CN117168508A - 一种多圈编码器重复性测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种多圈编码器重复性测量方法，包括以下步骤：搭建编码器角度采集系统，采集编码器角度值；将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集；根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差；根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差。本发明解决了如何准确且快速的对编码器重复性进行测量并输出结果的技术问题。

Description

一种多圈编码器重复性测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种多圈编码器重复性测量方法。

背景技术

在许多工程和科学领域中，编码器是一种重要的设备，用于测量旋转速度、位置或方向。特别是在高精度控制系统中，编码器的精度和稳定性对于系统的性能至关重要。编码器常见分为两类，一类为增量式编码器，另一类为绝对式编码器。一般将传感器特性分为动态特性和静态特性，静态特性是指传感器在工作时的输入输出特性，传感器的输入量恒定或缓慢变化时，输出量也达到稳态，此时输出量与输入量成确定的函数关系；而重复性为静态特性中极为重要的一个参数，重复性是指输入量从同一方向作满量程连续多次重复测量时，输出量相互偏离的程度。然而，现有的编码器重复性测量方法往往需要复杂的操作步骤，且可能受到环境因素的影响，导致测量结果的不准确。因此，存在对一种简单、准确、可靠的多圈编码器重复性测量方法的需求。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种多圈编码器重复性测量方法，旨在解决如何准确且快速的对编码器重复性进行测量并输出结果的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种多圈编码器重复性测量方法，其中，所述多圈编码器重复性测量方法包括以下步骤：

S1、搭建编码器角度采集系统，采集编码器角度值；

S2、将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集；

S3、根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差；

S4、根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差。

优选方案之一，所述步骤S2将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集，具体为：

设定编码器全量程N，并将所述编码器全量程以第一角度的整数倍P为单位等量分成N/P份；

编码器以第一角度乘以P为单位角度进行编码器角度值采集与标记，得到包含N/P个校准点的编码器角度数据集；

重复上述步骤，得到n组满量程的编码器角度数据集。

优选方案之一，所述编码器将全量程以360°的整数倍P为单位等量分成N/P份。

优选方案之一，所述编码器以第一角度乘以P为单位角度对编码器同一方向角度值进行采集与标记。

优选方案之一，所述步骤S3根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差，具体为：

获取若干组满量程的编码器角度数据集中对应校准点的最大角度值和最小角度值，将所述最大角度值与最小角度值作差，得到包含N/P个校准点的最大角度差值数据集。

优选方案之一，所述步骤S3还包括：根据最大角度差值数据集，计算最大角度差值数据集中的最大重复性角度。

优选方案之一，所述步骤S4根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差，具体为：

其中，γ_R为重复性误差，α为置信概率系数，S_i为可用样本标准差，Y_FS为满量程。

优选方案之一，所述置信概率系数α∈[2,3]。

优选方案之一，所述可用样本标准差为：

其中，y_ij为第i个校准点上的第j个最大角度差值，i＝1,2,...,N/P，j＝1,2,...,n，为第i个校准点上一组角度值的算术平均值。

优选方案之一，所述算术平均值为：

本发明的上述技术方案中，该多圈编码器重复性测量方法包括：搭建编码器角度采集系统，采集编码器角度值；将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集；根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差；根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差。本发明通过对编码器角度值离散化，取值离散化程度越密，重复性计算结果越准确，通过获取编码器各校准点的最大角度差计算编码器的重复性误差，可实现对编码器重复性进行精确性计算，本发明解决了如何准确且快速的对编码器重复性进行测量并输出结果的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种多圈编码器重复性测量方法的示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1，根据本发明的一方面，本发明提供一种多圈编码器重复性测量方法，其中，所述多圈编码器重复性测量方法包括以下步骤：

S1、搭建编码器角度采集系统，采集编码器角度值；

S2、将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集；

S3、根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差；

S4、根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差。

具体地，在本实施例中，所述多圈编码器采用绝对式编码器，所述绝对式编码器的量程用圈数表示，轴旋转一周360°即为一圈，所述多圈编码器包括16圈、256圈、4096圈等，本发明不进行具体限定。

具体地，在本实施例中，所述编码器角度采集系统包括信号发生器、驱动器、步进电机、PC端上位机、直流电源供电装置、编码器系统装置、通信转换器和PC端下位机，所述编码器角度采集系统本发明不进行具体限定，具体采用常规技术手段即可；所述信号发生器、驱动器、步进电机组成编码器前端的驱动系统，通过PC端上位机输出编码器角度值，并加上精度相当于被测编码一个数量级的标准编码器做标定，所述被测编码器与标准编码器同轴设置，所述标准编码器可用于检测被测编码器是否稳定安装，也即所述标准编码器可用于检测被测编码器角度值输出是否异常。

具体地，在本实施例中，所述步骤S2将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集，具体为：

设定编码器全量程N，并将所述编码器全量程以第一角度的整数倍P为单位等量分成N/P份；

编码器以第一角度乘以P为单位角度进行编码器角度值采集与标记，得到包含N/P个校准点的编码器角度数据集；

重复上述步骤，得到n组满量程的编码器角度数据集。

具体地，在本实施例中，所述编码器将全量程以360°的整数倍P为单位等量分成N/P份。

具体地，在本实施例中，所述编码器以第一角度乘以P为单位角度对编码器同一方向角度值进行采集与标记。

具体地，在本实施例中，以4096圈编码器为例进行重复性测量，采用静态测试方法，也即将编码器角度值离散化，全量程N为4096，将全量程4096以360°的整数倍P为单位分成4096/P，编码器每旋转一个单位的角度，稍作停留，输出一个角度值，本发明以P＝1为例进行说明，也即编码器以360°为单位角度进行编码器角度值采集与表计，得到包含4096个校准点的编码器角度数据集，重复上述步骤，本发明进行三次同一方向测量，得到三组满量程的编码器角度数据集。

具体地，在本实施例中，所述步骤S3根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差，具体为：获取若干组满量程的编码器角度数据集中对应校准点的最大角度值和最小角度值，将所述最大角度值与最小角度值作差，得到包含N/P个校准点的最大角度差值数据集。

具体地，在本实施例中，将得到的三组满量程的编码器角度数据集A＝{a₁,a₂,...,a₄₀₉₆}，B＝{b₁,b₂,...,b₄₀₉₆},C＝{C₁,C₂,...,C₄₀₉₆}，取编码器角度数据集A、B、C中每一校准点中的最大角度值和最小角度值，将所述最大角度值与最小角度值作差，计算得到4096个校准点的最大角度差值，根据所述最大角度差值数据集，计算最大角度差值数据集中最大重复性角度，记为θ_max。

具体地，在本实施例中，由于重复性反映的是编码器的随机误差，重复性取自4096个校准点，按照随机误差的实际概率分布，用各个校准点的标准偏差S表示重复性比较合理，可弥补只求最大重复性角度的不足，对于容量足够的测试数据样本，得到的最大角度差值相对于均值呈现正态分布，也即4096个校准点的最大角度差值呈现正态分布，即用样本的标准差估计总体的正态分布，重复性为虽误差在一定置信概率下的极值，以F.S表示；所述步骤S4根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差，具体为：

其中，γ_R为重复性误差，α为置信概率系数，S_i为可用样本标准差，Y_FS为满量程；所述置信概率系数α∈[2,3]。

具体地，在本实施例中，所述可用样本标准差为：

其中，y_ij为第i个校准点上的第j个最大角度差值，i＝1,2,...,N/P，j＝1,2,...,n，为第i个校准点上一组角度值的算术平均值。

具体地，在本实施例中，所述算术平均值为：

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建编码器角度采集系统，采集编码器角度值；

S2、将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集；

S3、根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差；

S4、根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差。

2.根据权利要求1所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述步骤S2将编码器角度值离散化，得到若干组满量程的编码器角度数据集，具体为：

设定编码器全量程N，并将所述编码器全量程以第一角度的整数倍P为单位等量分成N/P份；

编码器以第一角度乘以P为单位角度进行编码器角度值采集与标记，得到包含N/P个校准点的编码器角度数据集；

重复上述步骤，得到n组满量程的编码器角度数据集。

3.根据权利要求2所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述编码器将全量程以360°的整数倍P为单位等量分成N/P份。

4.根据权利要求2所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述编码器以第一角度乘以P为单位角度对编码器同一方向角度值进行采集与标记。

5.根据权利要求2所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述步骤S3根据若干组满量程的编码器角度数据集，计算编码器各校准点的最大角度差，具体为：

获取若干组满量程的编码器角度数据集中对应校准点的最大角度值和最小角度值，将所述最大角度值与最小角度值作差，得到包含N/P个校准点的最大角度差值数据集。

6.根据权利要求5所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：根据最大角度差值数据集，计算最大角度差值数据集中的最大重复性角度。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述步骤S4根据编码器各校准点的最大角度差，计算编码器的重复性误差，具体为：

其中，γ_R为重复性误差，α为置信概率系数，S_i为可用样本标准差，Y_FS为满量程。

8.根据权利要求7所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述置信概率系数α∈[2,3]。

9.根据权利要求7所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述可用样本标准差为：

其中，y_ij为第i个校准点上的第j个最大角度差值，i＝1,2,...,N/P，j＝1,2,...,n，为第i个校准点上一组角度值的算术平均值。

10.根据权利要求9所述的一种多圈编码器重复性测量方法，其特征在于，所述算术平均值为：