衍射型绝对式轴角编码技术研究

作     者：伍剑 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁波

授予年度：2015年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：绝对式轴角编码器 光栅 衍射 激光 细分 

摘      要：光电轴角编码器是一种采用光电技术将轴的角位置、角位移和角速度等物理量转换成相应的电脉冲信号或数字量的精密角位移传感器,被广泛应用于工业控制、精密测量、航空航天、机器人等多个领域。随着工业技术的发展,人们不断地对轴角编码器的工作性能提出更高的要求,一方面要求编码器具有更高的分辨率和测量精度,另一方面又要求编码器保持小尺寸。而传统光度型的绝对式轴角编码器很难兼具高分辨率和小尺寸。为了解决轴角编码器尺寸与分辨率之间的矛盾,本文提出了一种衍射型绝对式编码技术,该技术利用光栅衍射信号位置进行绝对编码,利用衍射信号光强进行精码细分。码盘基元由四个不同方向的光栅组成,光栅周期在一周内按照五进制格雷码变化,与激光相互作用产生光衍射现象,面阵探测器接收衍射信号后实时传送至计算机,计算机对数据进行译码处理获得角度信息。首先,根据编码原理建立了理论模型,并对编码细分信号进行了理论仿真,初步验证了方案的可行性。在此基础上,考虑已有的硬件条件,完成码盘的设计与加工,并确定了信号的处理方法。最后,搭建了绝对式衍射型编码器实验样机,其中光源为658 nm半导体激光器,码盘直径为40mm,探测器为面阵CMOS,分辨率为2048×1536,通过对衍射信号质量进行评估得到编码系统的分辨率为20.63。在实验中,引入了激光光束偏转法对编码系统进行精度测试,得到测角精度78.00,标准差为16.86。