用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法与流程

本发明涉及电机控制技术领域，特别是指一种用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法。

背景技术：

红外接收或发射灯管在生产加工的过程中，由于生产设备的不精确或者是人为操作失误导致红外灯管的灯杯出现位置的偏移，致使红外灯管接收或发射的角度不对称。

在大型触摸显示屏和电子白板对红外灯管进行应用时，对红外灯管的角度要求很高，虽然红外灯管的正负相加的角度满足要求，但是由于红外灯管接收或发射角度的不对称，也会使大型触摸显示屏和电子白板的产品不良。为了测量红外灯管的不对称性，特别在设备上应用测量物理中心以及角度测量的方法，确定红外灯管灯杯是否有偏移。

参照附图1a-1c，公开了一种用于测量红外管物理中心以及收发角度的测试仪器，包括旋转台、固定台、从机1、从机2、主控板、驱动系统、台座和上位机；台座用于安装和固定其他部件；驱动系统包括控制器和马达，控制器连接到主控板，用于对马达的转向、转速和转停进行控制；旋转台和固定台分别设置在台座的两端，二者之间间隔有一定距离，固定台用于安装标准管，旋转台用于安装待测管，旋转台紧固连接到电机的输出轴上，电机安装在台座的空腔里——电机旋转时，可带动旋转台一起旋转；从机1和从机2分别连接到标准管和待测管，从机1和从机2同时连接到主控板，主控板连接到上位机，上位机内安装有控制模块和显示模块；控制模块用于对驱动系统、从机1、从机2进行控制，显示模块用于显示测试数据。

下面以待测管是接收管为例说明测试过程。在上位机上配置好参数(发射功率、电机转动步长等)；上位机软件通过USB线给主控板发出相应的工作命令；设备进入工作状态；主控板控制发射管的导通与关闭，发射管导通时会产生一个电压信号，该电压信号经过运放处理后传送给与之相连的从机，再由从 机进行数模转换后，发送给主控板；接收管接收到发射管发出的红外线时产生一个电压信号，该信号经过运放后再传给与之相连的从机，由从机进行数模转换后，再发送给主控板；主控板在协调上述步骤的同时，还控制同步电机的转动。电机每转动一步(步长比如为一个单位时间转动0.2度)，进行一次数据采集；然后由主控板把数据传给传给上位机，上位机按照用户需要的形式显示数据。待测管是发射管时，反之同理。

通过上述的测试过程可以看出，此系统可以连续的、以不同的发射角度或接收角度对发射管或接收管进行测试，并可以对发射管的发射强度进行调整；相比现有装置，既方便了使用，提高了精度，又简化了测试步骤，还可以灵活的适应不同厂家的的企业标准。

上述测试装置，因为电机与旋转盘的连接部位之间存在机械间隙，导致存在机械迟滞误差。此外，电机还容易发生丢步和越步的情况，导致测量结果的偏差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法，能够消除红外管物理中心及角度测量中的误差，测量结果精确。

基于上述目的本发明提供的用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法，其测试装置包括装载待测红外管的旋转盘和用于驱动旋转盘旋转的电机，所述电机的输出轴与旋转盘连接，所述旋转盘的盘面上设置有用于触发传感器的旋转盘指针；所述纠偏方法包括：

测量开始时，控制所述电机从当前位置向第一目标旋转方向的相反方向旋转5～10°后回转，回转过程使得电机输出轴与旋转盘之间的第一目标旋转方向一侧的间隙被消除；

电机输出轴带着旋转盘继续沿第一目标旋转方向旋转，当旋转盘指针随着旋转盘的旋转回到起始位置时，旋转盘指针触发起始位置处的第一传感器，第一传感器向控制主板输出高电平，通知其从当前时刻起，控制主板接收到的数据为第一有效数据；

电机继续沿第一目标旋转方向旋转90°后到达第一目标位置，完成第一有效数据的采集；

电机继续沿第一目标旋转方向旋转5～10°后回转，此时的回转方向为第 二目标旋转方向，回转过程使得电机输出轴与旋转盘之间的第二目标旋转方向一侧的间隙被消除；

电机输出轴带着旋转盘继续沿第二目标旋转方向旋转，当旋转盘指针随着旋转盘的旋转回到第一目标位置时，旋转盘指针触发第一目标位置处的第二传感器，第二传感器向控制主板输出高电平，通知其从当前时刻起，控制主板接收到的数据为第二有效数据；

电机继续沿第二目标旋转方向旋转180°后到达第二目标位置，完成第二有效数据的采集；

电机继续沿第二目标旋转方向旋转5～10°后回转，此时的回转方向为第三目标旋转方向，回转过程使得电机输出轴与旋转盘之间的第三目标旋转方向一侧的间隙被消除；

电机输出轴带着旋转盘继续沿第三目标旋转方向旋转，当旋转盘指针随着旋转盘的旋转回到第二目标位置时，旋转盘指针触发第二目标位置处的第三传感器，第三传感器向控制主板输出高电平，通知其从当前时刻起，控制主板接收到的数据为复位数据；

电机继续沿第三目标旋转方向旋转90°后回到起始位置，完成电机复位并停止；

从而完成一个周期的测试。

在一些实施方式中，为了防止电机丢步，所述纠偏方法还包括：

在额定电流范围内适当加大驱动电流；在高频范围转矩不足时，适当提高驱动电路的驱动电压；或这，改用转矩大的步进电机，从而使电机本身产生的电磁转矩增大；

和/或，适当降低电机运行频率，以便提高电动机的输出转矩；或者，设定较长的加速时间，以便转子获得足够的能量，从而使电机需要克服的转矩减小。

在一些实施方式中，为了防止电机越步，所述纠偏方法还包括：

减小电机的驱动电流，以便降低步进电机的输出转矩。

在一些实施方式中，为了防止电机丢步和越步，所述纠偏方法还包括：

通过控制电机完成一个加速和减速过程，即以较低的速度起动，而后逐渐加速到某一速度运行，再逐渐减速直至停止，从而保证电机可靠、高效、精确地运行。

在一些实施方式中，为了防止电机越步，所述纠偏方法还包括：

适当减小电机的驱动电流；或者，采用细分驱动方法、阻尼方法、或机械阻尼法，从而有效消除电动机振荡，避免失步现象发生。

从上述实施方式可以看出，本发明提供的用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法，通过控制电机在测试有效数据之前进行反向旋转，从而消除目标位置处因电机输出轴与旋转盘之间的间隙而产生测量误差，从而能够达到精确测试红外灯管物理中心及其收发角度；此外，还提供了电机丢步与越步的解决方案，更好地完成测量数据的纠偏。

附图说明

图1a为现有的用于测量红外管物理中心以及收发角度的测试仪器的结构示意图；

图1b为现有的用于测量红外管物理中心以及收发角度的测试仪器的旋转台的结构示意图；

图1c为现有的用于测量红外管物理中心以及收发角度的测试仪器的固定台的结构示意图；

图2为本发明提供的用于红外管物理中心以及角度测量中的纠偏方法的实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的用于红外管物理中心以及角度测量中的纠偏方法的实施例中旋转盘指针的转动轨迹示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

机械间隙不可避免，只能是消除间隙带来的错误数据。间隙带来的误差只是产生在一个方向上转动的起始位置。如果电机是正向转动，那必须让电机反向转到一定角度，再正向转动，利用传感器来判断起始位置。这样就可以消除间隙迟滞带来的影响。

参照附图2和附图3，分别为本发明提供的用于红外管物理中心以及角度测量中的纠偏方法的实施例的流程示意图以及实施例中旋转盘指针的转动轨迹示意图。

所述用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法，其测试装置包括装载待测红外管的旋转盘和用于驱动旋转盘旋转的电机，所述电机的输出轴与旋转盘连接(可参照附图1a-1c中的旋转盘与电机输出轴之间的连接结构)，所述旋转盘的盘面上设置有用于触发传感器的旋转盘指针(由图3中竖直的粗直线表示)；结合图3中的表示旋转盘指针路径的曲线，所述纠偏方法包括：

步骤101：测量开始时，控制所述电机从当前位置A向第一目标旋转方向的相反方向(图3中的逆时针方向)旋转5～10°(图3中，旋转盘指针从位置A转到位置B)后回转(图3中，旋转盘指针从位置B向位置C转动)，回转过程让电机输出轴的左侧面与旋转盘紧贴，使得电机输出轴与旋转盘之间的第一目标旋转方向一侧(图3中旋转盘指针的左方)的间隙被消除；

步骤102：电机输出轴带着旋转盘继续沿第一目标旋转方向(图3中的顺时针方向)旋转，当旋转盘指针随着旋转盘的旋转回到起始位置C时，旋转盘指针触发起始位置C处的第一传感器，第一传感器向控制主板输出高电平，通知所述控制主板从当前时刻(触发时刻)起，控制主板接收到的数据是有效的数据，且定义为第一有效数据；

步骤103：电机继续沿第一目标旋转方向旋转90°后到达第一目标位置D，意味着红外灯管随着旋转盘从0°转到了-90°，旋转盘指针触发第一目标位置D处的第二传感器，通知控制主板完成第一有效数据的采集；

步骤104：电机继续沿第一目标旋转方向旋转5～10°(图3中位置D转到位置E)后回转(图3中从位置E向位置F转)，此时的回转方向为第二目标旋转方向(图3中逆时针方向)，同理，回转过程使得电机输出轴与旋转盘之间的第二目标旋转方向一侧的间隙被消除；

步骤105：电机输出轴带着旋转盘继续沿第二目标旋转方向旋转，当旋转盘指针随着旋转盘的旋转回到与第一目标位置D位于相同位置的位置F时，旋转盘指针再次触发第一目标位置D处的第二传感器，第二传感器向控制主板输出高电平，通知其从当前时刻起，控制主板接收到的数据为第二有效数据；

步骤106：电机继续沿第二目标旋转方向旋转180°后到达第二目标位置H(途经与起始位置C相同位置的位置G，可同时同通过第一传感器的触发通 知控制主板此时旋转盘指针经过了起始位置)，意味着红外灯管从-90°转到了90°，旋转盘指针触发第二目标位置H处的第三传感器，通知控制主板完成第二有效数据的采集；

步骤107：电机继续沿第二目标旋转方向旋转5～10°(图3中位置H到位置J)后回转(图3中从位置J向位置K转)，此时的回转方向为第三目标旋转方向(图3中的顺时针方向)，同理，回转过程使得电机输出轴与旋转盘之间的第三目标旋转方向一侧的间隙被消除；

步骤108：电机输出轴带着旋转盘继续沿第三目标旋转方向旋转，当旋转盘指针随着旋转盘的旋转回到与第二目标位置H位于相同位置的位置K时，旋转盘指针触发第二目标位置H处的第三传感器，第三传感器向控制主板输出高电平，通知其从当前时刻起，控制主板接收到的数据为复位数据；

步骤109：电机继续沿第三目标旋转方向旋转90°后回到与起始位置C相同位置的位置L，完成电机复位并停止，位置L为电机复位结束停止处，为了避免电机转出范围使电机损坏；

步骤110：完成一个周期的测试。

其中，当电机转到起始位置(0°)处传感器的位置时，传感器给主板一个高电平信号，假设电机经过转动了k步，此时电平还为高，而电机再转动k+1步，此时电平为低电平，则k/2步处AD采集的数据为0度的读数。精确读取正负90度也是同理。

进一步的，电机(特别是步进电机)正常工作时，每接收一个控制脉冲就移动一个步距角，即前进一步，若连续地输入控制脉冲，电机就相应地连续转动。步进电机失步包括丢步和越步。丢步时，转子前进的步数小于脉冲数；越步时，转子前进的步数多于脉冲数。一次丢步和越步的步距数等于运行拍数的整数倍。丢步严重时，将使转子停留在一个位置上或围绕一个位置振动，越步严重时，将发生过冲。

转子的加速度慢于步进电机的旋转磁场，即低于换相速度时，步进电机会产生失步。这是因为输入电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法使转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起失步。由于步进电机的动态输出转矩随着连续运行频率的上升而降低，因而，凡是比该频率高的工作频率都将产生丢步。这种失步说明步进电机的转矩不足，拖动能力不够。因此，为了防止电机丢步，在一些可选实施方式中，所述纠偏方法还包括：

在额定电流范围内适当加大驱动电流；在高频范围转矩不足时，适当提高驱动电路的驱动电压；或这，改用转矩大的步进电机，从而使电机本身产生的电磁转矩增大；

和/或，适当降低电机运行频率，以便提高电动机的输出转矩；或者，设定较长的加速时间，以便转子获得足够的能量，从而使电机需要克服的转矩减小。

此外，转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度，这时定子通电励磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，使得步进电机产生的输出转矩增大，从而使电动机越步。当用步进电机驱动那些使负载上、下动作的机构时，更易产生越步现象，这是因为负载向下运动时，电动机所需的转矩减小。因此，为了防止电机越步，在一些可选实施方式中，所述纠偏方法还包括：

减小电机的驱动电流，以便降低步进电机的输出转矩。

由于步进电机自身及所带负载存在惯性，使得电动机在工作过程中不能立即起动和停止，而是在起动时出现丢步，在停止时发生越步。因此，在一些可选实施方式中，为了防止电机丢步和越步，所述纠偏方法还包括：

通过控制电机完成一个加速和减速过程，即以较低的速度起动，而后逐渐加速到某一速度运行，再逐渐减速直至停止，从而保证电机可靠、高效、精确地运行。

共振也是引起越步的一个原因。步进电机处于连续运行状态时，如果控制脉冲的频率等于步进电机的固有频率，将产生共振。在一个控制脉冲周期内，振动得不到充分衰减，下一个脉冲就来到，因而在共振频率附近动态误差最大并会导致步进电机越步。因此，为了防止电机越步，在一些可选实施方式中，所述纠偏方法还包括：

适当减小电机的驱动电流；或者，采用细分驱动方法、阻尼方法、或机械阻尼法，从而有效消除电动机振荡，避免越步现象发生。

此外，当电机存在丢步时会影响灯管测试夹具的角度测量精度。控制好丢步和越步的最小误差，就控制了测量角度的精度。而其夹具的主板与电脑的上位机相连，通过USB上传的数据最好是固定不变，这样给软件工程师减少了很多麻烦。假设理想状态是电机有效数据总步数为N步。当在实际测量时电机转到C处是丢了K步，那么实际有效数据的总步数为N+K步。控制好K 就控制了测量角度应为失步而产生的误差，当失步的步数大于K，设备进行自动从新测量来提高精度。所以夹具要上次N+K个有效数据组。当实际步数小于N+K步数时用零来补充到N+k个数据。

从上述实施方式可以看出，本发明提供的用于红外管物理中心及角度测量中的纠偏方法，通过控制电机在测试有效数据之前进行反向旋转，从而消除目标位置处因电机输出轴与旋转盘之间的间隙而产生测量误差，从而能够达到精确测试红外灯管物理中心及其收发角度；此外，还提供了电机丢步与越步的解决方案，更好地完成测量数据的纠偏。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。