编码器精度自动检测系统设计

赵庆磊，王旌尧，韩诚山，龙科慧

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 吉林 长春 130033）

编码器精度自动检测系统设计

赵庆磊，王旌尧，韩诚山，龙科慧

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 吉林 长春 130033）

编码器在装调完成后，需要对其进行精度检测，以此来确认是否满足验收条件。在精度检测过程中，通常检测人员进行手动操作，为减轻编码器检测的人工负担，提高检测效率，设计了一种编码器检测系统。首先，介绍了精度检测系统的工作原理；然后，根据工作特性，设计了检测系统的软件及操作界面；最后结合实际检测产品对该系统进行了测试，给出了精度检测结果，结果表明该精度检测系统能够准确、方便的实现检测功能，达到预期的设计效果，具有广泛的应用价值。

编码器；自动检测；精度计算；串行通信

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。具有精度高、测量范围广、体积小、重量轻、使用可靠、易于维护等优点，被广泛应用于雷达、机器人、光电经纬仪、数控机床等诸多领域［1-7］。

编码器精度检测是用来评价编码器是否满足设计要求的一项重要指标。目前的检测方法大多采用人工手动操作，通过联动装置，转动高位标准编码器，观察待检测编码器码值偏差，手动记录数据，最后通过汇总计算得到编码器均方差［8-11］。该方法由于人为因素的介入，会造成数据记录错误；机构运行的不连续性，会使检测结果具有一定的误差；检测位置多，会使检测过程变得繁琐而大大降低检测效率。

文中从工程实际出发，设计了一种编码器精度自动检测系统。通过设置待检编码器型号及检测点数量，该系统可进行自动检测，同时检测结果及检测状态实时显示在界面上。系统具有检测结果准确、检测速度快、通用性强、结果显示直观等优点。

1　编码器精度自动检测系统组成

1.1硬件平台的构建

编码器精度自动检测系统由电机驱动模块、串行通讯模块、CPU和PC组成，如图1所示。

图1　编码器精度自动检测系统

待检编码器和标准编码器通过联动装置与电机联接，由PC界面进行待检编码器型号及检测点设置，CPU会根据设置内容进行电机驱动控制和编码器码值接收［12-15］。CPU将两台编码器的码值进行整合校验后通过串行通讯接口发送给PC，由PC进行数据分析与处理，并将处理后的内容直接显示在前台界面，方便操作人员进行实时的监控。

1.2PC软件平台的设计

根据实际需求，待检编码器型号代码内容如表1所示。

表1　编码器型号与代码对照表

检测点数目选择内容如表2所示。

表2　检测点数量与代码对照表

PC通过串行接口与CPU进行通讯，其控制命令帧格式如表3所示。

同步头是一个控制命令帧的起始标志，数据内容为AAH。

型号代码为设置的待检编码器型号，内容为01H～16H。

表3　控制命令帧格式

检测点代码为设置的检测点数量，内容为01H～0EH。

控制码是上位机对CPU发出的控制指令格式，其中00H为检测前清零，01H为检测启动命令。

在收到启动命令后，检测系统的CPU会返回数据至PC，其返回数据帧格式如表4所示。

表4　返回数据帧格式

同步头是一个返回数据帧的起始标志，数据内容为FF81H，FFH在前，81H在后。

标准编码器数据是标准编码器在对应检测点返回的编码器码值，高字节在前，低字节在后。

被测编码器数据是待检编码器在对应检测点返回的编码器码值，高字节在前，低字节在后。

校验和是确保返回数据帧数据有效的评价准则，为字节1～8的累加和。

2　检测处理方法

检测处理是将返回的数据帧进行解析与计算，实时显示的过程，主要包括数据校验、数据解析及检测计算3个部分。

1）数据校验

数据校验是验证返回的数据帧数据是否真实可靠，其处理流程如图2所示。

图2　数据校验流程图

2）数据解析

提取返回数据帧里被测编码器和标准编码器码值数据，被测编码器码值需进行超界判断，如码值数据超过该型号位数，则置码值数据错误提示。

3）检测计算

检测开始前，需进行一次清零动作，PC记录当前返回的被测与标准编码器码值，以此作为起始点，记为act0和std0。检测时，每到一个检测点返回的数据都应与起始点值进行相减处理，以表示编码器所转的对应角度，可用式（1）表示：

其精度误差则为：

这样检测系统则可计算出每个检测点的编码器精度差值。

3　检测实例

采用1台24位编码器作为标准编码器，程序运行前，会弹出如图3所示的对话框，提示操作人员数据记录所存放的位置。

图3　检测结果保存路径提示对话框

点击确定后，进入检测系统操控界面，如图4所示。

在界面中，首先设置串口，然后选择待检编码器型号，再点开始检测，程序自动运行。每次操作只有一个按钮可点击，规范了操作流程。检测完毕后，用户可根据图3找到数据存放位置，数据以EXCEL表格形式存放，表格名字以每次开始检测的开始时间命名，如图5所示。

图4　精度自动检测系统操控主界面

图5　检测结果保存格式

打开EXCEL表格，数据记录与计算结果显示窗口保持一致，为了观察方便，被测与标准编码器角度以度分秒的形式显示，表格中只记录有效数据，错误异常信息不记录在该表格里。

图6　检测结果记录内容

4　结　论

从编码器精度检测的实际需求出发，根据检测的工作特性，设计了一种精度自动检测系统。该系统操作简单，实时性强，显示直观，大大提高了精度检测的效率，具有广泛的实际应用价值。

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［3］马晓琳，朱红运.便携式磁记忆检测仪系统硬件设计［J］.电子设计工程，2015，23（5）:74-76.

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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稿件编号：201603289

国家自然科学基金（60506014）

赵庆磊（1982—），男，黑龙江大庆人，博士研究生，助理研究员。研究方向：航天相机控制器应用技术、计算机测控。