編碼器精度自動檢測系統設計

趙慶磊，王旌堯，韓誠山，龍科慧

（中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 吉林 長春 130033）

編碼器精度自動檢測系統設計

趙慶磊，王旌堯，韓誠山，龍科慧

（中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 吉林 長春 130033）

編碼器在裝調完成后，需要對其進行精度檢測，以此來確認是否滿足驗收條件。在精度檢測過程中，通常檢測人員進行手動操作，為減輕編碼器檢測的人工負擔，提高檢測效率，設計了一種編碼器檢測系統。首先，介紹了精度檢測系統的工作原理；然后，根據工作特性，設計了檢測系統的軟件及操作界面；最后結合實際檢測產品對該系統進行了測試，給出了精度檢測結果，結果表明該精度檢測系統能夠準確、方便的實現檢測功能，達到預期的設計效果，具有廣泛的應用價值。

編碼器；自動檢測；精度計算；串行通信

編碼器是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。具有精度高、測量范圍廣、體積小、重量輕、使用可靠、易于維護等優點，被廣泛應用于雷達、機器人、光電經緯儀、數控機床等諸多領域［1-7］。

編碼器精度檢測是用來評價編碼器是否滿足設計要求的一項重要指標。目前的檢測方法大多采用人工手動操作，通過聯動裝置，轉動高位標準編碼器，觀察待檢測編碼器碼值偏差，手動記錄數據，最后通過匯總計算得到編碼器均方差［8-11］。該方法由于人為因素的介入，會造成數據記錄錯誤；機構運行的不連續性，會使檢測結果具有一定的誤差；檢測位置多，會使檢測過程變得繁瑣而大大降低檢測效率。

文中從工程實際出發，設計了一種編碼器精度自動檢測系統。通過設置待檢編碼器型號及檢測點數量，該系統可進行自動檢測，同時檢測結果及檢測狀態實時顯示在界面上。系統具有檢測結果準確、檢測速度快、通用性強、結果顯示直觀等優點。

1　編碼器精度自動檢測系統組成

1.1硬件平臺的構建

編碼器精度自動檢測系統由電機驅動模塊、串行通訊模塊、CPU和PC組成，如圖1所示。

圖1　編碼器精度自動檢測系統

待檢編碼器和標準編碼器通過聯動裝置與電機聯接，由PC界面進行待檢編碼器型號及檢測點設置，CPU會根據設置內容進行電機驅動控制和編碼器碼值接收［12-15］。CPU將兩臺編碼器的碼值進行整合校驗后通過串行通訊接口發送給PC，由PC進行數據分析與處理，并將處理后的內容直接顯示在前臺界面，方便操作人員進行實時的監控。

1.2PC軟件平臺的設計

根據實際需求，待檢編碼器型號代碼內容如表1所示。

表1　編碼器型號與代碼對照表

檢測點數目選擇內容如表2所示。

表2　檢測點數量與代碼對照表

PC通過串行接口與CPU進行通訊，其控制命令幀格式如表3所示。

同步頭是一個控制命令幀的起始標志，數據內容為AAH。

型號代碼為設置的待檢編碼器型號，內容為01H～16H。

表3　控制命令幀格式

檢測點代碼為設置的檢測點數量，內容為01H～0EH。

控制碼是上位機對CPU發出的控制指令格式，其中00H為檢測前清零，01H為檢測啟動命令。

在收到啟動命令后，檢測系統的CPU會返回數據至PC，其返回數據幀格式如表4所示。

表4　返回數據幀格式

同步頭是一個返回數據幀的起始標志，數據內容為FF81H，FFH在前，81H在后。

標準編碼器數據是標準編碼器在對應檢測點返回的編碼器碼值，高字節在前，低字節在后。

被測編碼器數據是待檢編碼器在對應檢測點返回的編碼器碼值，高字節在前，低字節在后。

校驗和是確保返回數據幀數據有效的評價準則，為字節1～8的累加和。

2　檢測處理方法

檢測處理是將返回的數據幀進行解析與計算，實時顯示的過程，主要包括數據校驗、數據解析及檢測計算3個部分。

1）數據校驗

數據校驗是驗證返回的數據幀數據是否真實可靠，其處理流程如圖2所示。

圖2　數據校驗流程圖

2）數據解析

提取返回數據幀里被測編碼器和標準編碼器碼值數據，被測編碼器碼值需進行超界判斷，如碼值數據超過該型號位數，則置碼值數據錯誤提示。

3）檢測計算

檢測開始前，需進行一次清零動作，PC記錄當前返回的被測與標準編碼器碼值，以此作為起始點，記為act0和std0。檢測時，每到一個檢測點返回的數據都應與起始點值進行相減處理，以表示編碼器所轉的對應角度，可用式（1）表示：

其精度誤差則為：

這樣檢測系統則可計算出每個檢測點的編碼器精度差值。

3　檢測實例

采用1臺24位編碼器作為標準編碼器，程序運行前，會彈出如圖3所示的對話框，提示操作人員數據記錄所存放的位置。

圖3　檢測結果保存路徑提示對話框

點擊確定后，進入檢測系統操控界面，如圖4所示。

在界面中，首先設置串口，然后選擇待檢編碼器型號，再點開始檢測，程序自動運行。每次操作只有一個按鈕可點擊，規范了操作流程。檢測完畢后，用戶可根據圖3找到數據存放位置，數據以EXCEL表格形式存放，表格名字以每次開始檢測的開始時間命名，如圖5所示。

圖4　精度自動檢測系統操控主界面

圖5　檢測結果保存格式

打開EXCEL表格，數據記錄與計算結果顯示窗口保持一致，為了觀察方便，被測與標準編碼器角度以度分秒的形式顯示，表格中只記錄有效數據，錯誤異常信息不記錄在該表格里。

圖6　檢測結果記錄內容

4　結　論

從編碼器精度檢測的實際需求出發，根據檢測的工作特性，設計了一種精度自動檢測系統。該系統操作簡單，實時性強，顯示直觀，大大提高了精度檢測的效率，具有廣泛的實際應用價值。

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Design of auto-detection system of encoder precision

ZHAO Qing-lei，WANG Jing-yao，HAN Cheng-shan，LONG Ke-hui
（Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China）

After adjustment of the encoder，it is necessary to carry out the precision testing，in order to confirm whether to meet the conditions of acceptance.In the process of precision detection，the manual operation is usually carried out by the test personnel.In order to reduce the artificial burden and improve the detection efficiency，the paper designed a kind of encoder detection system.First，the working principle of the precision detection system is introduced.Secondly，according to the work characteristic，the software and the operation interface of the detection system are designed.At last，the system is tested with the actual test products，and the accuracy of the test results is given.The results show that the precision detection system can accurately，conveniently realize detection function and achieve the desired results，having a wide range of application value. Key words：encoder；auto-detection；precise calculations；serial communication

TN29

A

1674－6236（2016）16-0009-03

2016-03-22稿件編號：201603289

國家自然科學基金（60506014）

趙慶磊（1982—），男，黑龍江大慶人，博士研究生，助理研究員。研究方向：航天相機控制器應用技術、計算機測控。