专利名称：一种消除震动对增量式光学编码器测量影响的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高光学编码器测量稳定性的方法，具体涉及一种消除震动对增量式光学编码器测量影响的方法。
背景技术：
光学编码器是将圆光栅叠栅条纹和光电转换技术相结合，将机械转动的角度值转换为数字信息量输出的一种现代传感器，是一种精密测量工具，属于光电器件，在诸多的测角工具中，光学编码器的测角精度最高，可以达到秒级。增量式光学编码器具有两幅光栅圆盘，分别为标尺圆光栅盘和指示圆光栅盘，两光栅圆盘圆周刻有均匀光栅刻线，标尺圆光栅盘的刻线和指示圆光栅盘的刻线并不平行， 而是存在着很小的倾角，这样，当两圆光栅盘存在相对转动时，两光栅盘的干涉场中会形成叠栅条纹(又称莫尔条纹)，光电读头将干涉场中某点光强转换为电信号，形成正弦波，通过测量正弦波的相位变化量即可得知两圆光栅的相对转动角度。因此，消除环境因素及噪声对该正弦波的影响，提高正弦波相位测量的精确度是角度测量的关键。一般来说，生产厂家采用改进光学编码器的检相和细分方法、改进光栅刻线的加工工艺、改善照明系统等方法来增强光学编码器的性能。目前，最佳的增量式光学编码器测量分辨力已经能够达到O. I"，测量精度能够达到O. 036"(《光电轴角编码器发展现状分析及展望》，见《光学仪器》期刊第27卷第I期，2005年2月)。但是，高精度的光学编码器对安装误差和使用环境有很高的要求，如光电读头的安装位置、两光栅盘的安装偏心量、光学编码器使用温度环境、安装转轴的震动等因素限制了光学编码器的应用，使其在一些场合发挥不了高精度的性能。增量式光学编码器基本上采用在光栅盘对径位置安装两个光电读头，在检相时对两读头的相位读数相加再除以2的方法来降低光学编码器偏心和震动的影响(《码盘偏心对叠栅条纹信号相位影响的理论分析》，见《光学学报》第23卷第8期，2003年8月)。另夕卜，也有人采用更换光栅盘材质和改善光学编码器照明系统的方法来增强光学编码器的抗震动适应性(《一种基于金属码盘新型绝对式光电轴角编码器》，见《传感技术学报》，第23卷第5期，2010年5月；国内专利99250599. 2，《一种绝对式光电轴角编码器照明系统》)，这些措施在震动幅度较小时取得了不错的抗震效果，但在震动幅度较大时，仍然不能够实现光学编码器的高精度性能。以圆光栅直径为50mm，光栅刻线数为16200，细分数为80的增量式光学编码器为例，当震幅超过了 15 μ m时，上述措施便不能达到光学编码器的正常精度范围。
发明内容
本发明旨在提供一种消除震动对增量式光学编码器测量影响的方法，以解决现有技术中增量式光学编码器抗震能力差的技术问题。本发明的技术方案如下
一种消除震动对增量式光学编码器测量影响的方法，采用四个光电读头，包括以下步骤(I)将四个光电读头沿指示圆光栅盘圆周均匀安置，使各读头相对于圆心成90度分布；(2)由四个光电读头经A/D转换电路及检相算法将四个读头位置处的实测叠栅条纹相位解算出来；(3)以步骤(2)得到的四个读头位置处的实测叠栅条纹相位为基础，计算出标尺圆光栅盘震动方向和震动幅度，进而求出因震动产生的 相对于理想叠栅条纹相位的误差项；(4)以步骤(3)所述误差项修正四个读头位置处叠栅条纹相位的平均值，按照修正后的平均值表达式进行计算，则基本消除了震动对叠栅条纹相位测量的影响；设指示光栅和标尺光栅具有相同的光栅常数δ，指示圆光栅半径为R，各位置读头读出的实测叠栅条纹相位分别为Pl、P2、P3和ρ4，步骤(3)所述震动方向的计算式为
权利要求
1.一种消除震动对增量式光学编码器測量影响的方法，采用四个光电读头，包括以下步骤 (1)将四个光电读头沿指示圆光栅盘圆周均匀安置，使各读头相对于圆心成90度分布； (2)由四个光电读头经A/D转换电路及检相算法将四个读头位置处的实测叠栅条纹相位解算出来； (3)以步骤(2)得到的四个读头位置处的实测叠栅条纹相位为基础，计算出标尺圆光栅盘震动方向和震动幅度，进而求出因震动产生的相对于理想叠栅条纹相位的误差项； (4)以步骤(3)所述误差项修正四个读头位置处叠栅条纹相位的平均值，按照修正后的平均值表达式进行计算，则基本消除了震动对叠栅条纹相位测量的影响； 设指示光栅和标尺光栅具有相同的光栅常数δ，指示圆光栅半径为R，各位置读头读出的实测叠栅条纹相位分别为Pl、P2、P3和Ρ4， 步骤(3)所述震动方向的计算式为
2.根据权利要求I所述的消除震动对增量式光学编码器測量影响的方法，其特征在干所述检相算法是采用正切法解算四个读头位置处的实测叠栅条纹相位。
全文摘要
本发明旨在提供一种消除震动对增量式光学编码器测量影响的方法，以解决现有技术中增量式光学编码器抗震能力差的技术问题。该方法是在现有增量式光学编码器的基础上，将光学编码器的光电读头数量增加为四个，并将四个光电读头沿指示圆光栅盘圆周均匀安置，使各读头相对于圆心成90度分布。通过四个读头和AD转换电路及检相算法将四读头位置处的叠栅条纹相位解算出来，再以该四个特定位置的相位信息为基础，计算出标尺圆光栅盘震动方向和震动幅度，从而求出该震动产生的误差项并反代入光学编码器转动引起的叠栅条纹相位变化表达式，消除震动的影响。本发明极大地降低了震动时光学编码器的检相误差，提高了存在震动时光学编码器的测量精度。
文档编号G01D5/347GK102650535SQ20111004163
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者吴易明, 朱帆 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所