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新型光电编码器关键技术的研究

【摘要】:光电编码器是一种以高精度计量光栅为检测元件,将输入的角位置信息通过 光电转换转化成相应的数字代码的传感器,其具有分辨率高、测量范围广、精度 高、使用可靠、易于维护、结构简单等优点,且有很高的性价比,已普遍应用于 雷达、光电经纬仪、精密测角装置、机器人、数控机床以及高精度闭环调速系统 中,是自动化设备中非常理想的角度传感器。随着工业自动化、航空航天技术的飞速发展,对光电编码器精度和环境适应 性的要求也越来越高。要求其具有耐高温、防震动、抗冲击、耐腐蚀等能力,并 能在恶劣的环境下正常运行。而目前光电编码器的码盘材料主要是玻璃、金属、 菲林胶片,不能同时满足以上要求。本文在分析了传统光电编码器工作原理和机械结构的基础上,指出了传统光 电编码器的局限性,通过分析新型光学树脂材料特别是聚甲基丙烯酸甲酯(简称 PMMA)、聚碳酸酯(简称PC)、聚苯乙烯(简称PS)的光学特性,在研究现有 光刻复制工艺的基础上,采用新型制作技术制作出基于PC树脂材料的码盘。为了提高系统的可靠性,论文对基于PC材料码盘的光电编码器的几个关键技 术进行了重点分析研究,研究了光束准直度对光电编码器精度、抗震性、径向力 以及轴向力等特性的影响;对基于光学树脂材料的码盘的工艺制造过程以及码盘 与狭缝的图案设计进行了研究,改进了传统的编码理论,采用改进的矩阵编码来 进行编码;同时分析了狭缝间隙与测量精度之间的关系,确定最适合系统的狭缝 宽度。论文最后设计了基于PC材料的新型码盘以及光电编码器系统,实现了光电编 码器的光学系统、信号采集系统和数据传输系统的硬件设计,并对信号处理、数 据传输的软件部分进行了编写。同时展示了实验成果,并对结果进行了分析,提 出了改进的方案。

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