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新型多圈旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器設(shè)計(jì)
當(dāng)前正值工業(yè)工程自動(dòng)化蓬勃發(fā)展的時(shí)期，自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展引起了對(duì)測(cè)控工具的廣泛需求。在很多大行程測(cè)量定位場(chǎng)合，如水塔水位測(cè)控，水閘開度測(cè)控等，直接使用直線測(cè)控工具非常困難，使用增量式PILZ編碼器或單圈式PILZ編碼器容易產(chǎn)生掉電信息丟失現(xiàn)象或量程不足，并且不容易重復(fù)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。

新型多圈旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器設(shè)計(jì)
為了使旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器安裝時(shí)在零位，設(shè)計(jì)了找零位裝置，該裝置包括：計(jì)算機(jī)、電子手輪、步進(jìn)電機(jī)、蝸桿、斜齒輪和磁力表座組件。斜齒輪安裝在旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器空心軸上，蝸桿安裝在磁力表座組件上。計(jì)算機(jī)根據(jù)電子手輪輸出信號(hào)，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出方向、脈沖信號(hào)，zui終驅(qū)動(dòng)PILZ編碼器空心軸旋轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)高精度光電PILZ編碼器非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差的檢測(cè)，提出了一種基于非均勻采樣的莫爾條紋光電信號(hào)分析方法。首先，利用曲線擬合的zui小二乘法將采集到的PILZ編碼器非均勻信號(hào)數(shù)據(jù)重構(gòu)出真實(shí)的信號(hào)波形。然后，根據(jù)離散傅里葉變換算法分析重構(gòu)信號(hào)，同時(shí)推導(dǎo)出信號(hào)的頻率、幅值和相位的計(jì)算表達(dá)式，運(yùn)用軟件仿真評(píng)估算法可行性。zui后，采用該方法對(duì)某21位式光電軸角PILZ編碼器精碼信號(hào)進(jìn)行分析，根據(jù)信號(hào)參數(shù)與細(xì)分誤差的關(guān)系獲得動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差，其細(xì)分極值誤差為+2.41"和-3.08".實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法利用信號(hào)重構(gòu)和傅里葉變換算法得到信號(hào)參數(shù)，真實(shí)的反應(yīng)了莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量，在PILZ編碼器非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可有效地測(cè)量動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差，為實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)PILZ編碼器精度誤差的實(shí)時(shí)檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)讀取旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器輸出信號(hào)以判斷其是否在零位。經(jīng)過粗定位、精定位兩個(gè)步驟可快捷、準(zhǔn)確地把旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器安裝在零位。為了使旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器安裝時(shí)在零位，設(shè)計(jì)了找零位裝置，該裝置包括電子手輪、步進(jìn)電機(jī)、蝸桿、斜齒輪和磁力表座組件。斜齒輪安裝在旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器的空心轉(zhuǎn)軸上；磁力表座組件依靠磁鐵吸力固定在自動(dòng)化設(shè)備上，蝸桿安裝在軸套中，該軸套被夾在磁力表座組件的彈性孔夾頭中。電子手輪輸出信號(hào)接入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)跟隨電子手輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿驅(qū)動(dòng)斜齒輪，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器空心轉(zhuǎn)軸；同時(shí)計(jì)算機(jī)讀取旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器輸出信號(hào)以判斷其是否在零位，如在零位，則立刻停止轉(zhuǎn)動(dòng)電子手輪。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：利用該裝置可方便、快捷地把旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器安裝在零位。使用多圈式PILZ編碼器通過測(cè)量轉(zhuǎn)過的圈數(shù)和角度，間接獲得直線行程及位置的方法可以解決上述問題。而目前多圈PILZ編碼器大都制造難度大，成本高，價(jià)格昂貴，使用范圍大大受到限制。通過使用高性價(jià)比的磁旋轉(zhuǎn)編碼芯片AS5045與減速裝置相結(jié)合，設(shè)計(jì)了大量程，高分辨率，高轉(zhuǎn)速，高穩(wěn)定性，低成本的新型多圈式PILZ編碼器。它的高性能，低成本，低價(jià)格，可以大大推動(dòng)多圈PILZ編碼器在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。首先分析了PILZ編碼器的現(xiàn)狀，并介紹了開發(fā)的多圈式PILZ編碼器的核心器件AS5045芯片，闡述了此多圈PILZ編碼器的原理及結(jié)構(gòu)并討論了減速機(jī)構(gòu)的選擇。

新型多圈旋轉(zhuǎn)PILZ編碼器設(shè)計(jì)
對(duì)此PILZ編碼器從機(jī)械傳動(dòng)和電路兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)分析設(shè)計(jì)。在機(jī)械傳動(dòng)部分針對(duì)PILZ編碼器系統(tǒng)的大傳動(dòng)比、小慣量的要求對(duì)傳動(dòng)齒輪組進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)進(jìn)行了力學(xué)分析，推導(dǎo)了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)公式。還詳細(xì)分析了齒輪組的傳動(dòng)誤差的產(chǎn)生和影響，及傳動(dòng)誤差的組成和大小。在電路部分，設(shè)計(jì)了AS5045組合采樣模塊和數(shù)據(jù)處理器模塊及數(shù)據(jù)通信接口模塊；軟件上設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理程序。zui終達(dá)到單圈分辨率為212,圈數(shù)達(dá)到4096圈。