CN113566856A - 精码相位调整的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精码相位调整方法，具体为：使待采集的正弦路精码信号和余弦路精码信号的幅值相等；正向旋转光电编码器采集正弦路精码信号和余弦路精码信号，并获得粗码值；根据预设条件判断，以正弦路精码信号或余弦路精码信号作为基准信号，求得不产生偏差情况下的相位和实际采集相位间的相位差；根据相位差通过计算获得相位值后通过查细分表得精码细分值；将精码细分值和获得的粗码值进行粗精结合后，获得光电编码器的二进制角度值并输出。本发明公开的精码相位调整方法采用直接通过计算得到的相位差可量化，精度高数据可靠。且采用计算相位差的方式替代传统手动调整，在工作时仅需操作软件界面无需动手，大幅度提高调试效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电编码器技术领域，具体涉及一种精码相位调整方法。
背景技术
光电编码器又称为光电角位置传感器，是一种集光、机、电一体的数字测角装置。利用光栅衍射原理实现位移-数字变换，通过光电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲数字量的传感器。具有体积小，精度高，工作可靠，接口数字化等优点。广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。从测量的原理上分光电编码器可分为：图像式和莫尔条纹式；莫尔条纹式光电编码器具有频率响应快，工作稳定可靠和精度高等优点，在目前的光电编码器市场份额中占主要地位。
莫尔条纹式光电编码器通常采用发光光电二极管和接收光电二极管分立元件作为光源和探测器，因发光二极管发出光有发散角等原因，因此需要调整发光或接收二极管的焊接位置，才可满足莫尔条纹的要求，即正弦和余弦精码相位相差90°。目前主要的调整手段是人工调整，即：利用示波器等观测设备，通过精码合成相位的李萨如图形。这种方式效率低，无法量化相位合成精度低。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，本发明提供一种精码相位调整方法。
一种精码相位的调整方法，包括以下步骤：
S1、调整光电编码器精码相位调整系统中数字电位计的阻值，使待采集的正弦路精码信号和余弦路精码信号的幅值相等。
S2、正向旋转光电编码器一周，通过所述光电编码器精码相位调整系统采集所述正弦路精码信号和所述余弦路精码信号，并将所述正弦路精码信号或所述余弦路精码信号整形为方波后进行计数，根据计数结果获得所述粗码信号对应的粗码值。
S3、根据预设条件对所述正弦路精码信号、所述余弦路精码信号进行判断，以所述正弦路精码信号、所述余弦路精码信号中的一路作为基准信号，将该路基准信号的相位加90°后与不产生偏差情况下的另一路信号的相位做差得到相位差。
Δθ＝θ-θ' (1)
其中，θ为采集到的信号的相位，θ'不产生偏差情况下的相位，Δθ为相位差。
S4、根据所述相位差Δθ通过计算获得经相位偏差校正后的相位值的精码信号的相位值θΔ'，获得相位值后通过查细分表得精码细分值。
S5、将所述精码细分值和获得的所述粗码值进行粗精结合后，获得所述光电编码器的二进制相位值并输出。
进一步地，在步骤S3中，预设条件为余弦路精码信号的相位与正弦路精码信号的相位相比较，确定滞后或超前的信号作为基准信号。
进一步地，在步骤S3中的预设条件为余弦路精码信号的相位是否比正弦路精码信号的相位超前；
如果是，选取所述正弦路精码信号作为基准信号，将所述正弦路精码信号相位加90°后与所述余弦路精码信号的相位作差，得到相位差Δθ，Δθ满足公式(2)：
Δθ＝arccos(A·cosθcosθ'+A·sinθsinθ') (2)
如果否，选取所述余弦路精码信号作为基准信号，将所述余弦路精码信号相位加90°后与所述正弦路精码信号的相位作差，得到相位差Δθ，Δθ满足公式(3)：
Δθ＝arcsin(A·sinθcosθ'-A·cosθsinθ') (3)
其中，A·sinθ为采集到的所述正弦路精码信号；A·cosθ为采集到的所述余弦路精码信号；A·cosθ'为不产生偏差情况下的所述余弦路精码信号；A·sinθ'不产生偏差情况下的所述正弦路精码信号。
进一步地，在步骤S4中根据采集的余弦路精码信号计算精码信号的经相位偏差校正后的相位值的公式(4)为：
步骤S4中根据采集的正弦路精码信号计算精码信号的经相位偏差校正后的相位值的公式(5)为：
其中，A为所述正弦路精码信号和所述余弦路精码信号的幅值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明所提供的相位调整方法采用计算相位差的方式替代传统手动调整，在工作时仅需操作软件界面无需动手，大幅度提高调试效率；
2、本发明所提供的相位调整方法采用直接通过计算得到的相位差可量化，比利用示波器看李萨如图精度高数据更可靠；
3、本发明所提供的光电编码器精码相位调整系统采用数字电位计，可提高正余弦精码信号的等幅性精度，以及光电编码器精码相位调整系统的可靠性和环境适应性。
附图说明
图1是本发明实施例的光电编码器精码相位调整系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的相位调整的方法的第一流程示意图；
图3是本发明实施例的相位调整的方法的第二流程示意图；
图4是本发明实施例的光电编码器精码相位差的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的光电编码器精码相位调整系统的结构示意图，图2示出了本发明实施例的精码相位调整方法的第一流程示意图，图3示出了本发明实施例的精码相位调整方法的第二流程示意图。本发明的实施例是使用光电编码器精码相位调整系统与精码相位调整方法相配合。
实施例中的光电编码器精码相位调整系统包括：光电接收管、数字电位计、放大电路、AD转换芯片、上位机、微控制芯片，本发明提供的实施例中，当光电编码器进行转动时，光电接收管接收到莫尔条纹并将光信号转换为电流信号，电流信号经数字电位计采集后转换为电压信号，电压信号经放大电路进行放大后传送至AD转换芯片进行模数转换，经数模转换后的电压信号经串口传送至上位机进行数据处理。
上位机将接收到电压信号进行相位判断并计算相位差，上位机判断采集的正余弦路精码信号是否正确的依据为：正转时余弦路精码信号相位应比正弦路精码信号超前或滞后。将相位差经UART串口传送至微控制芯片，微控制芯片根据接收的相位差，计算得到经相位调整后的精码细分值；根据精码信号整形正方波信号获得所述粗码信号对应的粗码值；微控制芯片将粗码值和经相位调整后的精码细分值结合后，得到二进制相位值并将其输出。
光电编码器的光信号分为精码信号和粗码信号。精码信号又分为正弦路精码信号和余弦路精码信号。
本发明还提供一种精码相位调整方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、调整光电编码器精码相位调整系统中数字电位计的阻值，使待采集的正弦路精码信号和余弦路精码信号的幅值相等。
在正切法细分运算时理论上要求正弦路精码信号和余弦路精码信号是两路等幅，且相位相差90°，但实际由于发光二极管发出的光具有发散角，是非平行光，因此，正弦路精码信号和余弦路精码信号的相位相差并非90°，因此需要求出偏差的角度进行处理。
S2、正向旋转光电编码器一周，通过所述光电编码器精码相位调整系统采集所述正弦路精码信号和所述余弦路精码信号并将所述正弦路精码信号和所述余弦路精码信号整形为方波后进行计数，根据计数结果获得所述粗码信号对应的粗码值。
S3、根据预设条件对所述正弦路精码信号、所述余弦路精码信号进行判断，以所述正弦路精码信号、所述余弦路精码信号中的一路作为基准信号，将该路基准信号的相位加90°后与不产生偏差情况下的另一路信号的相位做差得到相位差；
Δθ＝θ-θ' (1)
其中，θ为采集到的信号的相位，θ'不产生偏差情况下的相位，Δθ为相位差。
S4、根据所述相位差Δθ通过计算获得不产生偏差情况下的精码信号的相位值，获得相位值后通过查细分表得精码细分值。
S5、将所述精码细分值和获得的所述粗码值进行粗精结合后，获得所述光电编码器的二进制角度值并输出。
将精码细分值和粗码值结合后得到光电编码器的二进制角度值并输出。根据输出的二进制角度值对光电编码器进行装调，无需再调整。
本发明提供一种优选实施例，预设条件为余弦路精码信号的相位与正弦路精码信号的相位相比较，确定滞后或超前的信号作为基准信号。
本发明提供一种优选实施例，步骤S3相位差Δθ的具体计算方法为：
若余弦路精码信号相位比正弦路精码信号超前，则选取正弦路精码信号作为基准信号，将正弦路精码信号相位加90°后与余弦路精码信号的相位作差，得到相位差Δθ。
本实施例中选取正弦路精码信号作为基准信号进行详述，将采集得到的正弦路精码信号和余弦路精码信号分别记为A·sinθ和A·cosθ发给上位机，将A·sinθ的相位加90°，得到A·cosθ'，A·cosθ'如公式(2)所示。
如图4所示，在正切法细分运算时理论上要求A·sinθ和A·cosθ是两路等幅，且相位相差90°，但实际由于发光二极管发出的光具有发散角，是非平行光，因此，A·sinθ和A·cosθ两路相位相差达不到90°，因此采集到的信号的相位值和不产生偏差情况下的理论值之间会产生相位差Δθ，如公式(1)、公式(2)所示。
Δθ＝θ-θ' (1)
A·cosθ'＝A·sin(90°+θ) (2)
其中，θ为采集到的信号的相位，θ'不产生偏差情况下的相位，Δθ为相位差，A·cosθ'为不产生偏差情况下的余弦路精码信号。
A·cosΔθ利用三角函数展开并整理，可得到公式(3)；
A·cosΔθ＝A·cos(θ-θ')＝A·cosθcosθ'+A·sinθsinθ' (3)
对公式(3)进行反余弦运算可得到Δθ，如公式(4)所示：
Δθ＝arccos(A·cosθcosθ'+A·sinθsinθ') (4)
其中，A·cosθ为采集的余弦路精码信号，A·sinθ为采集的正弦路精码信号，A·sinθ'为不产生偏差情况下的正弦路精码信号。
若余弦路精码信号相位比正弦路精码信号滞后，则选取余弦路精码信号作为基准信号，将余弦路精码信号相位加90°后与正弦路精码信号的相位作差，得到相位差Δθ：
Δθ＝θ-θ' (1)
A·sinθ'＝A·cos(90°+θ) (5)
A·sinΔθ利用三角函数展开并整理，可得到公式(6)：
A·sinΔθ＝A·sin(θ-θ')＝A·sinθcosθ'-A·cosθsinθ' (6)
对公式(6)进行反余弦运算可得到Δθ，如公式(7)所示：
Δθ＝arcsin(A·sinθcosθ'-A·cosθsinθ') (7)
本发明提供一种优选实施例，步骤S4中若根据采集的余弦路精码信号计算精码信号，采集的实际余弦路精码信号A·cosθ可以表示为：A·cos(θ'+Δθ)，进行展开做三角函数运算，得到公式(8)；
A·cos(θ'+Δθ)＝A·cosθ'cosΔθ-A·sinθ'sinΔθ (8)
其中，A为正弦路精码信号和余弦路精码信号的幅值。
整理公式(8)可得到公式(9)：
经相位偏差校正后的精码信号的相位值，计算公式(10)如下：
同理可知，采样单元采集的实际正弦路精码信号sinθ可以表示为：A·sin(θ'+Δθ)，进行展开做三角函数运算，得到公式(11)；
A·sin(θ'+Δθ)＝A·sinθ'cosΔθ+A·cosθ'sinΔθ (11)
整理公式(11)可得到公式(12)：
经相位偏差校正后的精码信号的相位值，计算公式(13)如下：
可以根据实际情况选择根据正弦路精码信号或余弦路精码信号作为基准信号进行运算，本发明对此不进行限定。
获得不产生偏差情况下的精码信号的相位值后通过查细分表得到的经相位调整方法调整后的精码细分值。
本发明提供的精码相位调整方法，在开始工作时只需转动编码器一周，获得精码信号后给上位机进行分析计算相位差，再通过获得的相位差进行精码信号相位值的计算并通过查表确定精码细分值，这样可以大幅度提高精码相位调整的效率。且通过本发明提供的精码相位调整方法得到的相位补偿精度比凭经验获得的精度高。
本发明所提供的精码相位调整方法同样适用于莫尔条纹式光栅尺精码相位的调整。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种精码相位的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、调整光电编码器精码相位调整系统中数字电位计的阻值，使待采集的正弦路精码信号和余弦路精码信号的幅值相等；
S2、正向旋转光电编码器一周，通过所述光电编码器精码相位调整系统采集所述正弦路精码信号和所述余弦路精码信号，并将所述正弦路精码信号或所述余弦路精码信号整形为方波后进行计数，根据计数结果获得所述粗码信号对应的粗码值；
S3、根据预设条件对所述正弦路精码信号、所述余弦路精码信号进行判断，以所述正弦路精码信号、所述余弦路精码信号中的一路作为基准信号，将该路基准信号的相位加90°后与不产生偏差情况下的另一路信号的相位做差得到相位差；
Δθ＝θ-θ' (1)
其中，θ为采集到的信号的相位，θ'不产生偏差情况下的相位，Δθ为相位差；
S4、根据所述相位差Δθ通过计算获得经相位偏差校正后的相位值的精码信号的相位值θΔ'，获得相位值后通过查细分表得精码细分值；
S5、将所述精码细分值和获得的所述粗码值进行粗精结合后，获得所述光电编码器的二进制相位值并输出。
2.根据权利要求1所述的精码相位的调整方法，其特征在于，在步骤S3中，预设条件为余弦路精码信号的相位与正弦路精码信号的相位相比较，确定滞后或超前的信号作为基准信号。
3.根据权利要求2所述的精码相位的调整方法，其特征在于，在步骤S3中的预设条件为余弦路精码信号的相位是否比正弦路精码信号的相位超前；
如果是，选取所述正弦路精码信号作为基准信号，将所述正弦路精码信号相位加90°后与所述余弦路精码信号的相位作差，得到相位差Δθ，Δθ满足公式(2)：
Δθ＝arccos(A·cosθcosθ'+A·sinθsinθ') (2)
如果否，选取所述余弦路精码信号作为基准信号，将所述余弦路精码信号相位加90°后与所述正弦路精码信号的相位作差，得到相位差Δθ，Δθ满足公式(3)：
Δθ＝arcsin(A·sinθcosθ'-A·cosθsinθ') (3)
其中，A·sinθ为采集到的所述正弦路精码信号；A·cosθ为采集到的所述余弦路精码信号；A·cosθ'为不产生偏差情况下的所述余弦路精码信号；A·sinθ'不产生偏差情况下的所述正弦路精码信号。
4.根据权利要求3所述的精码相位的调整方法，其特征在于，在步骤S4中根据采集的余弦路精码信号计算精码信号的经相位偏差校正后的相位值的公式(4)为：
步骤S4中根据采集的正弦路精码信号计算精码信号的经相位偏差校正后的相位值的公式(5)为：
其中，A为所述正弦路精码信号和所述余弦路精码信号的幅值。
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