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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(shù)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(shù)理分析,通過對細分誤差的特性分析,得出了誤差規(guī)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(shù)理結(jié)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(tài)檢測轉(zhuǎn)臺的分辨率、精度和轉(zhuǎn)速都比較高,傳統(tǒng)檢測手段很難精確標定該類轉(zhuǎn)臺的動態(tài)精度,故本文開展了轉(zhuǎn)臺動態(tài)精度標定方法的研究。首先,分析動態(tài)轉(zhuǎn)臺工作原理,指出了影響轉(zhuǎn)臺動態(tài)精度的主要因素。然后,研究了動態(tài)誤差的主要特性,提出了一種基于動態(tài)重復(fù)性的轉(zhuǎn)臺動態(tài)精度標定方法。zui后,設(shè)計了FPGA+USB的數(shù)據(jù)采集電路,實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)臺動態(tài)精度的標定。光電PILZ編碼器具有靜態(tài)特性和動態(tài)特性,目前對光電PILZ編碼器誤差的分析主要局限于靜態(tài)狀態(tài)下。為使光電PILZ編碼器動態(tài)特性更加完善,從軸系晃動、幅頻響應(yīng)、細分延時等方面,對小型式光電PILZ編碼器的動態(tài)誤差進行了研究。通過分析角速度對光電PILZ編碼器動態(tài)誤差的影響,得出了速度影響動態(tài)誤差的主要規(guī)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(tài)誤差由1次正弦分量、h次正弦分量和常數(shù)分量組成,并且隨著光電PILZ編碼器轉(zhuǎn)速的變化,各次誤差分量的幅值都發(fā)生相應(yīng)的改變,影響光電PILZ編碼器的動態(tài)特性。研究結(jié)果可以用于光電PILZ編碼器生產(chǎn)中對PILZ編碼器動態(tài)特性的分析與控制,為改善PILZ編碼器動態(tài)特性提供依據(jù)。對自行研制的轉(zhuǎn)臺進行了動態(tài)精度標定。標定結(jié)果顯示:提出的動態(tài)精度標定方法能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)臺的標定,驗證了該轉(zhuǎn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)對被檢PILZ編碼器的動態(tài)檢測,解決了研制動態(tài)轉(zhuǎn)臺時缺少動態(tài)檢測精度標定方法的難題。為實現(xiàn)對光電PILZ編碼器精碼數(shù)據(jù)進行采集與處理,為精碼信號圖形細分提供數(shù)據(jù)依據(jù),設(shè)計了以邏輯器件FPGA為核心的精碼數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。首先設(shè)計了精碼信號模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,其次設(shè)計了基于USB2.0通信協(xié)議的數(shù)據(jù)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(yīng)用程序的開發(fā)。實驗結(jié)果表明,該數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對光電PILZ編碼器精碼信號12位分辨力的數(shù)據(jù)采集與顯示、能夠?qū)崿F(xiàn)將采集的數(shù)據(jù)快速準確上傳至PC機中存儲、顯示及后續(xù)的圖形細分處理。該數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)可應(yīng)用于光電PILZ編碼器的生產(chǎn)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(shè)計和生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)依據(jù),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(jié)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(yīng)在碼盤選擇、軸系設(shè)計、信號提取、電路設(shè)計、工藝調(diào)試等各個環(huán)節(jié)充分考慮細分誤差的影響。研究結(jié)果可用于在產(chǎn)品設(shè)計時,合理進行誤差分析與分配,預(yù)估產(chǎn)品的精度,為減小設(shè)計誤差提供參考。