CN115014244B - 连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法，通过连续测量转盘光调制信号周期值，以转盘一周内的周期变化值和半周内测量周期值累计值计算偏心角度，修正了前期提出方法中转盘刻线或齿数为奇数时的计算误差；为避免±π/2倍数附近角度由于周期变化量取值误差所造成的异常转盘偏心角计算值，采用转位计算角度补偿方法。该方法作为一种低成本、高效率的全周无死角的偏心角度测量方法，为转盘类部件的偏心或同轴度的调节提供依据。

Description

连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法

技术领域

本发明属于转盘偏心角测量领域，具体地而言为一种连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法。

背景技术

转盘类部件广泛应用在机械制造、测试计量、航空航天、人工智能等领域。常见的转盘类部件主要有机械调制盘、码盘和圆光栅等。转盘类部件安装时存在其轴心或圆心与其转轴不同轴的偏心误差，直接影响转盘的工作稳定性和输出信号的精度，因此该误差的检测与调试是安装转盘类部件时必要的工作。

光电检测技术在转盘偏心等误差的检测中也有实际应用。采用光电探头测量匀速转动转盘上圆周均布的刻线或孔位置处的光调制信号，分析信号频率变化的幅度，定性地确定偏心的大小。这种方法简单，但无法获得定量的偏心值，且无法得到偏心位置，无法指导偏心调节。我们(光电检测调制周期变化量和累计值的转盘偏心误差测量方法[P].吉林省：CN110617784A,2019-12-27.)在2019年提出的基于调制周期光电检测的转盘偏心误差测量方法，该方法作为一种低成本、高效率的偏心值和偏心角度测量方法，为转盘类部件的偏心或同轴度的调节提供依据；但是实际应用中发现在计算转盘偏心角度时存在2个问题：

1、在转盘刻线或齿数n为奇数时，算法计算的转盘位置初角有-π/n的误差；

2、在±π/2倍数附近会出现较大的异常、甚至是无理值情况，成为无法准确测量的“死角”。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法，解决光电检测调制周期变化量和累计值的转盘偏心误差测量存在的误差和测量“死角”问题。

本发明是这样实现的，

一种连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法，当转盘以转轴匀速转动时，转轴的转速为f₀，单位为Hz，转轴在转盘上的投影为O；转盘的周向有n个均布的刻线或齿，转盘中心为O’；光电检测装置探头的检测线转盘上的检测位置为A，处于转盘的刻线或齿的圆周环带内，OA的距离为a；OO’与O’A的夹角为转盘位置角，初值为θ₀，OO’与OA的夹角为转盘偏心角，初值为

利用光电检测装置的探头和周期测量电路，获得转盘转动过程中的连续调制周期值T_i，i＝1,…,n；偏心角度

的计算步骤为：

(1)计算转盘一整周内周期值的变化量ΔT：

ΔT＝max(T_i)-min(T_i) (1)

其中：max()为最大值函数，min()为最小值函数；

(2)计算转盘2个半转周内对应所有刻线的周期值的累计量：

当n为偶数时：

当n为奇数时：

(3)计算2个半转周的反正弦函数变量值R_j：

其中j＝1,2；

(4)转位计算角度补偿消除转盘位置初角计算异常，若非异常，则进入步骤(5)；

(5)计算并判断转盘位置初角:

θ₀₁＝-arcsin(R₁)

或：θ₀₁＝arcsin(R₂)

或：

分别以θ₀₁以及其补角θ₀₂计算调制周期计算值T*_i1和T*_i2：

其中t＝1、2，

分别计算T*_i1和T*_i2与对应测量值T_i之差的绝对值之和，以其中较小值对应的角度为θ₀角；

(6)计算偏心位置初角

进一步地：步骤(4)采用如下步骤：

(a)异常判断：当反正弦函数变量值R的绝对值小于阈值R_Lim，判断其为异常，R_Lim在1附近取值，执行下一步，否则执行步骤(5)；

(b)周期转位取值：转盘一圈内的n个周期数据T_i进行错位转换，

T’_i＝T_i+k (8)

其中：k<n；当i+k＞n，取其除以n的余数；

(c)用周期数据T_i’依次按步骤(1)、(2)、(3)和(5)计算转盘位置初角θ*₀；

(d)角度补偿：

θ₀＝θ*₀-2kπ/n (9)

(e)执行步骤(6)计算偏心位置初角

进一步地，计算转盘一整周内周期值的变化量前还包括下列测量过程：

光电检测装置设置测量的转盘的盘齿数或刻线数n、直流电机转速f₀，计数器清0，i＝1；

根据零位检测信号是否有效判断是否开始测量，若判断有效，则计数器控制信号置有效，开始计数，进入下一步；否则，重复此步骤；

根据对应转盘上刻线或齿的起始边判断调制整周期是否结束：若i＝n，则检测结束，计数器计数值s_i上传给上位机；否则i＝i+1；计数器计数值v_i上传给上位机，计数器清0，继续测量。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明一种基于光电检测调制周期的转盘偏心角测量方法，为转盘类部件的同轴调节提供依据。提出了光电检测调制周期整周变化量和半周累计值的转盘偏心误差测量方法，修正了前期提出方法的计算误差；针对异常角度提出转位计算角度补偿的方法，避免了±π/2倍数附近角度由周期变化量取值误差所造成的较大的转盘偏心角度计算误差。该方法所用装置包括光电对管及其简单电路的探头、具有计数功能的单片机电路，是一种成本低、操作简单且效率较高的全周无死角的偏心角度测量方法，为转盘类部件的同轴度调节提供了依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的转盘存在偏心的原理图；

图2为本发明实施例提供的旋转光闸调制周期光电检测装置结构图；

图3为本发明实施例提供的方法实现流程结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，当转盘以转轴O匀速转动时，转轴O的转速为f₀，单位为Hz；转盘零件的周向有n个均布的刻线或齿，转盘中心为O’；光电检测装置探头位置为A，处于转盘的刻线或齿的圆周环带内，OA的距离为a；OO’与O’A的夹角为转盘位置角，初值为θ₀，OO’与OA的夹角为转盘偏心角，初值为

光电检测装置如图2所示，由上位机或外设、光电检测电路、旋转光闸机构三部分组成。光电检测电路通过数据通信接口或数据线和上位机或键盘和显示的外设连接，通过2个光电对管分别对准旋转光闸机构的零位销3和被测转盘检测位置4与旋转光闸机构连接，A为检测线在转盘零件的盘齿或刻线上的位置。光电检测电路由整形电路9分别与零位光电对管8和调制光电对管5连接，整形电路9经处理器单元10通过信号线与上位机11连接。旋转光闸机构由被测转盘类部件1的连接轴2与直流电机6同轴固定连接，电源线经稳流电源7与直流电机6相连，直流电机6与转盘部件的连接轴2上设有零位销3，连接轴2轴线、零位销3轴心线B与检测线在测量的初始位置(零位)三者为共面关系，安装时要保证测量零位时检测位置A在转盘一个刻线或齿的起始边上。

本发明的具体实施步骤如下，实现流程如图3所示：

a、光电检测装置设置测量的转盘零件的盘齿数或刻线数n、直流电机转速f₀，计数器清0，i＝1；

b、根据零位检测信号是否有效判断是否开始测量。若判断有效，则计数器控制信号置有效，开始计数，进入步骤c；否则，重复此步骤；

c、根据对应转盘上刻线或齿的起始边判断调制整周期是否结束：若i＝n，则检测结束，计数器计数值s_i上传给上位机，转至步骤d；否则i＝i+1；计数器计数值v_i上传给上位机，计数器清0，转至步骤b；

d、计算调制信号的周期：

其中：f_c为定时器计数频率；i＝1,2，…，n，为调制信号周期的顺序号；

e、计算被测件一整周内的周期变化量ΔT_i：

ΔT＝max(T_i)-min(T_i) (2)

其中：max和min分别为最大值、最小值函数；

f、计算转盘2个一半转周内对应所有刻线的周期值的累计量：

当n为偶数时：

当n为奇数时：

g、计算2个半周的反正弦函数变量值：

其中j＝1,2；

h、当反正弦函数变量值R的绝对值小于阈值R_Lim，判断其为异常，R_Lim在[0.9,1)内取值，若是异常进入步骤k；非异常则进入步骤i；

i、计算并判断转盘位置初角

θ₀₁＝-arcsin(R₁)

或：θ₀₁＝arcsin(R₂)

或：

分别以θ₀₁以及其补角θ₀₂计算调制周期计算值T*_i1和T*_i2：，其中，补角指的是90°与θ₀₁的差值，

其中：t＝1或2；

分别计算T*_i1和T*_i2与对应测量值T_i之差的绝对值之和，以其中较小值对应的角度为θ₀角；

j、计算偏心位置初角

k、转盘一圈内的n个周期数据T_i进行错位转换,转换后的数据T_i’为:

T’_i＝T_i+k (6)

其中：k<n；当i+k>n，取其除以n的余数；

l、用周期数据T_i’，并计算转盘位置初角θ*₀；

m、采用角度补偿：

θ₀＝θ*₀-2kπ/n (9)

n、转入步骤j计算偏心位置初角

o、结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法，其特征在于，当转盘以转轴匀速转动时，转轴的转速为f₀，单位为Hz，转轴在转盘上的投影为O；转盘的周向有m个均布的刻线或齿，转盘中心为O’；光电检测装置探头的检测线转盘上的检测位置为A，处于转盘的刻线或齿的圆周环带内，OA的距离为a；OO’与O’A的夹角为转盘位置角，初值为θ₀，OO’与OA的夹角为转盘偏心角，初值为

利用光电检测装置的探头和周期测量电路，获得转盘转动过程中的连续调制周期值T_i，i＝1,…,n；偏心角度

的计算步骤为：

(1)计算转盘一整周内周期值的变化量ΔT：

ΔT＝max(T_i)-min(T_i) (1)

其中：max()为最大值函数，min()为最小值函数；

(2)计算转盘2个0.5转周内对应所有刻线或齿的周期值的累计量：

当n为偶数时：

当n为奇数时：

(3)计算2个0.5转周的反正弦函数变量值R_j：

其中j＝1,2；

(4)转位计算角度补偿消除转盘位置初角计算异常，若非异常，则进入步骤(5)；

(5)计算并判断转盘位置初角：

θ₀₁＝-arcsin(R₁)

或：θ₀₁＝arcsin(R₂)

或：

分别以θ₀₁以及其补角θ₀₂计算调制周期计算值T*_i1和T*_i2，补角指的是90°与θ₀₁的差值：

其中t＝1、2，

分别计算T*_i1和T*_i2与对应测量值T_i之差的绝对值之和，以其中较小值对应的角度为θ₀角；

(6)计算偏心位置初角

步骤(4)采用如下步骤：

(a)异常判断：当反正弦函数变量值R_j的绝对值小于阈值R_Lim，判断其为异常，R_Lim在1附近取值，执行下一步，否则执行步骤(5)；

(b)周期转位取值：转盘一圈内的n个周期数据T_i进行错位转换，

T’_i＝T_i+k (8)

其中：k<n；当i+k>n，取其除以n的余数；

(c)用周期数据T_i’依次按步骤(1)、(2)、(3)和(5)计算转盘位置初角θ*₀；

(d)角度补偿：

θ₀＝θ*₀-2kπ/n (9)

(e)执行步骤(6)计算偏心位置初角

2.按照权利要求1所述的连续调制周期和转位补偿的转盘偏心角测量方法，其特征在于：计算转盘一整周内周期值的变化量前还包括下列测量过程：

光电检测装置设置测量的转盘的盘齿数或刻线数m、直流电机转速f₀，计数器清0，i＝1；

根据零位检测信号是否有效判断是否开始测量，若判断有效，则计数器控制信号置有效，开始计数，进入下一步；否则，重复此步骤；

根据对应转盘上刻线或齿的起始边判断调制整周期是否结束：若i＝n，则检测结束，计数器计数值s_i上传给上位机；否则i＝i+1；计数器计数值v_i上传给上位机，计数器清0，继续测量。

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