基于空间滤波方法的多圈绝对式编码器

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1、第27卷第2期V01．27N0．2基于空间滤波方法的多圈绝对式编码器●盖竹秋摘要：本文介绍了一种游标编码类型的多圈绝对式编码器，对码盘狭缝采用空间滤波的插补细分方法。光学编码器由LED光源、光电二极管阵列和具有3圈码道的码盘组成，通过光学方法进行绝对角度的测量。编码器测角精~1／100000．编码响应速度达3000rmp。轴的转数由一个采用“记忆轮”原理的磁力泡计数器计数，最多可达32487转。数据存储或转数记忆无需供电。1引言2绝对式编码器针对日益发达的自动化领域．为提高机械控制2．1绝对式编码器测角原理和机器人技术应用的高精度、高可靠性，采用多圈游标类型编码器有3个码道。最外圈轨道有

2、绝对式编码器的精密伺服马达得到了广泛的应用。个狭缝．第二圈码道有凡一m个狭缝，最里圈码道商用编码器采用二进制编码或格雷编码，为满足高有n—m一1个狭缝．如图1所示。精度测量角度的要求，码盘的尺寸必须做得相对比较大，而且需要一个附加的码盘和齿轮组配合以产生多圈计数信号。因此．这种编码器体积大、结构A复杂、价格高。我们开发出了一种采用双码道游标类型的绝对式多圈编码器，测角精度可达1／10000。这种多圈绝对编码器有一个磁泡计数器。本文描述的编码器是在这种双码道编码器基础上的一个改进，它比通常的编码器更小、更简单，而且比双码道编码器精度更高。图1码盘的结构!璺卜—www．omein而fo．厂c

3、om第27卷第2期Vo1．27No．2在直径对应的两端各设置一个光探测器，每个获得：探测器都由在码盘一侧的LED灯源和码盘另一侧的Va=2cos@t-~bo)(9)光电二极管阵列(PDA)组成。两个探测器上的游标编码器有3个码道。同样地，中间码道和内LED光源经正弦信号调制成相应的光强信号。调制层码道信号表达式如下：后的光强信号通过码盘缝隙照射在PDA上并转换为Vb=2sin(tot+q)b)，(10)光电流。Vc=2sin(tot+6)，(11)测角原理描述如下。图3表示在，和咖。之间进行状态差分的游标原理。‘．。／·⋯I。1‘／／／一’／⋯／^—l卢-／—图2编码电路原理框图／／2百

4、如图2所示，每个PDA对应一条码道。每个Rotationangle0PDA由4个单元组成，则每个单元输出的光电流分图3游标测角原理别标记为，l，，2，，3，厶。对径方向的PDA输出的光电路标记为，。，，：，，，，，。将，l和，3光信号差分咖。，之间状态差分，qb6，之间状态差分产生游得到的信号，c与对径方向的，和，光信号差分后标码。描述如下：得到的信号，5相加，得到单码道。相应的信号信咖=一6=(Ⅳ(12)息。=一=(N~-N30(13)设OJ为调制频率。则：其中，，是每个轨道的狭缝数，0为码盘转角，狭缝位置由得出，由机得出，轴转角表示I1=(cos6．+1)(sintot+1)(1)为

5、：=¨手)+1](costot+1)(2)0=(i-1q-1)a+~。／Ⅳd(14)／3=[cos(+a+'tr)+1](sintot+1)(3)其中：¨争卟1](costot+1)(4)ot=2'rr

6、n，,8=2~r／N2．2设计考虑L=Il-13=2cosq~sintot+2cosq)。(5)2．2．1三码道方法L=I2-I4=2sin咖0s￡+2sin咖(6)考虑到这种编码器的非线性，相位信号方程V=L+L=2sin(wt+~b．)+2(sin机十cos(7)f71可以改写如下：如果图2中高通滤波器的截止频率∞。>>d6Jdt，则V=2sin(to++2(sio+cos6o+EA

7、．(+o)sin(oJt+n4)o)+V~2sin(tot+(8)舯d)sin(砷(15)同样，。的补偿输出。可从，2和厶，，和，，运算www．omeinfo．com—Feb．2O1OL第27卷第2期V01．27No．2该编码器的精确度可以描述为：狭缝的数目越多，需要进行插补的值就越小。但是，当轴承高速旋转时，∑in(砷Ⅱ)的影响是不容忽视的，它会导皇致狭缝的数目增加，从而引起狭缝错误寻址。，3为了实现两码道方法运行时的精度达到1／100000，罢就必须要求每圈的插补精度达到0．00278。如果是三轨迹方法运行。要保证以上精度，每圈的插补精度只需达到0．033即可，这实现起来就相对容易。

8、2．2．2误差补偿Opticaldistortion从公式(14)可知，编码器的精度由。批决图4畸变对近似正弦波的影响分布图定，因此需要最精确的插值。l如果发光二极管的强度不完全相同，或光电二极管阵列(PDA)的装配位置不完全平衡，则插补误差就会增加。假设发光二极管的强度误差值为s。则：Diflfuset0s+d)】(16)LEDVin一(qb(17)Xa=tan。(一￡sin咖osa)8《1从公式中可以明显地看出．由LED强度不同