CN208751603U - 编码器校正系统 - Google Patents

Abstract

本新型提供了一种编码器校正系统，包括基准编码器、对拖装置、数据缓存装置以及上位机；其中：被测编码器与基准编码器由所述对拖装置带动旋转；所述数据缓存装置在所述被测编码器与基准编码器同步旋转时，以相同的采样周期同时采集所述被测编码器与所述基准编码器输出的位置信号；所述上位机包括误差分析单元、拟合单元以及烧录单元，且所述误差分析单元用于根据所述位置信号生成原始误差曲线，所述拟合单元用于根据所述原始误差曲线生成校正曲线，所述烧录单元用于将所述校正曲线写入到所述被测编码器中。本新型通过将被测编码器与基准编码器对拖，并根据基准编码器的位置信号对被测编码器校正，可极大提高被测编码器的输出精度。

Description

编码器校正系统

技术领域

本新型涉及编码器领域，更具体地说，涉及一种编码器校正系统。

背景技术

随着工控技术的飞速发展，制造业产业升级的不断推进，为伺服产业的发展提供了巨大的市场。编码器作为伺服系统中的反馈器件，有效提高了伺服系统的工作精度。而绝对值编码器，因其输出的每一个位置绝对唯一、抗干扰，已经越来越广泛地应用到各种工业系统中，以进行角度、长度测量和定位控制。

高分辨率的绝对值光电编码器，由于在设计、生产、工艺等环节会产生一致性非线性误差，从而会影响其精度。

一致性非线性误差是影响编码器“绝对定位精度”与“重复定位精度”的最主要原因。以光电编码器为例，误差来源主要有微分非线性误差和积分非线性误差。微分非线性误差是存在于编码器的每个刻线之中的高频率误差，积分非线性误差为编码器一圈一次的低频率误差。

若编码器的“绝对定位精度”与“重复定位精度”数值太大，在伺服系统中会造成电机速度波动过大，影响其在某些特定场合下的正常使用。

新型内容

本新型要解决的技术问题在于，针对上述因一致性非线性误差影响绝对值编码器精度的问题，提供一种编码器校正系统。

本新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种编码器校正系统，用于对被测编码器进行校正；其特征在于，包括基准编码器、对拖装置、数据缓存装置以及上位机；其中：所述被测编码器与基准编码器由所述对拖装置带动旋转；所述数据缓存装置的输入端连接到所述被测编码器与基准编码器的输出端，并在所述被测编码器与基准编码器同步旋转时，以相同的采样周期同时采集所述被测编码器与所述基准编码器输出的位置信号；所述上位机的输入端连接到所述数据缓存装置的输出端，并根据所述数据缓存装置中的位置信号生成原始误差曲线以及根据所述原始误差曲线生成校正曲线，且所述上位机的输出端连接到所述被测编码器的输入端，并将所述校正曲线写入到所述被测编码器中。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述上位机包括误差分析单元、拟合单元以及烧录单元，且所述误差分析单元用于根据所述位置信号生成原始误差曲线，所述拟合单元用于根据所述原始误差曲线生成校正曲线，所述烧录单元用于将所述校正曲线写入到所述被测编码器中。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述原始误差曲线为由多个离散点组成的曲线，所述拟合单元提取所述原始误差曲线中的低频成分和高频成分，并根据所述低频成分插补生成积分校正曲线、根据所述高频成分插补生成微分校正曲线。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述拟合单元使用快速傅里叶变换提取所述原始误差曲线中的低频成分和高频成分。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述数据缓存装置采集的位置信号至少包括所述被测编码器与基准编码器同步旋转一周所输出位置的采样数据。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述误差分析单元包括补偿子单元和比较子单元，其中：所述补偿子单元用于根据所述数据缓存装置采集的位置信号生成补偿信号，并对所述数据缓存装置采集的被测编码器的位置信号进行补偿，以使被测编码器的位置信号与基准编码器的位置信号零点对齐；所述比较子单元，用于将零点对齐的被测编码器的位置信号与基准编码器的位置信号进行比较，获得所述原始误差曲线。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述对拖装置包括电机以及固定在所述电机的转轴上的联轴器，所述被测编码器和基准编码器分别装设到所述联轴器的同一轴向位置。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述系统还包括可编程控制器和变频器，所述上位机通过驱动所述可编程控制器来控制变频器，并由所述变频器驱动所述电机带动所述被测编码器与基准编码器同步旋转。

在本新型所述的编码器校正系统中，所述上位机包括报警单元，用于在所述烧录单元将所述校正曲线写入到所述被测编码器后，且所述被测编码器与所述基准编码器的输出位置的误差超过预设值时，输出报警信号。

本新型的编码器校正系统，通过将被测编码器与基准编码器对拖，并根据基准编码器的位置信号对被测编码器校正，可极大提高被测编码器的输出精度。

附图说明

图1是本新型编码器校正系统第一实施例的示意图；

图2时本新型编码器校正系统中上位机实施例的示意图；

图3是本新型编码器校正系统第二实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本新型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新型，并不用于限定本新型。

如图1、2所示，是本新型编码器校正系统第一实施例的示意图，该编码器校正系统可用于对被测编码器1进行校正，该被测编码器1具体可以为光电编码器、磁编码器、带Z信号的增量型编码器等。本实施例中的编码器校正系统包括基准编码器2、对拖装置3、数据缓存装置4以及上位机5，其中数据缓存装置4可以为具有高速数据存取能力的装置，上位机5则可采用个人计算机等具有较强数据处理能力的装置，在实际应用中，数据缓存装置4也可由集成到上位机5的存储装置代替。

特别地，上述基准编码器2可选用高精度绝对值编码器(例如26位，绝对定位精度±1”)。对拖装置3具体可包括电机以及联轴器，被测编码器1和基准编码器2分别装设到联轴器的同一轴向位置，即被测编码器1与基准编码器2的旋转中心在同一点上。通过该方式，可保证被测编码器1和基准编码器2的转速相同，且两者输出的角度差始终不变。

在本实施例中，被测编码器1与基准编码器2由对拖装置3带动旋转，并分别输出位置信号。上述数据缓存装置4用于在被测编码器1与基准编码器2同步旋转时，以相同的采样周期同时采集被测编码器1与基准编码器2输出的位置信号。为提高采样数据的准确性，数据缓存装置4优选在被测编码器1与基准编码器2匀速旋转时进行位置信号采集。

为保证采样点的数量，在数据缓存装置4采样时，被测编码器1与基准编码器2的转速不能太快，最好低于1000转/分。并且，该数据缓存装置4采集的位置信号至少包括被测编码器1与基准编码器2同步旋转一周所输出位置的采样数据。

上述上位机5的输入端连接到数据缓存装置4的输出端，并根据数据缓存装置4中的位置信号生成原始误差曲线以及根据原始误差曲线生成校正曲线，且上位机5的输出端连接到所述被测编码器1的输入端，并将校正曲线写入到被测编码器1中。

上位机5具体可包括误差分析单元51、拟合单元52以及烧录单元53，上述误差分析单元51、拟合单元52以及烧录单元53可由上位机5内的硬件并结合运行在上位机5的软件实现。

误差分析单元51用于根据数据缓存装置4采集的被测编码器1与基准编码器2输出的位置信号生成原始误差曲线，该原始误差曲线包含了各个采样点处被测编码器1与基准编码器2输出的位置的差，其既包含低频积分误差，同时也包含高频微分误差。具体地，数据缓存装置4所采集的被测编码器1的位置数据和基准编码器2的位置数据均为与采样点对应的离散的数据，相应地，误差分析单元51生成的原始误差曲线也为由离散的点构成的曲线。

该误差分析单元51具体可包括补偿子单元511和比较子单元512，其中：补偿子单元511用于根据数据缓存装置4采集的位置信号生成补偿信号，并对数据缓存装置4采集的被测编码器1的位置信号进行补偿，以使被测编码器1的位置信号与基准编码器2的位置信号零点对齐；比较子单元512用于将零点对齐的被测编码器1的位置信号与基准编码器2的位置信号进行比较，获得原始误差曲线。

拟合单元52用于根据上述原始误差曲线生成校正曲线，即校正曲线由多个离散的点拟合生成(例如通过多项式曲线拟合)。具体地，拟合单元52可先提取原始误差曲线中的低频成分和高频成分，然后根据提取的低频成分插补生成积分校正曲线、根据提取的高频成分插补生成微分校正曲线。特别地，拟合单元52可使用快速傅里叶变换(FTT,FastFourier transform)提取原始误差曲线中的低频成分和高频成分。在实际应用中，由于刻线之间的微分误差具有一致性，因此无需采集所有刻线内的误差。实际运用中，以1024刻线的编码器为例，提取大概50-60个周期的高频误差即可。

烧录单元53与将拟合单元52生成的校正曲线(例如可包括微分校正曲线和积分校正曲线)写入到被测编码器1中，被测编码器1的微处理器可根据上述校正曲线对每一输出位置进行校正。

上述上位机5还可包括报警单元，该报警单元用于在烧录单元53将校正曲线写入到被测编码器1后，被测编码器1和基准编码器2的输出位置的误差超过预设值时，输出报警信号，以提示被测编码器1中存在无法校正的缺陷。

如图3所示，在本新型编码器校正系统的第二实施例中，还包括可编程控制器6和变频器7，上位机5通过驱动可编程控制器6来控制变频器7，并由变频器7驱动对拖装置中的电机带动被测编码器1与基准编码器2同步旋转(较佳地为匀速)。上位机5还通过可编程控制器6获得对拖装置3的反馈信号，从而做到闭环控制电机的转速。

以上所述，仅为本新型较佳的具体实施方式，但本新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本新型的保护范围之内。因此，本新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种编码器校正系统，用于对被测编码器进行校正；其特征在于，包括基准编码器、对拖装置、数据缓存装置以及上位机；其中：所述被测编码器与基准编码器由所述对拖装置带动旋转；所述数据缓存装置的输入端连接到所述被测编码器与基准编码器的输出端，并在所述被测编码器与基准编码器同步旋转时，以相同的采样周期同时采集所述被测编码器与所述基准编码器输出的位置信号；所述上位机的输入端连接到所述数据缓存装置的输出端，并根据所述数据缓存装置中的位置信号生成原始误差曲线以及根据所述原始误差曲线生成校正曲线，且所述上位机的输出端连接到所述被测编码器的输入端，并将所述校正曲线写入到所述被测编码器中。

2.根据权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述上位机包括补偿子单元和比较子单元，其中：所述补偿子单元用于根据所述数据缓存装置采集的位置信号生成补偿信号，并对所述数据缓存装置采集的被测编码器的位置信号进行补偿，以使被测编码器的位置信号与基准编码器的位置信号零点对齐；所述比较子单元，用于将零点对齐的被测编码器的位置信号与基准编码器的位置信号进行比较，获得所述原始误差曲线。

3.根据权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述对拖装置包括电机以及固定在所述电机的转轴上的联轴器，所述被测编码器和基准编码器分别装设到所述联轴器的同一轴向位置。

4.根据权利要求3所述的编码器校正系统，其特征在于，所述系统还包括可编程控制器和变频器，所述上位机通过驱动所述可编程控制器来控制变频器，并由所述变频器驱动所述电机带动所述被测编码器与基准编码器同步旋转。

5.根据权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述上位机包括报警单元，用于在所述上位机的烧录单元将所述校正曲线写入到所述被测编码器后，且所述被测编码器与所述基准编码器的输出位置的误差超过预设值时，输出报警信号。