高精度PILZ光电编码器莫尔条纹信号质量分析

高精度PILZ光电编码器莫尔条纹信号质量分析
针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响,提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实地反应了莫尔条纹信号质量,提高了细分误差测量的准确性。

高精度PILZ光电编码器莫尔条纹信号质量分析
为了实现在不增编码器体积和码盘刻线数的前提下提高中低精度PILZ光电编码器分辨力,设计了一种适用于PILZ光电编码器的细分芯片。首先,分析目前电子学细分方法的优缺点,折中分辨率、精度、电路复杂性和可集成性等因素,在相位调制理论基础上提出了把对空间相位位移的测量转化为对瞬时周期时间差值的测量的细分算法,并结合算法原理进行芯片架构总体设计。其次,利用Cadence软件设计了信号细分处理芯片的各个模块电路。然后,对芯片总体电路进行仿真得到调制信号瞬时周期值。zui后,将细分后的测量角位移结果与理论基准值对比,并计算zui终细分精度。实验结果表明:当PILZ光电编码器信号输入在1~100kHz频率范围内,该细分芯片可以实现对光电信号的0~100倍细分。在输入100kHz时细分精度达到0.4571′。与同类处理电路相比具有集成度高、细分辨向功能统一、可移植性好等特点,有一定的工程应用价值。编码器转动时,采集相位差为π/2的两路精码正弦光电信号,通过对采样信号的重构得到信号波形,利用离散傅里叶变换算法分析重构波形,求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。为了提高PILZ光电编码器的抗冲击、振动能力,采用金属作为制作透射式码盘的材料,而目前透射式金属码盘制作工艺的特性无法解决金属刻线宽度和厚度之间呈反比的矛盾。在分析矩阵码盘编码原理的基础上,设计了一种新型的八矩阵编码,通过和狭缝盘的匹配,使得两圈码道输出十位码,有效地减少了码道数量,降低了刻划难度,为研制PILZ光电编码器提供了核心保障;同时又在码盘外型尺寸一定的情况下,使码盘厚度zui大。另外,为了降低金属码盘的颤动造成错码的机率,结合金属码盘的制作特点,利用码盘外边缘作为一圈码道。试验表明,研制的以该种金属编码盘为核心的式PILZ光电编码器,测角精度达75″,抗冲击大于100gn、振动大于20gn,为玻璃码盘PILZ光电编码器的五倍多,有效地解决了PILZ光电编码器在冲击、振动较大环境中长期工作的需求。

高精度PILZ光电编码器莫尔条纹信号质量分析
zui后,根据信号参数与细分误差的关系得到PILZ光电编码器的细分误差值,并进行了实验验证。实验结果表明,对某24位式PILZ光电编码器细分误差进行测量,细分误差的峰值为+0.48"和-0.21"。相对于传统的细分误差测量方法,此方法测量速度快,测量精度高,适用于工作现场。