高精度光电编码器动态细分误差的测量方法研究

• 作 者: 赵长海
• 机 构: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
• 出 处: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 光电编码器 莫尔条纹信号 细分误差 等转角处理 数据采集 傅立叶变换

光电轴角编码器的误差检测是编码器制作过程中不可或缺的一个环节。对于高精度光电编码器，细分误差是影响其准确度的主要因素。现有的细分误差检测主要采用精密的小角度测量仪、光学多面体等仪器，要求在严格的实验室条件下进行，检测方法费时、费力，易引入检测误差。对码盘光栅节距较小、细分份数较高的高精度编码器的细分误差以及工作现场的动态细分误差的快速检测，还没有有效的检测手段。本文主要研究的是高精度编码器动态细分误差的测量方法。　　
在参考国内外大量文献的基础上，首先从莫尔条纹产生的原理出发，深入分析了高精度编码器莫尔条纹光电信号的特点、影响莫尔条纹质量的因素、莫尔条纹信号质量对细分误差的影响，研究了高精度编码器细分误差的计算方法。　　
提出了利用傅立叶变换进行高精度编码器动态细分误差的计算方法。采用傅立叶分析算法对莫尔条纹信号进行分析研究，计算信号波形参数，与标准信号进行比对，求出动态细分误差。　　
建立了莫尔条纹的时域信号向空域位置信号转换的数学模型。采用线性插值、泰勒级数等理论，研究莫尔条纹动态信号的等转角处理算法，将莫尔条纹的时域信号转换为空域位置信号。　　
设计了高速四路同步数据采集卡。采集卡分辨力为14位，最高采样速率为四路同步采集140kHz，两路同步采集速率为250kHz。在最大采样速率范围内，采集卡的采样速率采用自适应的方式，采样速率随编码器的转动速度变化而变化，保证编码器每个精码周期的采样点数固定在85点左右，适合后续数据的处理。　　
研制出动态细分误差测量系统。莫尔条纹光电信号通过高速数据采集卡送入计算机，计算机对数据进行存储，并将时域信号转换成空域位置信号，用傅立叶分析法对数据进行分析处理，绘出细分误差曲线。　　
运用本文研究的方法对实际莫尔条纹光电信号进行采集、分析处理，计算出细分误差，与使用传统的方法检测的细分误差进行比对，其值近似相等。实验结果表明：本文的方法用于评估高精度编码器的细分误差，设备简便，检测方法高效可行；数据处理由评估分析软件实现，时间短，结果显示直观；可以用于工作现场检测，对于研究高精度编码器动态精度特性具有重要意义。