[发明专利]基于分布式读数头的圆分度器件及测角误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及仪器测量和校准领域，尤其是一种基于分布式读数头的圆分度器件及测角误差补偿方法。

背景技术

圆分度器件主要包括多齿分度台，多面棱体等角度标准测量件，用于角度的测量及标定其他测角器件。

目前国内外在高精度的圆分度器件测角误差补偿方面，广泛采用多读数头结构，利用多读数头的平均读数原理，可以消除安装偏心、刻线误差等对读数精度的影响。有采用双头均布读数的圆分度器件，基于误差谐波分析，来消除偏心引起的一阶正弦误差，进行测角误差补偿；有采用四头均布读数来消除安装倾斜引起的二阶谐波误差，进行测角误差补偿；甚至采用更多的读数头来进一步进行误差补偿。对研究读数头的数量以及分布情况显得比较单一，消除的谐波误差阶次也是单调的。普遍采用均布式分布，并且有时读数头显得数量偏多，造成测角系统的成本高，结构体系繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明基于上述技术背景提出了一种采用非均匀分布、奇数头和偶数头相结合的基于分布式读数头的圆分度器件及测角误差补偿方法，以消除更多阶次误差，提高圆分度器件的测角精度。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种基于分布式读数头的圆分度器件，包括：

沿着圆分度器件7圆周分布的六个读数头1-6，

其中，第一、第二、第三读数头1、2、3彼此间隔120°，将所述圆分度器件7的圆周三等分；以及

第一、第四、第五、第六读数头1、4、5、6依次间隔90°，将所述圆分度器件7的圆周四等分。

其中，当采用所述第一读数头1、第二读数头2、第三读数头3、第四读数头4、第五读数头5和第六读数头6同时进行测量时，能够消除十二阶整数倍以外的所有谐波误差。

作为本发明的另一个方面，本发明提出了一种使用如上所述基于分布式读数头的圆分度器件进行测角误差补偿的方法，包括以下步骤：

采用多面棱体结合自准直仪来对所述圆分度器件的测角误差进行标定，得到误差分布曲线；

对误差进行傅里叶分解，得到各阶次谐波分量；

采用第一读数头1、第二读数头2和第三读数头3、第四读数头4、第五读数头5和第六读数头6进行测量，以消除十二阶整数倍以外的所有谐波误差。

通过上述技术方案可知，本发明的方法采用分布式读数头来消除更多阶次谐波误差，可以通过采用更少的读数头来实现更高阶次的谐波误差消除，提高了圆分度器件的测角精度。本发明的基于分布式读数头的圆分度器件设计简洁、结构简单、体积小、易于调节、使用方便、成本低廉，具有显著的经济效应。

附图说明

图1是本发明的基于多读数头的圆分度器件的分布式读数头位置排布示意图；

图2是不同读数头可消除的谐波误差阶数的原理示意图；

其中，附图标记1-6：读数头；7：圆分度器件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的基于多读数头的圆分度器件包括沿着圆分度器件7圆周分布的六个读数头1-6，其中第一～第三读数头1、2、3逆时针顺次排列，彼此间隔120°，将整个圆周三等分；而第一、第四～第六读数头1、4、5、6逆时针顺次排列，彼此间隔90°，将整个圆周四等分。由此，本发明的基于多读数头的圆分度器件既可以实现三读数头的测量，也可以实现四读数头的测量，还可以实现六读数头的测量。

本发明主要涉及一种基于多读数头的圆分度器件角度测量误差消除方法，包括以下步骤：

首先采用多面棱体结合自准直仪来对圆分度器件的测角误差进行标定，得到误差分布曲线；对误差进行傅里叶分解，得到各阶次谐波分量。

假设沿圆分度器件圆周均布n个读数头，因为圆分度器件测角误差是以2π为基本周期的周期函数，所以一个读数头的读数误差可以用由各阶谐波误差的合成来表示，即：

式中，k为各阶谐波的阶次，e_k为各阶谐波的幅值，θ为圆分度器件转过的角度，R为圆分度器件的刻划半径，m为谐波阶次的最大值。因此，当取n个读数头读数的平均值作为读数值时，对于k次谐波来说，读数误差可以表示为：

通过展开化简得到：

当k＝zn时(z为正整数)，式(1)中：

因此可以得到