主精度光电轴角编码器轴系精度设计与测量

为实现高精度光电轴角编码器的精度,提出了咣电轴角编码器的轴系精度指标,并对影响光电轴角编码器精度的主要因素－轴系晃动量的分离测量方法进行了讨论。     

高分辨力光电轴角编码器分辨力和精度的检测

采用微动螺杆、斜面、正弦杠杆等四级缩小原理、产生标准的微量角，测量高分辨力光电轴角编码器的分辨力和细分误差，并用直接比较法测定编码器的测角精度和进行数据处理。     

光电轴角编码器光电信号正交性偏差的相量校正方法

高精度光电轴角编码器中的细分是误差的主要来源,而细分误差中莫尔条纹光电信号的正交性偏差影响最大。采用相量校正方法对正交性偏差进行校正,实现电路简单,校正效果十分明显。以正弦信号为基准信号,而将余弦信号分解为0°和90°两个正交分量,0°分量就是产生正交性误差的原因,通过补偿掉该分量,即可基本消除正交性误差。为进一步减小细分误差,通过精密调节,使余弦信号的幅值与正弦信号严格相等,将正弦及其反相信号与余弦信号分别相量相加可得到严格正交的两个新相量,从而消除正交性误差。实验结果表明,经精密相位校正后,正交性偏差从1″降低到0.1″左右。     

光电轴角编码器发展现状分析及展望

系统地介绍了光电轴角编码器的概况、原理和性能以及相应开发工作的新动向。重点对德国的Heidenhain公司、日本和中国的主要生产厂家的产品进行了统计和分析,并就一些新技术、新趋势及母板制造方面进行了展望和评述。     

光电轴角编码器的发展动态

光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是一种集光、机、电为一体的数字测角装置.由于它结构简单,分辨率高,精度高,因此已被广泛应用在精密角位置的测量、数控及数显系统中.本文主要介绍了光电轴角编码器在国内外的发展现状,并说明了其工作原理及发展历史.针对光电轴角编码器的某些关键技术,我们也对其未来的发展趋势进行了扼要阐述.     

260M光电轴角编码器结构及原理

本文介绍了光电轴角编码器光学、机械结构及原理；码盘设计及各码道功能；校正及电调零原理。     

采用衍射、干涉技术提高光电轴角编码器的测角精度和分辨率

光电轴角编码器广泛应用于精密角位置的测量、数控及数显系统中,是国内外研究的热点.采用衍射、干涉技术的光电轴角编码器(简称激光编码器)具有结构紧凑、小型化;分辨率和测角精度高;响应频率高等优点.通过对几种激光编码器的成功方案的深入分析,阐述了这项技术的最新进展和所面临的问题.     

小型光电编码器细分误差校正方法

为提高小型光电编码器精度,设计了精码莫尔条纹信号细分误差校正方法.首先建立存在直流分量、幅值误差、波形畸变的精码光电信号的波形方程,然后利用牛顿迭代法将两路精码细分信号校正至标准的正弦和余弦信号,最后建立两路信号间的正交性误差模型,通过最小二乘法求解出正交性误差校正参数.运用本文的细分误差校正法对某16位小型绝对式光电编码器进行误差校正处理,经测试,细分误差峰峰值由校正前的160″减小到校正后的48″.实验结果表明:研究的误差校正方法可以有效地减小细分误差、提高编码器精度,对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义.     

智能轴角光电绝对编码器

“智能”轴角光电绝对编码器,其性能和“普通”绝对编码器一样,只是“零点”确认上和“普通”绝对编码器不同。“普通”绝对编码器零点是唯一的,在使用过程中,对准零点比较麻烦,越是分辨率高的零点对准越困难。     

基于相位拟合的绝对式光电精密测角方法

单码道绝对式轴角编码器具有分辨力高、结构简单、可靠性强等优点。为实现角度高精度快速识别和细分测量,提出一种基于相位拟合的绝对式编码器角度细分方法。该方法利用最长线性反馈移位寄存器序列(m序列)进行单码道绝对式编码,首先对CCD采样电平信号进行计数,判断码值组合后得到粗码译码数据;接着利用牛顿迭代法实现三角函数拟合从而获取相位信息,并提出基于相位信息的角度细分算法获得细分角度;最后结合粗码数据与细分角度得到角度信息。实验结果表明,提出的新型测角方法测角标准偏差达到4.57″,最小分度误差仅为0.23″,该方法大大提高了分辨力和精度,并且从原理上避免了码盘粗大误差对测角的影响。     

编码器轴系晃动对测角精度影响分析

光电轴角编码器作为一种精密测角传感器,其测角精度受到多种因素的影响,其中轴系晃动是影响其精度的主要因素之一。为了研究编码器轴系晃动的规律,利用多种检测方法对轴系晃动进行检测,利用傅里叶谐波数学模型对测量结果进行分析,并结合编码器测角精度检测结果,发现测角精度与轴系晃动的低频谐波之间存在固定的函数关系,采用这种关系可以补偿编码器的测角误差。利用这种方法可以在编码器内部或在线的方式进行实时误差补偿,从而达到提高编码器测角精度的目的。这对相关仪器的测量精度的提高起到一定参考意义。     

小型光电编码器长周期误差的修正

针对小型光电编码器长周期误差成因及分布规律复杂的特点,提出了一种光电编码器长周期误差修正方法。建立了基于正交三角函数基的傅里叶神经网路误差修正模型,将光电编码器输入输出间的非线性优化问题转化为线性优化问题。误差修正模型以高精度基准编码器输出值作为学习目标;引进模拟退火策略的差分进化算法对网络进行训练,保证了在训练的初始阶段具有较强的全局寻优能力和在训练后期具有较快的收敛速度和较高的精度。运用设计的方法对16位小型光电编码器进行了长周期误差修正处理,实际测试显示：编码器的峰值误差由45"~-17.5"减小到10"~-8.75",长周期标准偏差由修正前20.3"减小到修正后4"以下。结果表明提出的长周期误差修正方法提高了光电编码器的精度。     

光电编码器误差检测转台的动态精度标定

由于光电编码器动态检测转台的分辨率、精度和转速都比较高,传统检测手段很难精确标定该类转台的动态精度,故本文开展了转台动态精度标定方法的研究。首先,分析动态转台工作原理,指出了影响转台动态精度的主要因素。然后,研究了动态误差的主要特性,提出了一种基于动态重复性的转台动态精度标定方法。最后,设计了FPGA+USB的数据采集电路,实现了对转台动态精度的标定。对自行研制的转台进行了动态精度标定。标定结果显示:提出的动态精度标定方法能够实现对转台的标定,验证了该转台能够实现对被检编码器的动态检测,解决了研制动态转台时缺少动态检测精度标定方法的难题。     

光电编码器检测装置的安装偏角对检测精度的影响

针对编码器在检测过程中因安装误差产生安装偏角的情况,分析了安装偏角、旋转角度和测量误差之间的关系。建立由安装偏差引起的非同心检测系统安装偏角的模型,通过实验分析3种不同程度的安装偏角$ 0^ \circ～{0.002^ \circ } $、$ 0.1^\circ～{0.102^\circ } $、$ 0.2^\circ～{0.202^\circ } $对被检编码器检测静态精度、动态精度的影响,得出了3种不同实验结果。实验结果表明,在检测编码器时,初次安装可控的安装误差在$ 0^\circ～0.102^\circ $范围内可以满足编码器检测技术指标,超过此安装误差的安全范围会导致编码器检测技术指标偏离检测标准。实验结论对提高编码器的检测精度与可靠性有参考价值。     

伪随机码在绝对式光电轴角编码器中的应用

介绍了中国光电轴角编码器制造业中新出现的一种绝对式编码器,伪随机码绝对式光电轴角编码器.阐述了伪随机码绝对式光电轴角编码器的编码方法、技术要点及特点.伪随机码绝对式编码器采用M序列伪随机码作为编码方法,采用双狭缝技术进行分时位置读取,并采用ROM元件进行译码输出.伪随机码可以在一条码道上存储多位信息,多位码盘只需要一条码道,极大限度缩小了码盘直径,为国内生产小型化的多位绝对式编码器开辟了新途径.     

增量式光学编码器 IAS 信号误差建模及补偿

增量式光学编码器在制造与安装的过程中不可避免的会出现刻线误差和细分误差,这些误差会降低角度测量的精度并导致瞬时角速度(IAS)信号波动,研究刻线与细分误差的补偿途径有重要意义,但现有方法存在误差补偿效率低,不易现场应用等局限。针对上述问题,本文首先对增量式光学编码器的刻线误差与细分误差进行分析并建立误差模型,揭示了刻线误差、细分误差与IAS信号波动之间的联系。在此基础上提出了一种使用IAS信号对增量式光学编码器刻线与细分误差进行补偿的方法,该方法具有效率高、无需对编码器进行改装等优点。通过仿真分析对本文所建立的误差模型的正确性与误差估计方法的可行性进行了验证,并在RV传动实验台上对伺服电机末端的增量式光学编码器进行刻线与细分误差补偿,最后使用光学旋转平台对增量式光学编码器误差进行测量,通过对比分析验证了本文所提方法的有效性。     

大型望远镜测角系统误差的修正

由于大型望远镜转台轴系对测角精度要求较高,本文研究了测角数据系统的误差修正技术。分析了测角数据误差产生的原因,对测角元件误差、安装误差、被测轴系误差进行了讨论,指出轴系测角分系统的误差规律符合谐波方程,故提出采用谐波方程式来表达误差规律。针对工程应用,建立了基于傅里叶级数的简化谐波方程误差公式,用谐波方程算法和多项式拟合算法对系统误差进行修正。在一个望远镜垂直轴转台进行了试验验证,结果显示测角精度峰值由原来的3.81″提高到了1.06″。实验表明,基于傅里叶级数的修正算法,较好地符合误差分布规律;采用系统误差修正技术,可以对系统综合误差统一修正,能够有效提高系统测角精度。