CN1307227A - 圆光栅角度计量误差校正法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆光栅角度计量误差校正方法,该方法对两个相位相差90°的圆光栅原始输出信号的电平进行逐次分频,取一个信号及其分频后的输出信号作为绝对周期码的各位代码,取与其相位相差90°的另一系列输出信号作为上述各位代码的封闭码,设置误差校正区,并可以在任意位置设置校正区。该方法比现有方法节约了制造昂贵的编码盘,校正方法简单、可靠,可校正圆光栅制造、安装偏心及轴系晃动等引起的误差。

Description

圆光栅角度计量误差校正法
本发明是一种圆光栅角度计量误差校正方法，属于一种可在任意位置设置误差校正区且具有极大值误差校正范围的圆光栅计量误差校正法。
现有角度计量中，采用圆光栅累计计数时，对某些误差，如光栅制造、安装偏心、轴系晃动等引起的误差，特别是当误差量超过一个计数当量时，误差无法校正的。采用编码盘绝对周期码法计量角度时，虽然可以通过在编码盘上刻制封闭码码道设置误差校正区，校正上述因素引起的误差，但这种方法需要采用的编码盘，制造成本高、体积大；并且计量角度的代码位数越多，编码盘上的码道和校正误差的封闭码码道数也相应增多，制造成本更高、体积更大。该方法的另一个明显缺点是当误差超过原设计的校正范围时，需要更换校正范围更大的校正区位置，此时必须在编码盘上重新刻制封闭码道，这样无论成本和时间都有很大浪费。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种采用制造成本低、体积小的圆光栅作测角元件的圆光栅角度计量误差校正方法。
为了达到上述目的，圆光栅角度计量误差校正方法包括下述步骤：
通过剖相狭缝(指示光栅)或调整光电接收元件位置，获得两组正交的sin,cos,-sin和-cos四个输出信号；
对sin,cos,-sin和-cos四个信号进行差分放大整形，获得两个相位相差90°的原始输出方波信号S0和S90；
对方波信号S90进行信号电平逐次分频，获得两系列频率依次成倍减少相位相差90°的的输出信号；
取S0和对S90逐次分频获得的一系列零相位输出信号以及90°相位输出信号的最高位作为计量角度值的绝对周期码的各位代码；
取S90和对S90逐次分频获得的另一系列90°相位输出信号作为封闭码，在计量角度值的绝对周期码的任意位置设置误差校正区。
本发明与现有技术相比，有如下优点：通过取出圆光栅的两个正交的输出信号进行逐次分频，可使圆光栅角度计量中的绝对周期码的每一位都有一个封闭码。这样，只要通过修改软件或少量硬件就可以在任意位置设置误差校正区或更改原设计的校正区位置，不需要重新刻制编码盘。因此该方法简单、成本低。并且采用本发明的误差校正与使用制造成本很高的编码盘一样具有很高的可靠性。而且该方法校正范围大，最大可达到极大值±22.5°。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为实施例的圆光栅的输出信号及其逐次分频后的输出方波
图2为圆光栅绝对周期编码的误差校正原理图
图3为极大值误差校正范围示意图
采用圆光栅作为测角元件，通过剖相狭缝(指示光栅)或调整光电接收元件位置，当它与圆光栅作相对转动时，得到两组正交的sin,cos和-sin,-cos四个输出信号，对该四个信号进行差分放大整形处理，获得信号质量较好的、正交的两个原始基准方波信号，并对其进行信号电平逐次分频得到两系列频率依次成倍减少的分频信号，而其中的一系列90°相位的分频信号是一列零相位分频信号的封闭码。由于每一位都具有封闭码，通过修改软件和少量硬件可在任意位置上设置误差校正区。或者在发现某校正区的校正范围不够大，修改到校正范围更大的一位电平上进行误差校正。图1所示为实施例的园光栅输出的两个原始基准方波信号S0和S90。图1列出了S0和S90的8个周期，S0和S90相位相差90°。对S90的前后沿触发进行逐次分频，直至分频到圆光栅一周(360°)内只有一个周期的方波，获得两系列频率依次成倍减少的输出信号，C0,B0,A0；C90,B90,A90。C0和C90、B0和B90、A0和A90的相位分别相差90°。取圆光栅原始信号S0和对S90进行逐次分频得到一列零相位分频信号C0、B0、A0和对S90逐次分频得到的另一列90°相位输出信号的最高位A90(A0的封闭码信号)组成二进制绝对周期码的各位代码，该组代码表示被测的角度值。取圆光栅原始信号S90和对S90进行逐次分频得到另一列90°相位分频信号C90、B90、A90作为上述各位代码的封闭码，设置误差校正区。
图2为圆光栅绝对周期码误差校正原理图，图中 表示圆光栅原始信号A7和A7(封)，以及对A7(封)进行信号电平7次分频得到的电平图，如A2,A3,A4,A5,A6,A7； 表示某一位的封闭码电平，如A2(封)(即A1)、A7(封)；其中分频得到的90°相位信号A6(封)，A5(封)，A4(封)，A3(封)未在图中表示出来。---表示绝对周期码译成的自然二进制码，如X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7；该组代码所表示的角度值的最小分辨率为2.8125°。图2所示，计量位置在Ⅰ区时，A4,A5,A6,A7的正确值代码为0010(相应的角度值为8.4375°)，在Ⅱ区时，正确值代码为0110(相应的角度值为11.25°)。若电平端点有误差，如图2所示，A5前端点提前转换，此时在Ⅰ区，A4,A5,A6,A7的代码值变为0110，与原正确代码值0010相比产生+2.8125°的误差；若A5前端点延迟转换，此时在Ⅱ区时，A4,A5,A6,A7的代码值变为0010，与原正确代码值0110相比，产生-2.8125°的误差。通过封闭码，如图2中A7(封)，用A7,A7(封)，A6来校正A5端点的误差，用A7码道的反码作校正控制区，即只有在这个区间内计量时才能校正(在Ⅰ、Ⅱ区)，当在Ⅰ′、Ⅱ区时不需校正。在Ⅰ区，A5,A6,A7(封)是偶数则不校正，是奇数则进行校正；在Ⅱ区，同样A5,A6,A7(封)是偶数不校正，是奇数进行校正。此时的校正范围为正负一个分辨率即2.8125°，即为A7码道的1/4角度值。若A5的端点误差超过2.8125°时，这时的校正不起作用，需通过修改软件和少量硬件将校正区设置在A6上，依次类推。
图3是图1中各位代码的电平图，A5,A5(封)分别为圆光栅原始输出信号S0和S90的电平图，相位相差90°,A4,A3,A2和A4(封)，A3(封)，A2(封)(即A1)分别为对圆光栅原始信号电平A5(封)进行逐次分频获得的两系列分频信号，A4和A4(封)，A3和A3(封)，A2和A2(封)相位分别相差90°，图3中阴影部分表示A4,A4(封)，A3对代码最高位A1和次高位A2电平端点的误差校正范围，这时的校正范围达到了极大值±22.5°。

Claims (1)

1．一种圆光栅角度计量误差校正法，包括下述步骤：
通过剖相狭缝(指示光栅)或调整光电接收元件位置，获得两组正交的sin,cos,-sin和-cos四个输出信号；
对sin,cos,-sin和-cos四个信号进行差分放大整形，获得两个相位相差90°的原始输出方波信号S0和S90；
对方波信号S90进行信号电平逐次分频，获得两系列频率依次成倍减少相位相差90°的输出信号；
取S0和对S90进行逐次分频获得的一系列零相位输出信号以及90°相位输出信号的最高位作为计量角度值的绝对周期码的各位代码；
取S90和对S90进行逐次分频获得的另一系列90°相位输出信号作为封闭码，在计量角度值的绝对周期码的任意位置设置误差校正区。
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