星载高精度小型多圈绝对式编码器设计

为了满足星载相机中调焦相机电机转动精度和圈数记忆要求,设计了小型多圈绝对式光电编码器。根据星载相机的精度要求,对1级绝对式光学码盘进行了小型化设计;根据电机转动的计数要求,设计了2级绝对式矩阵码盘计数系统;最后,对设计的小型多圈绝对式光电编码器进行了精度检测。小型多圈星载绝对式光电编码器外形尺寸为直径40mm×50mm、重量为200g、分辨力为40″、精度±100",圈数16圈。本编码器能实现相机中电机转动圈数记忆功能,且体积小、精度高,可满足星载相机的要求。     

音圈电机驱动的航空相机像面扫描系统

航空相机执行机构的核心是像面扫描系统,要求高扫描精度、高扫描频率、体积小、结构简单,否则成像模糊、成像帧频低。国内外低精度的扫描机构采用旋转电机外加凸轮、齿轮、涡轮蜗杆等机械传动机构将旋转运动变为直线扫描运动,搭建的像面扫描系统体积大、结构复杂、智能化程度低与未来相机的发展趋势不吻合。设计的新型高频高速像面扫描结构,直线往复扫描运动执行机构选用音圈电机,像面扫描方式为矩形扫描方式。为满足指标要求,采用音圈电机持续力控制和滞后超前控制相结合的控制策略。实验表明,线速度103 mm/s,线性行程0.2 mm 时,实现了扫描频率15 Hz,稳速精度0.2%,满足了工程要求。     

增量式编码器自动检测系统

为减少增量式编码器检测的复杂度,提高检测精度和检测效率,实现增量式编码器的自动检测,设计了便携式增量式编码器自动检测系统。首先,利用直流电机带动被检编码器搭建了增量式编码器自动检测硬件系统,并利用驱动电路控制电机匀速转动。然后,利用Cortex．M3内核的STM32F107芯片设计了编码器误差采集电路,完成对编码器全周输出数据正交性、均匀性和幅值的采集;最后,通过计算与比较,将编码器旋转全周内输出信号误差的最大值和幅值显示在液晶显示屏上。自动检测系统调速范围在30—110r／min,且具有轻巧易于携带、测量简便、检测速度快、检测结果准确及显示直观等优点,非常适合在现场对编码器进行调试。经过实验,系统能够准确的检测出精度为40”的增量式编码器输出信号的误差。     

质心算法检测图像式光电编码器偏心误差

为了研究偏心误差对图像式光电编码器精度的影响,借助数字图像处理技术对编码器的码盘偏心误差进行检测.首先采用改进的图像灰度质心检测算法,得到偏心误差最大区域和最小区域的码道;然后分别在2个区域对基准线位置偏差进行曲线拟合,以此求得偏心误差的大小.实验结果表明,由显微镜观测法证实偏心约为0.020 mm的码盘偏心误差,采用图像质心检测算法对码盘偏心误差的检测精度约为3.31个像素(约为19.86μm).采用该方法可在图像式光电编码器的使用过程中随时对其偏心误差进行检测,为研究偏心误差补偿方法提供数据依据.     

24位绝对式光电编码器数据采集系统

介绍了一种24位绝对式光电轴角编码器的数据采集系统.该编码器的原始信号经差分放大后一共有24路输出信号,采用三片A/D转换芯片MAX1316对编码器信号进行采集,信号采集的控制芯片采用TI公司型号为TMS320F2812的DSP处理器.DSP可以实时地处理编码器的信号,将电信号转换为编码器的位置信息,也可以通过USB接口将编码器的光电信号数据传送给计算机,以便对编码器的性能参数进行更为详细的分析.     

基于后验误差拟合的角位移测量误差补偿

在航天、军事、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。     

光电编码器动态检测转台的空间矢量力矩合成驱动系统

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。     

图像式角位移测量技术研究进展与展望

图像式角位移测量技术是采用数字图像处理技术实现光电位移精密测量的新兴技术。因其较传统莫尔条纹技术更能在小尺寸光栅码盘下实现高精度、高分辨力的角位移测量,已成为当前的研究热点之一。为了进一步研究图像式角位移测量技术,本文系统的对现有的使用图像探测器的测量技术进行了分析,总结了国内外发展现状的优缺点,并对图像式角位移测量技术的发展进行了展望,为高精度高分辨力角位移测量技术的研究提供依据。     

莫尔条纹光电信号自动补偿系统

为了保证高精度光电编码器在恶劣工作环境下的精确测量,建立一种基于高分辨力数字电位计+DSP+CPLD的莫尔条纹光电信号自动补偿系统。首先,介绍了自动补偿系统的工作原理及构成,并设计了系统使用过程中的工作模式;融合莫尔条纹信号各个偏差的补偿算法,建立了光电信号细分误差的综合补偿模型;然后,具体阐述了系统的硬件设计、相关软件设计,并分析了补偿系统自身存在的系统误差;最后,以24位光电编码器为实验对象,对该补偿系统进行测试分析,实验结果表明:自动补偿系统可实现编码器精码信号直流电平漂移、等幅性偏差、正交性偏差及二次、三次、五次谐波偏差的综合补偿,可使实际的静态细分误差减小0.61。该系统可用在编码器的工作现场,实现莫尔条纹信号细分误差的自动修正。     

编码器动态特性检测高速数据传输系统

为实现编码器动态特性检测中,动态误差数据采集系统与PC电脑的高速、实时数据传输,利用高速USB芯片CY7C68013和FPGA芯片设计了高速的数据传输系统。首先,系统采用CY7C68013芯片作为USB总线传输模块,并利用FPGA芯片对CY7C68013芯片进行控制,使USB芯片工作在SlaveFIFO模式下,完成与上位机电脑数据的发送与接收;然后,利用在PC中利用VC＋＋编写软件,完成对CY7C68013芯片的数据传送、接收和固件程序的烧写,并将接收到的数据显示和打印出来。系统具有传输速度快、数据准确、使用方便等优点,可以用在其他数据传输中。经过实验,系统在编码器误差数据采集系统的数据传输中,能够高速、实时的完成数据的传输工作,可以在PC软件中显示采集到的编码器数据,满足编码器误差数据采集系统设计和使用要求。