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高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量分析
針對(duì)莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量對(duì)高精度編碼器細(xì)分誤差的影響,提出了基于離散傅里葉變換分析莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量的方法。該方法利用信號(hào)重構(gòu)和傅里葉變換算法得到信號(hào)參數(shù),真實(shí)地反應(yīng)了莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量,提高了細(xì)分誤差測(cè)量的準(zhǔn)確性。

高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量分析
為了實(shí)現(xiàn)在不增編碼器體積和碼盤刻線數(shù)的前提下提高中低精度PILZ光電編碼器分辨力,設(shè)計(jì)了一種適用于PILZ光電編碼器的細(xì)分芯片。首先,分析目前電子學(xué)細(xì)分方法的優(yōu)缺點(diǎn),折中分辨率、精度、電路復(fù)雜性和可集成性等因素,在相位調(diào)制理論基礎(chǔ)上提出了把對(duì)空間相位位移的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)瞬時(shí)周期時(shí)間差值的測(cè)量的細(xì)分算法,并結(jié)合算法原理進(jìn)行芯片架構(gòu)總體設(shè)計(jì)。其次,利用Cadence軟件設(shè)計(jì)了信號(hào)細(xì)分處理芯片的各個(gè)模塊電路。然后,對(duì)芯片總體電路進(jìn)行仿真得到調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)周期值。zui后,將細(xì)分后的測(cè)量角位移結(jié)果與理論基準(zhǔn)值對(duì)比,并計(jì)算zui終細(xì)分精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)PILZ光電編碼器信號(hào)輸入在1~100kHz頻率范圍內(nèi),該細(xì)分芯片可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光電信號(hào)的0~100倍細(xì)分。在輸入100kHz時(shí)細(xì)分精度達(dá)到0.4571′。與同類處理電路相比具有集成度高、細(xì)分辨向功能統(tǒng)一、可移植性好等特點(diǎn),有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),采集相位差為π/2的兩路精碼正弦光電信號(hào),通過對(duì)采樣信號(hào)的重構(gòu)得到信號(hào)波形,利用離散傅里葉變換算法分析重構(gòu)波形,求解信號(hào)的直流分量、幅值、相位和諧波分量等各項(xiàng)參數(shù)。為了提高PILZ光電編碼器的抗沖擊、振動(dòng)能力,采用金屬作為制作透射式碼盤的材料,而目前透射式金屬碼盤制作工藝的特性無法解決金屬刻線寬度和厚度之間呈反比的矛盾。在分析矩陣碼盤編碼原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新型的八矩陣編碼,通過和狹縫盤的匹配,使得兩圈碼道輸出十位碼,有效地減少了碼道數(shù)量,降低了刻劃難度,為研制PILZ光電編碼器提供了核心保障;同時(shí)又在碼盤外型尺寸一定的情況下,使碼盤厚度zui大。另外,為了降低金屬碼盤的顫動(dòng)造成錯(cuò)碼的機(jī)率,結(jié)合金屬碼盤的制作特點(diǎn),利用碼盤外邊緣作為一圈碼道。試驗(yàn)表明,研制的以該種金屬編碼盤為核心的式PILZ光電編碼器,測(cè)角精度達(dá)75″,抗沖擊大于100gn、振動(dòng)大于20gn,為玻璃碼盤PILZ光電編碼器的五倍多,有效地解決了PILZ光電編碼器在沖擊、振動(dòng)較大環(huán)境中長期工作的需求。

高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量分析
zui后,根據(jù)信號(hào)參數(shù)與細(xì)分誤差的關(guān)系得到PILZ光電編碼器的細(xì)分誤差值,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)某24位式PILZ光電編碼器細(xì)分誤差進(jìn)行測(cè)量,細(xì)分誤差的峰值為+0.48"和-0.21"。相對(duì)于傳統(tǒng)的細(xì)分誤差測(cè)量方法,此方法測(cè)量速度快,測(cè)量精度高,適用于工作現(xiàn)場。