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《采用衍射、干涉技术提高光电轴角编码器的测角精度和分辨率》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第9卷第3期光学精密工程Vol.9,No.32001年6月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGJun.,2001文章编号1004924X(2001)03026006采用衍射、干涉技术提高光电轴角编码器的测角精度和分辨率孔智勇,赵红颖,熊文卓,艾华(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022)摘要:光电轴角编码器广泛应用于精密角位置的测量、数控及数显系统中,是国内外研究的热点。采用衍射、干涉技术的光电轴角编码器(简称激光编码器)具有结构紧凑
2、、小型化;分辨率和测角精度高;响应频率高等优点。通过对几种激光编码器的成功方案的深入分析,阐述了这项技术的最新进展和所面临的问题。关键词:光电轴角编码器;激光编码器;衍射干涉中图分类号:TN366文献标识码:A二进制编码并以并行输出方式来时时再现轴的现1引言位置距原点位置的二进制角量。多圈编码器是在绝对式编码器基础上,以并行输出方式输出主轴光电轴角编码器又称光电角位置传感器,是转过的圈数。一种集光、机、电一体的数字测角装置,它采用光几何光学式编码器主要以双光栅的结构为电技术将轴角信息转换成数字代码,与
3、计算机和主,它是利用莫尔条纹放大光栅节距的原理。它显示装置连接后可实现动态测量和实时控制。它结构简单,价格便宜,稳定性、可靠性高,对环境适包括光学技术、精密加工技术、电子处理技术等,应性强,易构成绝对式编码器。由于受光的衍射其技术环节直接影响编码器的综合性能。利用它影响,提高原始信号分辨率必须加大光栅刻划直可以实现角度、转速以及其他物理量的测量。它径。具有精度高、稳定可靠等优点。应用于各种雷达、采用衍射和干涉技术的光电轴角编码器称为地炮指挥仪、光电经纬仪、数控机床、机器人、自动激光编码器,其特点是:体积小;精度和分辨率
4、高。化仪表等领域。但由于所采用的光栅的限制,采用该技术的高精目前的光电编码器是由固定在旋转轴上的光度绝对式编码器尚未见报道。近年来,国外许多栅盘,以及相应发光、光学系统、光电接收器组成。公司和研究机构,研制和开发了采用衍射和干涉其中光栅盘是核心部件,是测量的基准。它有单技术的增量式光电轴角编码器。圈和多圈形式,单圈称为圆光栅,用于增量式编码器。多圈式又称为码盘,用于绝对式编码器。光2国外激光编码器的发展概况电编码器的分类可以从测角原理和输出的形式两方面划分。前者有几何光学式、激光干涉式及光采用几何光栅形成莫尔条纹
5、原理的光电轴角[2]纤编码器等。前者分为增量式、绝对式和多圈旋编码器有两个突出的问题。其一,为了达到高[1]转式。分辨率,当使用细线条光栅盘时,因为有光的衍射增量式编码器是根据主轴转过的角度以脉冲现象的影响,光敏元件的输出信号的信噪比降低,的形式输出,通过计数器计量脉冲数,得到转角所以,采用粗光栅,因此,要实现高脉冲输出,就要量。绝对式编码器是通过读取码盘上各码道上的增加光栅盘的直径,小型而又要达到高分辨率是收稿日期:20010307;修订日期:20010323基金项目:中科院应用研究重点项目3期
6、孔智勇,等:采用衍射、干涉技术提高光电轴角编码器的测角精度和分辨率261不可能的。其二,光敏元件输出的光电信号正交块粗光栅作为标尺光栅,标尺光栅的节距是指示性、正弦性的影响,高精度、高分辨率电子学细分光栅的2倍(即粗光栅的节距是细光栅节距的整很困难。因此,国外多家公司和科研机构竟相研数倍),读数头拾取1级衍射条纹。采用这一光学制开发了激光编码器。激光编码器从原理上分为系统的编码器不用电子学细分全周可输出480000两种,一种是利用光栅衍射干涉法,另一种是利用脉冲。傅立叶成像法(如图1所示)
7、。2.2单光栅式激光编码器它是利用衍射光相干涉的原理,得到位移信息,它突破了双光栅系统的光栅密度极限,加之系统本身具有光学倍频,因此原始信号分辨率提高[6]20倍。如图3所示。Fig.1WorkingprincipleofthelaserencoderusingFourierimagingmethod利用光栅衍射、干涉方法的激光编码器可分为单光栅式和双光栅式。2.1双光栅式编码器双光栅式与利用几何光学式编码器结构相同,由于采用半导体激光器(LD)代替LED作光Fig.3Principleofthegrating
8、laserencoder源,利用单色性好的激光照射主光栅,使其在指示光栅形成自身衍射像,从而得到放大的莫尔条纹。此种编码器的优点是提高了信号的质量,放宽了光栅副的间隙,提高了轴抗负载及冲击的能力,利[34]于电机与传感器的联接。Fig.4FabricofMicroErotarylaserencoder利用衍射光相干涉原理的激光
