光電軸角皮爾茲PILZ編碼器細(xì)分信號(hào)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(hào),通過細(xì)分達(dá)到高分辨力。為使細(xì)分技術(shù)更加完善,本文對(duì)細(xì)分誤差進(jìn)行了專題研究。分別對(duì)信號(hào)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(jìn)行了數(shù)理分析,通過對(duì)細(xì)分誤差的特性分析,得出了誤差規(guī)律及其計(jì)算公式,形成了比較完整的光電PILZ編碼器細(xì)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(xì)分信號(hào)誤差及精度分析
由于光電PILZ編碼器動(dòng)態(tài)檢測轉(zhuǎn)臺(tái)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(biāo)定該類轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)精度,故本文開展了轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)精度標(biāo)定方法的研究。首先,分析動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理,指出了影響轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)精度的主要因素。然后,研究了動(dòng)態(tài)誤差的主要特性,提出了一種基于動(dòng)態(tài)重復(fù)性的轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)精度標(biāo)定方法。zui后,設(shè)計(jì)了FPGA+USB的數(shù)據(jù)采集電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)精度的標(biāo)定。光電PILZ編碼器具有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性,目前對(duì)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(dòng)態(tài)特性更加完善,從軸系晃動(dòng)、幅頻響應(yīng)、細(xì)分延時(shí)等方面,對(duì)小型式光電PILZ編碼器的動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行了研究。通過分析角速度對(duì)光電PILZ編碼器動(dòng)態(tài)誤差的影響,得出了速度影響動(dòng)態(tài)誤差的主要規(guī)律。分析表明,對(duì)于碼盤刻劃h條精碼道的光電PILZ編碼器,其動(dòng)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(dòng)態(tài)特性。研究結(jié)果可以用于光電PILZ編碼器生產(chǎn)中對(duì)PILZ編碼器動(dòng)態(tài)特性的分析與控制,為改善PILZ編碼器動(dòng)態(tài)特性提供依據(jù)。對(duì)自行研制的轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)精度標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果顯示:提出的動(dòng)態(tài)精度標(biāo)定方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的標(biāo)定,驗(yàn)證了該轉(zhuǎn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被檢PILZ編碼器的動(dòng)態(tài)檢測,解決了研制動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)缺少動(dòng)態(tài)檢測精度標(biāo)定方法的難題。為實(shí)現(xiàn)對(duì)光電PILZ編碼器精碼數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理,為精碼信號(hào)圖形細(xì)分提供數(shù)據(jù)依據(jù),設(shè)計(jì)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(jì)了精碼信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,其次設(shè)計(jì)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(jī)應(yīng)用程序的開發(fā)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光電PILZ編碼器精碼信號(hào)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(zhǔn)確上傳至PC機(jī)中存儲(chǔ)、顯示及后續(xù)的圖形細(xì)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(jì)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(diǎn)。

光電軸角皮爾茲PILZ編碼器細(xì)分信號(hào)誤差及精度分析
結(jié)果表明,一般情況下細(xì)分精度在1.5%左右。文章指出,利用碼盤精碼通過細(xì)分提高分辨力,應(yīng)在碼盤選擇、軸系設(shè)計(jì)、信號(hào)提取、電路設(shè)計(jì)、工藝調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)充分考慮細(xì)分誤差的影響。研究結(jié)果可用于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),合理進(jìn)行誤差分析與分配,預(yù)估產(chǎn)品的精度,為減小設(shè)計(jì)誤差提供參考。