随着科学技术的发展, 各个研究单位对编码器的精度要求越来越高, 因此, 在编码器研制生产过程中, 需要对其误差进行检测, 虽然现有检测装置能够完成编码器的误差检测, 但都存在着不足之处。文章在参考大量文献的基础上, 首先介绍了光电编码器的原理,其次介绍了国内外编码器检测装置的结构及原理, 并分析其优缺点, 最后对其发展方向进行了展望。

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。

研究了小型编码器动态检测过程中由编码器与基准编码器轴系中心线不完全重合产生的偏角导入的安装误差, 以便提高编码器检测装置的准确性和可靠性。分析了安装误差对被检编码器检测精度的影响, 推导出了存在安装偏角时引入的安装误差公式及其控制范围公式。为了使编码器的动态检测能准确地反映编码器的实际精度, 给出了最大偏角值αmax及高度差Dmax的允许范围。使用现有21位检测装置对15位被检编码器进行了检测实验, 分别对安装良好、小偏角和大偏角情况下的测量结果和安装误差曲线进行了比较和分析。结果表明: 检测15位编码器时, 将安装偏角值控制在0.36°以下可满足动态精度检测要求。本文提出的误差公式及控制方法可以运用在不同类型、不同精度的编码器检测过程中, 对提高小型光电编码器动态检测的精度和可靠性很有意义。

为了提高光电编码器速度检测精度，设计了一种基于叠栅条纹光电信号的编码器测速方法。结合全微分方程，建立叠栅条纹光电信号测速模型。分析了影响编码器测速精度的主要因素，并对比不同误差对测速精度的影响。结合测速模型设计改进算法，并完成系统实现。实验结果表明：对某21位光电编码器进行测速实验，将测速误差均方根由0.0367 rad/s降低到0.0216 rad/s。此方法测量速度快，测速精度高，适合实时性要求较高的控制场合。

在编码器动态特性检测中, 角度基准的快速反应和精度直接影响着动态特性检测装置的准确性。为实现角度基准的快速响应, 提高基准编码器的测角精度, 本文设计了高精度快速细分角度基准编码器。首先, 通过对目前角度基准不足对编码器动态特性检测影响的分析, 得出动态检测精度主要受基准编码器的数据处理延时影响。其次, 通过对基准编码器结构、细分电路、处理电路等的设计, 完成了23位高实时性角度基准编码器的制作。最后, 为提高检测精度, 利用RBF神经网络对角度基准进行误差补偿。所设计的角度基准编码器分辨率达到0.15″, 并且可以在10 r/s速度时, 保证逐分辨率输出。经过测量, 补偿前基准编码器的精度为1.30″, 补偿后的基准编码器误差峰峰值不超过2.5″, 精度优于0.6″。高精度、高实时性角度基准编码器的研制, 提高了编码器动态特性检测系统的检测精度, 为研究编码器动态特性提供了基础。

针对小型光电编码器长周期误差成因及分布规律复杂的特点, 提出了一种光电编码器长周期误差修正方法。建立了基于正交三角函数基的傅里叶神经网路误差修正模型, 将光电编码器输入输出间的非线性优化问题转化为线性优化问题。误差修正模型以高精度基准编码器输出值作为学习目标; 引进模拟退火策略的差分进化算法对网络进行训练, 保证了在训练的初始阶段具有较强的全局寻优能力和在训练后期具有较快的收敛速度和较高的精度。运用设计的方法对16位小型光电编码器进行了长周期误差修正处理, 实际测试显示: 编码器的峰值误差由45″~-175″减小到10″~-875″, 长周期标准偏差由修正前203″减小到修正后4″以下。结果表明提出的长周期误差修正方法提高了光电编码器的精度。

为了提高光电编码器动态检测技术的稳速精度, 设计了基于永磁无刷直流电机的转台驱动系统。分析了动态检测转台工作时速度波动对编码器角度误差的影响; 结合空间矢量法建立无刷电机三相绕组的力矩合成模型, 使合成力矩在空间内任意位置幅值相同; 最后加入PI控制器, 并利用DSP+CPLD设计了驱动电路, 以保证电机匀速转动, 并可模拟编码器在实际应用中的各种转动方式。实验结果表明: 设计的编码器动态检测转台驱动系统在高、低速转动时都能保持恒定的转矩输出, 系统稳速精度高, 稳态误差小于±1 (°)/s。另外, 转台驱动系统转动稳定, 有效降低了速度波动对编码器误差检测的影响, 满足光电编码器动态检测的要求。

介绍了光电轴角编码器的种类、原理及其性能衡量指标。对国内外光电编码器误差检测技术进行了统计和比较。针对国内误差检测技术的发展现状，阐述了误差检测技术的未来发展趋势。

光电编码器作为一种具有代表性的测角元件,为保证其在恶劣工作环境下的测角精度,介绍了光电编码器信号处理的关键技术;从衡量莫尔条纹光电信号质量的指标出发,指出补偿光电信号对提高编码器测角精度的重要性;从光、电两方面,阐述了国内外光电编码器信号自适应补偿技术的研究现状;并对典型补偿处理技术进行分析,揭示了工程编码器对信号补偿处理技术实时性的需求;最后,针对国内外对光电编码器的研究进展,简要说明了光电编码器未来的发展趋势。

光电编码器具有静态特性和动态特性，目前对光电编码器误差的分析主要局限于静态状态下。为使光电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，对小型绝对式光电编码器的动态误差进行了研究。通过分析角速度对光电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，影响光电编码器的动态特性。研究结果可以用于光电编码器生产中对编码器动态特性的分析与控制，为改善编码器动态特性提供依据。