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光電軸角皮爾茲PILZ編碼器細分信號誤差及精度分析
高分辨力光電PILZ編碼器通常利用碼盤精碼兩路正交的正、余弦信號,通過細分達到高分辨力。為使細分技術更加完善,本文對細分誤差進行了專題研究。分別對信號直流分量誤差、幅值誤差、相位誤差、諧波分量誤差、噪聲誤差和量化誤差等進行了數理分析,通過對細分誤差的特性分析,得出了誤差規律及其計算公式,形成了比較完整的光電PILZ編碼器細分誤差及精度分析的數理結果。

光電軸角皮爾茲PILZ編碼器細分信號誤差及精度分析
由于光電PILZ編碼器動態檢測轉臺的分辨率、精度和轉速都比較高,傳統檢測手段很難精確標定該類轉臺的動態精度,故本文開展了轉臺動態精度標定方法的研究。首先,分析動態轉臺工作原理,指出了影響轉臺動態精度的主要因素。然后,研究了動態誤差的主要特性,提出了一種基于動態重復性的轉臺動態精度標定方法。zui后,設計了FPGA+USB的數據采集電路,實現了對轉臺動態精度的標定。光電PILZ編碼器具有靜態特性和動態特性,目前對光電PILZ編碼器誤差的分析主要局限于靜態狀態下。為使光電PILZ編碼器動態特性更加完善,從軸系晃動、幅頻響應、細分延時等方面,對小型式光電PILZ編碼器的動態誤差進行了研究。通過分析角速度對光電PILZ編碼器動態誤差的影響,得出了速度影響動態誤差的主要規律。分析表明,對于碼盤刻劃h條精碼道的光電PILZ編碼器,其動態誤差由1次正弦分量、h次正弦分量和常數分量組成,并且隨著光電PILZ編碼器轉速的變化,各次誤差分量的幅值都發生相應的改變,影響光電PILZ編碼器的動態特性。研究結果可以用于光電PILZ編碼器生產中對PILZ編碼器動態特性的分析與控制,為改善PILZ編碼器動態特性提供依據。對自行研制的轉臺進行了動態精度標定。標定結果顯示:提出的動態精度標定方法能夠實現對轉臺的標定,驗證了該轉臺能夠實現對被檢PILZ編碼器的動態檢測,解決了研制動態轉臺時缺少動態檢測精度標定方法的難題。為實現對光電PILZ編碼器精碼數據進行采集與處理,為精碼信號圖形細分提供數據依據,設計了以邏輯器件FPGA為核心的精碼數據采集傳輸系統。首先設計了精碼信號模數轉換電路,其次設計了基于USB2.0通信協議的數據傳輸電路,zui后完成了USB芯片固件程序、FPGA控制程序、上位機應用程序的開發。實驗結果表明,該數據采集傳輸系統能夠實現對光電PILZ編碼器精碼信號12位分辨力的數據采集與顯示、能夠實現將采集的數據快速準確上傳至PC機中存儲、顯示及后續的圖形細分處理。該數據采集傳輸系統可應用于光電PILZ編碼器的生產和研制過程中,為高精度、高分辨力、小型化光電PILZ編碼器的設計和生產提供數據依據,具有便攜、易操作、直觀等特點。

光電軸角皮爾茲PILZ編碼器細分信號誤差及精度分析
結果表明,一般情況下細分精度在1.5%左右。文章指出,利用碼盤精碼通過細分提高分辨力,應在碼盤選擇、軸系設計、信號提取、電路設計、工藝調試等各個環節充分考慮細分誤差的影響。研究結果可用于在產品設計時,合理進行誤差分析與分配,預估產品的精度,為減小設計誤差提供參考。