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非均勻采樣PILZ光電編碼器細分誤差的分析 
隨著工業產品、軍用設備及航空航天等科技領域的飛速發展,適用于不同工作環境的PILZ光電編碼器已成為研究熱點,對編碼器精度和分辨力提出了更高的要求。由于莫爾條紋信號細分誤差是影響PILZ光電編碼器精度的主要因素,因此開展對高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號的深入分析,進而探究其細分誤差的來源,實現動態精度的實時監測,并根據精度檢測結果進行在線信號修正,從而對提高編碼器性能指標及檢測精度,促進PILZ光電編碼器在各個領域的更廣泛應用具有積極意義。

非均勻采樣PILZ光電編碼器細分誤差的分析
在參考國內外文獻的基礎上,首先從PILZ光電編碼器莫爾條紋信號的采集原理出發,根據編碼器的實際工作方式,建立了莫爾條紋信號方程。通過得到的方程分析莫爾條紋信號質量對細分誤差的影響,利用傅里葉算法推導出信號各項參數計算公式,從而求解出編碼器工作時的動態細分誤差值,并以此提出對實際莫爾條紋信號修正方法。為提高編碼器莫爾條紋光電信號測量精度,針對編碼器實際工作時非勻速轉動狀態,無需限定固定的采樣頻率,提出了基于非均勻采樣的莫爾條紋光電信號分析方法。根據PILZ光電編碼器輸出的變頻信號,利用非均勻采樣點通過曲線擬合zui小二乘法對不同轉速下的莫爾條紋信號進行重構,并分析重構誤差。該方法克服了均勻采樣分析方法中對采樣頻率嚴格要求的問題,減小了計算量,獲得編碼器原始的真實光電信號。經重構后得到真實莫爾條紋信號,利用均勻采樣的理想采樣時刻數據點,提出基于離散傅里葉變換算法的莫爾條紋信號參數計算方法。根據實際信號,建立數學模型,采用傅里葉變換方法推導出信號頻率、幅值及相位等參數的求解方程,通過莫爾條紋信號參數與編碼器細分誤差的關系,計算出編碼器工作時的動態細分誤差值,實現工作中精度的實時測量,從而提高了高精度PILZ光電編碼器的動態檢測精度。針對編碼器輸出的實際莫爾條紋信號,提出了采用遺傳算法對信號進行誤差修正的方法。為提高遺傳算法優化度,縮短運算時間,增強全局搜索能力,對算法中存在的問題進行了改進。采用改進后的遺傳算法將實際信號存在的誤差進行校正處理,得到更接近理想的莫爾條紋信號,提高了編碼器的測量精度和分辨力,為高精度PILZ光電編碼器信號的在線修正奠定了基礎。通過以上理論算法支撐,建立了高精度PILZ光電編碼器細分誤差分析系統。采用17面光學多面體和精度為0.1"的CCD雙軸自準直儀作為檢測裝置,搭建了預處理電路和核心處理電路,在下位機和微處理器上設計了圖形用戶界面及數據處理算法實現程序,實現了對高精度編碼器靜態細分誤差與動態細分誤差的測量計算與分析。運用研究的方法對21位式PILZ光電編碼器信號進行分析處理,文中所提出的算法對采樣頻率沒有固定的嚴格要求,參照編碼器不同轉速保證采樣數據點能夠真實反映原始信號,設采樣頻率在100KHz左右,從而得出莫爾條紋信號重構zui大相對誤差在(-0.2%,0.2%)范圍內,根據實際測量的編碼器動態細分誤差值,計算得到其標準偏差σ=±0.7",經改進后的遺傳算法對莫爾條紋信號修正后動態細分誤差的標準偏差σ=±0.45"。

非均勻采樣PILZ光電編碼器細分誤差的分析
實驗結果表明:研究的非均勻采樣分析方法可有效地提高PILZ光電編碼器細分誤差測量精度,通過改進后的遺傳算法對信號的修正具有可行性和準確性,所設計的PILZ光電編碼器分析系統可作為實際工作現場精度檢測裝置,對研制設計高精度、高分辨力PILZ光電編碼器具有重要意義。