文档介绍：长春理工大学
硕士学位论文
24位绝对式光电轴角编码器的研究
姓名:肖作江
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:潘毓学
20030101
摘要本文研究的是位绝对式光电轴角编码器,此编码器在结构设计上与传统的编码器的不同之处在于:粗码道光强的自动补偿系统。照明系统采用了固体光源,非球面聚光系统。去掉了复杂的光学照明系统,使编码器轴向尺寸大大缩小,较以往同类编码器相比,其尺寸压缩量在一倍以上。采用密珠轴系提高了轴系精度。用多头读数即四个精读数头和一个粗读数头同时工作,减少了码盘及轴系长周期误差。电路设计上的不同之处在于:单片机软件细分取代原来的电阻链细分装置,本细分装置的主要优点是:,改善了原始莫尔条纹信号的质量,提高了细分精度。片机软件细分,可获得较高的细分倍数,进而提高了绝对式光电轴角编码器的分辨率和精度。本编码器角分辨率为’;测角精度,.:工作温度范围较宽,一般为蛔畲笏俣群徒羌铀俣任。/痵R虼可实现角位置的高精度检测与实时控制,从而满足空间科学、自动化和国防建设等领域对高精度、高分辨率绝对式光电轴角编码器的需要。关键词:光电轴角编码器单片机软件细分角分辨率固体光源码盘长春理工大学
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第一章前言光电轴角编码器,又称光电角位置传感器。是集成光一机一电为一移、角速度、角加速度及其它物理量的精确测量,输出信号与计算机相相比,,使用可靠、易于维护等优点。因此已普遍应用在雷达、光电经纬仪、地面指挥仪,机器人、数控机床和高精码的输出形式可分为两种类形,一种是绝对式光电轴角编码器,另一种光电轴角编码器是随着光学、机械、电子学、尤其是莫尔条纹缱友阜旨际醴⒄购凸獾缂际醯难杆俜⒄钩晌!中滦偷母精密角度传感器。年英国物理学家瑞利首先提出了利用莫尔条纹的移动来测量光栅相对位移的可能性,为计量光栅的发展奠定了理论基础,年—ê驼障喔粗品ǖ某鱿质沟么罅可鄣募屏抗庹こ为可能,在六十年代到七十年代的十多年中测角方法主要集中在数字化把度盘对径部分的径向光栅重叠在一起而产生莫尔条纹,用内插法经电体的数字测角装置,主要是以高精度计量光栅为检测元件,通过光电转换,将轴的机械角位移信息转换成相应的数字代码,用它可以实现角位连接,不仅能够实现数字测量与数字控制,而且与其它同类用途的传感器度闭环调速系统等诸多领域,是自动化设备理想的角度传感器。按照代是增量式光电轴角编码器。从年到年为止,由于光栅价格昂贵而电子学技术还处于初级阶段使得计量光栅在位置检测中的实际应用还很少,到年和读数的强示及自动化汜录技术上,如年西德旱腄型数字经纬仪,光栅度盘为条线,通过~套严格的一倍转相系统,子系统细分倍,其分辨率为!5怯捎诘笔奔际跛降南拗疲长誊理工大学
能解决这种增量式系统的一些缺陷,既没有固定零点,也没有双向读数的电经纬仪用的是绝对式光电编码器,这种绝对测量系统克服了前述那种种测角精度依赖于编码器的圈数,圈数越多,精度越高,所以光学码盘都很大,仪器比较笨重,象的型编码器多达圈才达七十年代中期由于光学和电子技术的飞速发展,光电轴角编码器也取得了令人瞩目的进展,其特点是体积小、重量轻、可靠性和分辨率都很高,在测角,读数,记录等方面自动化程度也很高,如年瑞士的的度盘上刻有跸撸阜叮直媛饰.。飧鱿低程寤。可实用高效快速操作,而且可靠性和精度都很高。随着科学技术的不断发展,尤其空问科学、自动化和国防建设等领域对角度和长度进行高精度检测的需要,人们对光电轴角编码器的分辨率和精度提出更高的要求,目前国内所用的圆光栅的角节距大多在。,更细的光栅来提高光电轴角编码器的分辨率是很难得以实现的,主要原因有:,当码盘刻线细到与光的波长相比拟时,光的衍身寸作用会使莫尔条纹信号的质量变差。莫尔条纹电细分可以使同样节距的刻线获得较高的分辨率,但是莫尔条纹电细分也受到莫尔条纹信号质量的限制,信号的质量越高,细分的程度就越大,所以要想得到较高的分辨率和精度,就必须有较好的莫尔条纹信号质量。能力。年西德У腟饩嘁羌闞位光增量系统的缺陷,具有固定零点,输出的代码是角度的单值函数,但是这到秒级示值。癲公司采用相位光栅度盘生产的拘偷缱泳骋在直径而测角系统的分辨率往往要求达到甀’,甚至保タ恐圃焐虾划长春理工大学
我国从五十年代开始进行光电轴角编码器的研制,目前国内编码器的分辨率已有坏弧3ご汗饣诎耸甏┭兄粕度,其采用单片机软件细分技术实现对莫尔条纹原始信号的阜郑分辨率达#饨蔷ǘ任!繭.。。成都光电所研制的位光电编码器分辨率达ǘ任狾.。,具有较高水平。国