光电轴角编码器细分技术的分析

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1、浙江大学硕士学位论文光电轴角编码器细分技术的研究1．1光电轴角编码器概述第1章绪论光电轴角编码器是一种将角位置、角位移及角速度等物理量转换成电信号的精密传感器[11。光电轴角编码器的工作部件一般可以分为光信号采集和数据处理两个部分‘21，信号采集部分主要由光源、计量光栅、主轴、光电接收器构成。它依靠计量光栅作为检测工具，通过光电转换，把位移或者角度信息转换成相应的模拟或者数字信号，从而达到精确测量的目的。由于它的结构简单、体积小、重量轻，分辨率高，因此在雷达、指挥仪、经纬仪、自动测量、遥感等领域应用十分广泛。目前世界上主要生产轴角编码器的公司有很多，主要有德国的海德汉(Heidenhai

2、n)、库伯勒(Kuebler)等公司，日本多摩)11(Tamagawa)、内密控(Nemicon)、光洋(Koyo)等公司，美国的丹纳赫(Danaher)、Renco公司，瑞士的Baumer等。轴角编码器的主要典型的应用诸如：意大利国家伽利略望远镜(TNG)采用的就是海德汉公司的编码器，该编码器的最终角度分辨率是27位，最小可分辨角度0．00965”，读出数据时间小于0．5毫秒[3删；美国NASA研制的为了测量Cartesian坐标的超高精度编码器，它采用了一种全新的编码方式，采用图像识别的方法，最小分辨角为3×10—6度(5]【61。在轴角编码器研制方面，我国大概起步于上个世纪六十年代

3、，中科院长春光机所在1964年制造了第一块光学码盘，并且在光电经纬仪上得到了应用。在此之后，许多院校和科研院所都做了相关的研究，并且取得了许多不错的成绩。这其中的主要的成果有：长春光机所在八十年代末期研制出了23位的绝对式编码器；中科院光电技术所研制出了25位的编码器，该编码器是采用特殊的编码技术和多读数头模拟量相加的办法，利用单片机通过软件高倍电插补细分实现的【71。目前国内很多公司诸如长春禹衡、宁波永佳、天津宜创、广东升威等都在进行编码器的生产，总体来说国内的编码器和国外的相比差距主要是编码器的种类比较单一，并且在高分辨率领域也有较大差距。因此，研制开发新型的编码器具有重要的意义。精

4、Ⅱ大学硬±学位论文光电轴自犏日墨自舟技术的研究111光电轴角编码器的分类光电轴角编码器按照编码方式可以分为增量武和绝对式两种【8】，增量式编码器如图1-1所示，它的编码特点是计量光栅刻线间距是相等的，每一个刻线区问可以输出一个脉冲，光电检测系统的计数器可以根据零位也就是基准位置进行相应的计数，从而输出角度信息。它的零点是可以任意选择的，但是随之带来的缺点是断电之后需要重新标定，而且有积累误差．豢豢匿卜I增量式编码器码盘囤l-2绝对式编码器码盘绝对式编码器如图1-2所示，这是一种以二进制代码为基础进行编码的码盘，用透光和不适光这两种状态来表示二进制代码中的0和1，最初的码盘是采用自然二进制

5、码，现在通常采用格雷码编码，格雷码的优点是：当代码从任意数变到相邻数的时候，码道中仅有一个码道发生变化，因此无论是进位或者退位，只有一个二进制的数字产生改变，系统的误差也不会超过读数的最低位的单位量。绝对式编码器的特点是角度和码盘位置是一一对应的，由于具有固定的零位，是对角度绝对位置进行测量，相对于增量式编码器具有抗干扰能力强、无积累误差等优点。l12光电轴角编码器的发展方向随着科学技术的发展，对编码器的技术参数要求越来越高，在编码方式和测量方式上出现了很多新型的编码器。准绝对式编码墨[Ⅻ⋯】，这种编码器是一种绝对式和增量式的结合体，设计者的目的是浙江大学硕士学位论文光电轴角编码器细分技

6、术的研究为了保留绝对式编码器测量数据为角度绝对值的优点，同时消除增量式容易错误计数和累积误差的不足。它主要是由循环码道和索引码道共同构成，其中循环码道和传统的增量式码道基本一致，而索引码道和绝对式码道又十分相似，是由一系列类似与条形码的二进制编码构成。索引码道用沿着码盘切向的序列表示角度的绝对位置。它在一定程度上减少了编码器的尺寸，但是由于需要很多的探测器，增加了编码器装配的难度。单圈绝对式轴角编码器【11】，设计者的目的是把传统的通过码盘径向获取角度信息的方式转换成沿切向获取角度信息，因此在编码过程中也把径向的编码改为纵向编码放置到一个码道之中，角度和切向的位置也是对应的关系，即单圈绝

7、对式编码器。这在一定程度上减小了码盘的尺寸，但是如果需要更高的分辨率，需要在单圈内增加更多的刻线，从而给测量带来困难。双码盘绝对式轴角编码器【12】，它的特点是把两个以上的单码盘编码器用齿轮等变速工具连接起来，每个码盘的编码方式和传统的绝对式编码器一致，在测量过程中，不同的码盘转的速率不同，因此通过编码器级联的方式提高了编码器的分辨率，该编码的优点是不需要提高单个码盘的刻画圈数来提高整个系统的分辨率，是从测量方式上的一种改进，缺点是