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高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號質量分析
針對莫爾條紋信號質量對高精度編碼器細分誤差的影響,提出了基于離散傅里葉變換分析莫爾條紋信號質量的方法。該方法利用信號重構和傅里葉變換算法得到信號參數,真實地反應了莫爾條紋信號質量,提高了細分誤差測量的準確性。

高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號質量分析
為了實現在不增編碼器體積和碼盤刻線數的前提下提高中低精度PILZ光電編碼器分辨力,設計了一種適用于PILZ光電編碼器的細分芯片。首先,分析目前電子學細分方法的優缺點,折中分辨率、精度、電路復雜性和可集成性等因素,在相位調制理論基礎上提出了把對空間相位位移的測量轉化為對瞬時周期時間差值的測量的細分算法,并結合算法原理進行芯片架構總體設計。其次,利用Cadence軟件設計了信號細分處理芯片的各個模塊電路。然后,對芯片總體電路進行仿真得到調制信號瞬時周期值。zui后,將細分后的測量角位移結果與理論基準值對比,并計算zui終細分精度。實驗結果表明:當PILZ光電編碼器信號輸入在1~100kHz頻率范圍內,該細分芯片可以實現對光電信號的0~100倍細分。在輸入100kHz時細分精度達到0.4571′。與同類處理電路相比具有集成度高、細分辨向功能統一、可移植性好等特點,有一定的工程應用價值。編碼器轉動時,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得到信號波形,利用離散傅里葉變換算法分析重構波形,求解信號的直流分量、幅值、相位和諧波分量等各項參數。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上,設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率,結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量分析
zui后,根據信號參數與細分誤差的關系得到PILZ光電編碼器的細分誤差值,并進行了實驗驗證。實驗結果表明,對某24位式PILZ光電編碼器細分誤差進行測量,細分誤差的峰值為+0.48"和-0.21"。相對于傳統的細分誤差測量方法,此方法測量速度快,測量精度高,適用于工作現場。