第13卷增刊2005年11月光学精密工程OpticsandPrecisionEngineeringVol.13Supp.Nov.2005收稿日期:2005-07-20;修订日期:2005-09-15.文章编号1004-924X(2005)增-0076-05多圈光电轴角编码器在直线位移测量中的应用张世轶1,2,韩旭东1,艾华1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:多圈光电轴角编码器是一种适用于大量程轴角位移精密测量的光电数字测角仪,其测量范围可超过整周(360°)的几百倍,甚至上千倍。利用多圈光电轴角编码器具有分辨力高、精度高、体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了由高精度齿轮同步带传动机构与16位多圈编码器组合而成的直线位移测量系统,并对系统的测长精度进行了检定。实验结果表明,修正后的系统测长误差低于0.065mm,可满足中低精度的工业测量要求。关键词:多圈编码器;轴角编码器;直线位移;长度测量中图分类号:TN762文献标识码:AApplicationofmulti-turnphotoelectricrotaryencoderinlengthmeasurementZHANGShi-yi1,2,HANXu-dong1,AIHua1(1.ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China;2.GraduateSchool,ChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China)Abstract:Asmoderndigitalphotosensor,multi-turnphotoelectricrotaryencoderhasmuchtechnicalsuperiorityinmeasuringmechanicalshaftangledisplacementsuchashigherprecision,higherresolu-tion,largermeasuringscale(farmorethan360°)anddigitaloutput.Anewlong-distancelineardis-placementmeasuringsystemisdesignedbyutilizingone16-bitmulti-turnopticalencoderandthemechanismcomprisedthegearingwheelsandtheconveyorbelt.Theexperimentalresultsprovethatthecorrectedsystemicerrorscanbediminishedinlessthan0.065mmandtheindustrialmeasurementwithmediumandlowaccuracyrequirementscanbemetentirely.Keywords:rotaryencoder;multi-turnencoder;lineardisplacement;lengthmeasurement1引言光电轴角编码器,亦称光电角位置传感器,是集光、机、电为一体的数字测角装置,由于它具有高精度、高分辨力、高频响,并且体积小、重量轻、可实现数字量输出等优点,被广泛应用于工业、军事、航空、机器人等各领域的自动化精密角位置测量系统中[1]。多圈光电轴角编码器(以下简称多圈编码器),是在常规光电轴角编码器的基础上研制和开发的,是国内近几年出现的新型光电轴角编码器。常规的光电轴角编码器只有1个码盘(主光栅),只能测量1个圆周内(0°<θ≤360°)的绝对角度值;而多圈编码器具有2个以上的码盘,在记录单圈信息的同时,还能记录旋转轴转过的总圈数,因此可实现大量程(超过360°)轴角绝对测量。由于多圈编码器只能直接记录角度值,而为了满足大行程直线位移测量要求,采用机械手段将多圈编码器与高精度齿轮同步带传动机构组合并用,可将长度测量化为角度测量,既能实现高精度测量,又兼顾大量程计量要求,在工业精密测量中具有一定的实用价值。2多圈编码器工作原理2.1基本结构多圈编码器与常规编码器的主体结构是相同的,其内部主要由光源、准直系统、光栅付(玻璃码盘和狭缝)、光电接收器、电子处理电路、轴系及相应的机械部件等组成,外部有金属保护壳和数据线接口,能直接与计算机或数显设备连接,可以实现动态实时测量[1-2]。图1所示是编码器的基本结构。码盘上有n圈同心码道(见图2),码道上均匀分布着“透光”和“不透光”的区域,作为输入信号的“0”、“1”,码盘随主轴同步旋转,其他组件相对轴系不动。当主轴任意转过微小的位移时,由于码盘与狭缝之间的相对运动,会在光栅付的后面形成明暗交错变化的莫尔条纹[3-4],光电接收器将这一变化的光信号转换成电信号,再经电子处理后以二进制代码的形式输出(见图3)。由于莫尔条纹对光栅栅距有放大作用[5],而且每个角度都唯一对应一组二进制代码,因此利用光电轴角编码器可实现轴角绝对位置的精密测量。图1编码器基本结构图Fig.1Basicstructureofencoder图28位绝对式码盘Fig.28-bitabsolutecodedisk图3输出二进制代码Fig.3Binarycodeoutput2.2多圈编...
