图像式角位移测量装置中, 光栅的安装偏心标定结果直接影响着角位移测量的精度。为此, 本文设计了一种用于调试图像式角位移测量装置光栅偏心度的系统。首先, 根据图像式角位移测量机理, 提出了基于线阵图像传感器的标定光栅偏心度监测原理; 然后, 在图像传感器上建立了偏心调试监测信号的模型, 并提出存在偏心时偏心监测信号的变化机理; 最后, 对某型号角位移测量装置进行了实验, 并给出了调试建议。实验表明, 经过调节误差均方差由1 017″降低到12.8″。本文设计的偏心监测系统能够实现对标定光栅的高精度安装调试, 提高了图像式角位移测量装置的批量生产效率。

在航天、**、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域, 光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量, 更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象, 基于后验误差拟合方法确定误差模型参数, 从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素, 建立了长周期误差和短周期误差模型。然后, 采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定, 提出误差补偿算法; 最后, 对某一小型光电编码器进行实验, 验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″, 补偿后的精度为5.82″。实验表明, 采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小, 直接对编码器进行误差补偿, 具有效率高、补偿准确等优点, 极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。

增量式光电编码器输出信号的正交性和均匀性是其重要技术指标之一, 对增量式光电编码器的精度检测是编码器研制和生产过程中的重要环节。传统信号质量的检测是基于时间位置进行检测的, 其检测准确度受转速均匀度影响, 在高速、变速转动下对增量式光电编码器的动态性能检测并不准确。提出了一种基于空间位置的信号质量检测方法, 并设计了相应的检测系统。检测系统采用直流无刷电机带动高精度角脉冲发生器和被检增量式编码器同轴旋转, 并采集高精度角脉冲发生器在被检增量式编码器输出信号边沿时刻的数值, 进行误差计算。该检测系统极大地减小了由于转速不均匀造成的测量不准确度。运用该检测系统对输出脉冲周期数为32 400的增量式编码器进行检测, 并与时间位置检测法进行对比实验。实验结果表明: 该检测系统检测结果不受电机转速变化的影响, 可有效地提高检测精度及检测效率, 能够实现动态检测。该系统的研制为批量生产增量式光电编码器提供了极大的便捷。

在批量生产小型光电编码器的过程中,出厂检验不仅要对光电编码器动态误差进行检测, 也要对不达标编码器进行误差溯源及修正。在实现对光电编码器高、低转速下的动态误差检测的同时, 需要快速的定位光电编码器动态误差超标的原因, 使生产者能够根据误差超标原因对编码器进行调校。为此, 提出了光电编码器检测方法及评估方法, 设计了小型光电编码器动态误差检测及评估系统。首先, 从低、中、高频率方面对光电编码器误差组成分析, 明确了各频率误差的产生原因; 然后, 提出了采用AR模型谱估计法对动态误差进行评估的方法, 并根据误差评估结果给出误差产生因素判定; 最后, 设计了小型光电编码器动态误差评估系统, 实现了对光电编码器的动态误差检测, 并给出误差评估结果。所设计的检测系统工作转速范围为0.5~8 r/s, 检测精度优于2″; 误差评估系统能够清晰的显示出动态误差在各频率下的均方值, 使生产者能够轻易地找到不达标编码器的调校方法。该系统准确可靠、显示直观, 为批量生产光电编码器提供了简单有效的检测评估手段。

为实现高分辨力角位移测量, 提出了一种基于线阵图像探测器的角度细分方法。为消除安装调试时图像探测器与圆心距离变化产生的影响, 提出了一种具有较强适应性的高分辨力细分算法; 建立了该细分算法的数学模型, 并进行了误差分析。根据实际应用, 建立了由码盘偏心和图像探测器安装角度引起误差的模型, 并分析许多因素对细分算法的影响; 根据误差分析结果, 给出了减小图像式光电编码器细分误差的建议。结果表明, 在码盘圆周刻划线数大于或等于128时, 细分算法的误差较小, 可以被忽略。研究结果可为研制小型图像式光电编码器提供理论依据。

由于光电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。最后, 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。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。

在批量生产光电编码器时, 对光电编码器是否存在误码进行检测是一个重要的环节。现有的检测方法采用二进制灯排手动转动编码器用肉眼进行观测, 存在手动检测慢、肉眼观测误差较大、检测结果受转动速度影响等缺点。在大批量生产的光电编码器, 采用传统方法进行误码检测费时费力。为解决编码器生产及使用过程中对光电编码器的自动误差检测, 本文设计了小型光电编码器误码自动检测系统。首先, 在参照大量光电编码器生产经验的基础上, 分析了编码器误码产生的主要原因; 然后, 提出了基于微分算法实现对光电编码器是否存在误码进行判断的误码自动检测方法; 最后, 以FPGA为主控芯片, 设计了小型光电编码器自动误码检测系统。该系统能够实现对光电编码器的高速数据采集、数据处理与误码判断, 并将误码判断结果通过LCD液晶显示。同时, 可以根据需要将数据传输到计算机中作进一步分析。检测实验表明: 本文所设计的误码检测系统成功实现了对15位串/并口光电编码器在高速和低速下进行数据采集及误码判断。系统可用于批量生产下光电编码器的误码自动检测, 减少了人工操作, 提高了自动化程度。系统具有智能便捷, 移动性强, 适用于实验室及各种工作场合下的误码检测等优点, 检测速度较以往检测方法提高了3～5倍。

为了实现对光电编码器在动态状态下的误码检测, 提高批量生产时对光电编码器的误码检测速度, 设计了光电编码器动态误码检测系统。首先, 对光电编码器误码产生原因进行了分析, 并对光电编码器误码进行特征识别。其次, 针对光电编码器误码的特征, 采用微分方法对光电编码器进行动态误码检测。然后, 搭建了光电编码器动态误码检测系统, 设计了软硬件电路。最后, 对所设计光电编码器动态误码检测系统进行实验验证。实验表明: 所设计的动态误码检测系统能够实现对0~8 r/s转速下光电编码器的误码检测, 检测结果直观、准确。检测系统极大的提高了批量生产光电编码器时的检验速度。