高分辨力面阵图像式光电编码器的测角技术

为实现面阵图像式光电编码器的小型化及高分辨力,研究了面阵图像式光电编码器的码盘编码和基于图像处理技术的精码细分算法。首先根据光电编码器的性能指标要求设计相应的码盘尺寸;然后通过图像传感器采集随轴系转动的码盘图样;微处理器接收图像数据,通过图形识别算法得到粗码角度,并采用改进的基准线质心算法,计算亚像素级的精码角度信息。最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据。实验结果表明,设计码盘直径为45 mm的面阵图像式光电编码器,在不配备光学镜头的前提下,采用研究的精码细分技术,可实现4 096份细分,测角分辨力达到5″,角度误差峰峰值为61″。该面阵图像式光电编码器和精码细分技术可以提高编码器的分辨力,缩小编码器体积,减轻重量。适用于航空航天领域对小型化光电编码器的需求。

质心算法检测图像式光电编码器偏心误差

为了研究偏心误差对图像式光电编码器精度的影响,借助数字图像处理技术对编码器的码盘偏心误差进行检测.首先采用改进的图像灰度质心检测算法,得到偏心误差最大区域和最小区域的码道;然后分别在2个区域对基准线位置偏差进行曲线拟合,以此求得偏心误差的大小.实验结果表明,由显微镜观测法证实偏心约为0.020 mm的码盘偏心误差,采用图像质心检测算法对码盘偏心误差的检测精度约为3.31个像素(约为19.86μm).采用该方法可在图像式光电编码器的使用过程中随时对其偏心误差进行检测,为研究偏心误差补偿方法提供数据依据.

图像式光电编码器高分辨力细分算法及误差分析

为实现高分辨力角位移测量,提出了一种基于线阵图像探测器的角度细分方法。为消除安装调试时图像探测器与圆心距离变化产生的影响,提出了一种具有较强适应性的高分辨力细分算法;建立了该细分算法的数学模型,并进行了误差分析。根据实际应用,建立了由码盘偏心和图像探测器安装角度引起误差的模型,并分析许多因素对细分算法的影响;根据误差分析结果,给出了减小图像式光电编码器细分误差的建议。结果表明,在码盘圆周刻划线数大于或等于128时,细分算法的误差较小,可以被忽略。研究结果可为研制小型图像式光电编码器提供理论依据。

图像式光电编码器的测角技术及其硬件实现

为提高光电编码器的分辨力,并缩小体积,提出一种基于图像处理技术的面阵图像式光电编码器。根据光电编码器的性能指标要求设计了光学码盘;然后,通过互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器采集旋转码盘的图案,由复杂可编程逻辑控件(CPLD),数字信号处理器(DSP)组成的处理电路接收图像数据,通过图形识别算法得到粗码角度,并采用改进的基准线质心算法,计算亚像素级的精码角度信息。最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据。实验结果表明,设计码盘直径为45mm的图像式光电编码器,在不配备光学镜头的前提下,采用精码细分技术,可实现4096份细分,测角分辨力达到5″,角度测量误差峰峰值为51″。且改进质心算法能有效地抑制噪声,提高测量精度。该图像式编码和精码细分技术可以提高编码器的分辨力,缩小编码器体积,减轻重量。满足航空航天领域对小型化光电编码器的需求。