablar sobre problemas con tolerancias estrictas y ensamblajes para la medición y reducción de SDE | Contemporáneo | Referencias clave para SDE en ingeniería de precisión |
ISO Standard para temperatura de referencia (ISO, 1975) | Proporciona condiciones estándar para las mediciones de tamaño | Desde 1975 | Bases para condiciones de medición constantes |
Sistema de interferómetro de escala de línea NIST | Sistema interferométrico para estándares de longitud | Comenzó 1965, utilizado después de 1971 también | La incertidumbre disminuyó de 0.25 μm (1960) a 0.08 μm (2000) a escala de 1 m |
Precision Gage bloquea la calibración por NBS/NIST | Utilizaron los comparadores de contactos mecánicos primero, luego formas interferométricas | 1901 a ahora | La incertidumbre mejoró de 0.75 μm (antes de 1917) a 0.008 μm (ahora) a escala de 1 mm |
El cuadro muestra que la incertidumbre de la medición ha disminuido mucho con el tiempo. Este progreso lo ayuda a obtener mejores resultados de sus codificadores. Cuando mide y controla el error subdivisional, se asegura de que su sistema le brinde la mejor precisión.
El error subdivisional puede dificultar el control de la posición. Este es un gran problema en trabajos que necesitan alta precisión, como máquinas CNC o robots. Cuando las señales del codificador tienen pequeños errores, los errores aparecen una y otra vez en cada período de señal. Estos errores no se suman en movimientos largos, pero aún afectan sus resultados.
Desea una alta resolución para ver cambios muy pequeños en la posición. El error subdivisional hace que sea difícil confiar en los pasos más pequeños. Si usa un sistema de accionamiento directo, necesita la mejor precisión. Incluso un pequeño error puede hacer que la máquina se detenga en el lugar equivocado. Esto puede causar piezas malas o perder el tiempo.
Aquí hay algunas cosas que puede notar:
La máquina se detiene demasiado pronto o demasiado tarde.
El sistema de control no puede mantener el lugar exacto.
La posición medida salta por unos pocos nanómetros.
Consejo: Mire siempre la hoja de datos del codificador para un error subdivisional. Los números más bajos significan una mejor precisión y una mayor resolución.
El error subdivisional no solo afecta la posición. También cambia el suave que se mueve su máquina. Cuando usa el codificador para verificar la velocidad, el sistema de control observa qué tan rápido cambia la posición. Si la posición salta, la lectura de velocidad también salta. Esto se llama Velocity Ripple.
Puede escuchar o sentir esto como zumbido o temblor. El motor puede usar más energía y calentar. A velocidades más altas, estas ondas ocurren con más frecuencia. El sistema de control puede no reaccionar lo suficientemente rápido, por lo que la máquina puede agitar o hacer ruido.
Aquí hay una tabla que muestra lo que podría ver:
Efecto | Lo que notas | Por qué pasa |
|---|---|---|
Error de posición | Se detiene en el lugar equivocado | Error subdivisional en señales |
Ondulación de velocidad | Zumbido o vibración | Saltos de lectura de velocidad |
Corriente motor más alta | El motor se calienta | El sistema de control funciona más duro |
Puede hacer estos problemas más pequeños eligiendo codificadores con bajo error subdivisional. Esto te ayuda a obtener una mejor precisión y un movimiento más suave. La alta resolución y las señales limpias le brindan los mejores resultados.
Hay diferentes formas de hacer que el error subdivisional sea más pequeño en codificadores lineales. La mejor manera utiliza la compensación electrónica. Este método encuentra errores en las señales y las arregla. Funciona buscando ondas adicionales no deseadas en las señales seno y coseno. El sistema luego elimina estos errores de la lectura de la posición. No tiene que cambiar ninguna parte. Obtiene resultados más precisos y constantes, incluso si las cosas alrededor del codificador cambian.
Una nueva investigación muestra que un modelo de optimización de enjambre de partículas (PSO) funciona muy bien. Este modelo utiliza la búsqueda inteligente para encontrar y solucionar problemas como el desplazamiento de CC, el error de amplitud, el error de cuadratura y los errores armónicos. Puede solucionar problemas de onda extra simples y complejos. En las pruebas, este método hizo que los errores en movimiento y aún sean mucho más pequeños. El análisis de Fourier mostró que también eliminó muchas ondas extra malas. Obtiene mejores soluciones en tiempo real y resultados más precisos. De esta manera funciona mejor que las viejas correcciones digitales o solo de software.
El diseño mecánico también ayuda. Algunos codificadores usan rejillas especiales juntos. Estas rejillas hacen que el sistema sea menos probable que tenga errores de montaje. Si usa codificadores ópticos de tipo abierto, los errores de montaje pueden causar grandes problemas. Las rejillas especiales ayudan a mantener la fase más estable. Obtiene menos errores de montaje y mejores medidas.
También puede usar la supresión armónica. Este método se dirige a las ondas adicionales en la señal. Al eliminarlos, obtienes señales más limpias sinusoidales y coseno. Las señales más limpias significan menos error subdivisional y mejor detalle.
Consejo: siempre verifique si su codificador tiene compensación electrónica o características mecánicas especiales. Estas opciones lo ayudan a obtener los detalles que su trabajo necesita.
La forma en que pones en tu codificador es muy importante. Una buena instalación realmente puede ayudar a reducir el error subdivisional. Debe poner el dispositivo de retroalimentación cerca de donde ocurre el trabajo. Esta configuración reduce los errores como el rollo, el tono y la guiñada. Use herramientas láser para alinear todo bien. También puede usar otras herramientas para una mejor configuración.
Mantenga el área alrededor de su codificador bajo control. Use escudos y flujo de aire para evitar el polvo y mantener la temperatura estable. Las almohadillas o las vejigas de aire ayudan a dejar de sacudir. Una temperatura constante y un poco de sacudida ayudan a su codificador a trabajar mejor.
Piense en los materiales que usa. No mezcle materiales que crecen a diferentes velocidades. Por ejemplo, no atornille los materiales de bajo CTE como Invar en aluminio. Esto puede hacer que la escala se dobla o estirarse, lo que causa más errores.
Mantenga sus señales limpias. Use escudos EMI y RFI para bloquear el ruido eléctrico. Revise sus cables y conexiones. Use herramientas como osciloscopios para mirar las señales. Asegúrese de que sean fuertes y equilibrados.
La calibración es muy importante. Mida pequeños errores a lo largo de la escala en diferentes puntos. Use cheques rodantes cada 50 micras. Esto te ayuda a encontrar y corregir pequeños errores. Algunas compañías usan máquinas especiales para probar todo el codificador a una temperatura estable. Estas máquinas le dan un pase o falla y un papel de calidad.
NOTA: Las verificaciones y pruebas regulares ayudan a mantener un error subdivisional bajo. Use buenas herramientas para ver la fuerza y la alineación de la señal. Estas herramientas le muestran gráficos lisos y otros gráficos útiles.
Aquí hay una lista de verificación para la mejor instalación:
Pon el dispositivo de retroalimentación cerca del trabajo.
Use herramientas láser para la configuración.
Temperatura de control y agitación.
Use escudos EMI/RFI.
Elija materiales que crezcan de la misma manera.
Prueba señales con buenas herramientas.
Calibrar a menudo.
Use controles para mantener la temperatura y la humedad estables.
Prueba bajo carga.
Asegúrese de que su codificador funcione con su sistema de control.
Paso de instalación | Por que importa | Lo que ganas |
|---|---|---|
Dispositivo de retroalimentación cerrada | Reduce los errores fuera del eje | Mejor precisión |
Alineación con láser | Asegura que la configuración sea exacta | Menos errores |
Aislamiento de vibración | Deja de temblar y ruido | Lecturas constantes |
Blindaje de EMI/RFI | Mantiene las señales limpias | Datos confiables |
Selección de material | Detiene el desajuste térmico | Menos flexión |
Calibración regular | Encuentra y corrige pequeños errores | Rendimiento estable |
Bajar el error subdivisional es muy importante para los sistemas de alta resolución y accionamiento directo. Estos sistemas necesitan errores muy pequeños para funcionar bien. Cuando hace que el error subdivisional sea más pequeño, obtiene mejores lecturas de posición a escalas pequeñas. También obtienes el detalle de tus promesas de codificador. Nuevas tecnologías como los codificadores ópticos de Verapath pueden obtener un error subdivisional por debajo de 20 nm rms. Esto le da la precisión necesaria para trabajos difíciles.
Recuerde: cada paso que da a un error subdivisional más bajo lo ayuda a obtener el mejor detalle y el rendimiento del sistema.
Usted desempeña un papel clave para mantener un error subdivisional bajo para la mejor precisión en sus sistemas de movimiento.
Para administrar esto, puedes:
Use diseños y materiales fuertes que resistan el calor y el temblor.
Aplique sistemas y sensores de control inteligente para observar los cambios.
Pruebe todo el sistema antes de usarlo.
Siga los estándares confiables para verificar los errores.
Sigue aprendiendo y mejorando tu proceso.
Mantenerse alerta a estos pasos lo ayuda a alcanzar el máximo rendimiento en cada proyecto.
Por lo general, se ve un error subdivisional cuando las señales de seno y coseno de su codificador no son perfectas. Problemas como el desequilibrio de la señal, el cambio de fase o la distorsión hacen que este error repita cada período de señal.
Puedes usar un patrón Lissajous. Trace la señal sinusoidal en un eje y el coseno en el otro. Si ve un círculo perfecto, sus señales son buenas. Cualquier distorsión significa que tiene un error subdivisional.
No, no lo hace. El error subdivisional se repite con cada período de señal. Se mantiene pequeño y no se suma a medida que avanza más. Puedes confiar en que no crecerá con el tiempo.
El error subdivisional limita cuán cerca puede medir la posición o la velocidad. Si desea la máxima precisión en trabajos como el mecanizado CNC o la robótica, debe mantener este error lo más bajo posible.
