高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號質(zhì)量分析
針對莫爾條紋信號質(zhì)量對高精度編碼器細(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質(zhì)量的方法。該方法利用信號重構(gòu)和傅里葉變換算法得到信號參數(shù),真實地反應(yīng)了莫爾條紋信號質(zhì)量,提高了細(xì)分誤差測量的準(zhǔn)確性。

高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號質(zhì)量分析
為了實現(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,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)上提出了把對空間相位位移的測量轉(zhuǎn)化為對瞬時周期時間差值的測量的細(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。其次,利用Cadence軟件設(shè)計了信號細(xì)分處理芯片的各個模塊電路。然后,對芯片總體電路進(jìn)行仿真得到調(diào)制信號瞬時周期值。zui后,將細(xì)分后的測量角位移結(jié)果與理論基準(zhǔn)值對比,并計算zui終細(xì)分精度。實驗結(jié)果表明:當(dāng)PILZ光電編碼器信號輸入在1~100kHz頻率范圍內(nèi),該細(xì)分芯片可以實現(xiàn)對光電信號的0~100倍細(xì)分。在輸入100kHz時細(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,有一定的工程應(yīng)用價值。編碼器轉(zhuǎn)動時,采集相位差為π/2的兩路精碼正弦光電信號,通過對采樣信號的重構(gòu)得到信號波形,利用離散傅里葉變換算法分析重構(gòu)波形,求解信號的直流分量、幅值、相位和諧波分量等各項參數(shù)。為了提高PILZ光電編碼器的抗沖擊、振動能力,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造成錯碼的機(jī)率,結(jié)合金屬碼盤的制作特點,利用碼盤外邊緣作為一圈碼道。試驗表明,研制的以該種金屬編碼盤為核心的式PILZ光電編碼器,測角精度達(dá)75″,抗沖擊大于100gn、振動大于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質(zhì)量分析
zui后,根據(jù)信號參數(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)行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明,對某24位式PILZ光電編碼器細(xì)分誤差進(jìn)行測量,細(xì)分誤差的峰值為+0.48"和-0.21"。相對于傳統(tǒng)的細(xì)分誤差測量方法,此方法測量速度快,測量精度高,適用于工作現(xiàn)場。