光电轴角皮尔兹PILZ编码器细分信号误差及精度分析
高分辨力光电PILZ编码器通常利用码盘精码两路正交的正、余弦信号,通过细分达到高分辨力。为使细分技术更加完善,本文对细分误差进行了专题研究。分别对信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等进行了数理分析,通过对细分误差的特性分析,得出了误差规律及其计算公式,形成了比较完整的光电PILZ编码器细分误差及精度分析的数理结果。

光电轴角皮尔兹PILZ编码器细分信号误差及精度分析
由于光电PILZ编码器动态检测转台的分辨率、精度和转速都比较高,传统检测手段很难精确标定该类转台的动态精度,故本文开展了转台动态精度标定方法的研究。首先,分析动态转台工作原理,指出了影响转台动态精度的主要因素。然后,研究了动态误差的主要特性,提出了一种基于动态重复性的转台动态精度标定方法。zui后,设计了FPGA+USB的数据采集电路,实现了对转台动态精度的标定。光电PILZ编码器具有静态特性和动态特性,目前对光电PILZ编码器误差的分析主要局限于静态状态下。为使光电PILZ编码器动态特性更加完善,从轴系晃动、幅频响应、细分延时等方面,对小型式光电PILZ编码器的动态误差进行了研究。通过分析角速度对光电PILZ编码器动态误差的影响,得出了速度影响动态误差的主要规律。分析表明,对于码盘刻划h条精码道的光电PILZ编码器,其动态误差由1次正弦分量、h次正弦分量和常数分量组成,并且随着光电PILZ编码器转速的变化,各次误差分量的幅值都发生相应的改变,影响光电PILZ编码器的动态特性。研究结果可以用于光电PILZ编码器生产中对PILZ编码器动态特性的分析与控制,为改善PILZ编码器动态特性提供依据。对自行研制的转台进行了动态精度标定。标定结果显示:提出的动态精度标定方法能够实现对转台的标定,验证了该转台能够实现对被检PILZ编码器的动态检测,解决了研制动态转台时缺少动态检测精度标定方法的难题。为实现对光电PILZ编码器精码数据进行采集与处理,为精码信号图形细分提供数据依据,设计了以逻辑器件FPGA为核心的精码数据采集传输系统。首先设计了精码信号模数转换电路,其次设计了基于USB2.0通信协议的数据传输电路,zui后完成了USB芯片固件程序、FPGA控制程序、上位机应用程序的开发。实验结果表明,该数据采集传输系统能够实现对光电PILZ编码器精码信号12位分辨力的数据采集与显示、能够实现将采集的数据快速准确上传至PC机中存储、显示及后续的图形细分处理。该数据采集传输系统可应用于光电PILZ编码器的生产和研制过程中,为高精度、高分辨力、小型化光电PILZ编码器的设计和生产提供数据依据,具有便携、易操作、直观等特点。

光电轴角皮尔兹PILZ编码器细分信号误差及精度分析
结果表明,一般情况下细分精度在1.5%左右。文章指出,利用码盘精码通过细分提高分辨力,应在码盘选择、轴系设计、信号提取、电路设计、工艺调试等各个环节充分考虑细分误差的影响。研究结果可用于在产品设计时,合理进行误差分析与分配,预估产品的精度,为减小设计误差提供参考。