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。

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。

光电编码器是以高精度计量光栅为检测元件的高精度数字化测角设备, 在当代自动化领域应用广泛。为深入研究光电编码器故障诊断方法, 提高诊断效率, 本文首先介绍了光电编码器分类、工作原理; 其次, 介绍了国内外光电编码器故障诊断关键技术现状, 对具有代表性的故障诊断技术进行了分析与比较, 总结了各诊断方法的优缺点; 最后, 对光电编码器诊断技术进行了展望, 揭示了其诊断方法向自动化、便携化、动态检测、多技术融合和故障预测方向发展的趋势。

为了提高光电轴角编码器的精度，提出了一种实时补偿莫尔条纹光电信号正交性偏差的方法。利用希尔伯特变换原理，构造了同频光电信号正交性偏差的动态测量算法。根据莫尔条纹光电信号的数学模型，揭示了由正交性偏差引起的细分误差的空间分布特征并建立角度补偿模型。鉴于编码器的实际工作特点，采用同步处理方式，在补偿光电信号的同时动态更新了角度代码补偿查找表; 通过细分查找表的切换，实现信号正交性偏差的实时补偿。采用该方法对存在约18°正交性偏差的23位光电编码器进行了补偿处理，结果显示: 补偿后的编码器的细分误差峰值由4.79"降低到1.26"。该方法可实际应用于编码器系统，能够提高编码器的细分精度、环境适应性和可靠性。

为在不增加体积的前提下提高小型光电编码器精度，分析了计算法细分误差产生的原因，提出了基于坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的光电编码器精码信号新细分法，利用简单的移位和加法操作可实现对采集到的正交码盘精码信号直接细分求相位，避免了查“细分表”引入的细分误差。对细分算法进行了分析与优化，使算法在取得合适精度的同时提高了运算速度。运用研究的细分法对某16位小型光电编码器精码信号进行256份细分时，比利用计算法细分时编码器的均方根误差减小了一半。实验结果表明，研究的新细分法可直接对光电编码器精码信号进行高精度细分，对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。

光电轴角编码器是一种先进的数字测角传感器，利用光电轴角编码器进行测速具有高精度、高分辨率、高可靠性等优点，可以满足现代精密伺服系统的需求。首先介绍了光电编码器的原理及其应用；然后通过对国内外各种测速方法的介绍和比较，分析各种方法的优缺点和适用范围；最后针对光电轴角编码器测速方法某些关键技术，也对其未来的发展趋势进行了扼要阐述。

设计了小型光电编码器自动检测系统, 用于准确快速地检测小型光电轴角编码器的误差。采用21位高精度光电编码器作为角度基准来检测低精度的小型光电编码器。用控制系统转动编码器, 此时高精度编码器与被检编码器之差即为小型编码器在该位置的误差。检测完毕, 根据需要将编码器的误差通过USB接口传输给上位机保存并进行深度分析。采用该系统检测某型号的15位编码器, 得到的均方差为291″, 而传统方法检测的误差均方差为285″, 表明设计的检测系统满足检测精度要求。

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。

为提高小型光电编码器精度，研究了一种精码莫尔条纹光电信号细分误差修正方法。建立单路信号波形参数方程，对采样信号进行傅里叶变换求出波形参数，利用多倍角公式将信号波形中的高次谐波分量变换为高阶分量，通过牛顿迭代法将莫尔条纹光电信号修正至标准正余弦信号；建立正弦、余弦两路信号的相位误差修正模型，利用最小二乘拟合法求解出相位误差修正参数，实现对莫尔条纹光电信号正交性误差的修正。采用该方法对某16位小型光电编码器细分误差进行修正处理，经测试细分误差峰峰值由修正前的162.5″减小到修正后的47.5″。实验结果表明，研究的误差修正方法可以有效地减小细分误差，提高精度，对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。