[发明专利]非对径安装双读数头圆光栅测角误差修正方法

说明书

本发明涉及一种非对径安装双读数头圆光栅测角误差修正方法，首先，构建用于修正圆光栅测角误差的测量结构，此结构包括圆光栅、两个读数头，圆光栅安装在回转轴上，两个读数头以非对径安装方式安装在圆光栅的两侧；然后将回转轴旋转一周，采集圆光栅盘上两读数头的读数；接着，根据前步所采集到的数据按照公式拟合出圆光栅安装偏心参数；最后，将拟合得到的圆光栅安装偏心参数代入到误差修正公式中，即可得到修正后角度测量值。本发明使用非精确对径安装的双读数头对圆光栅的偏心误差进行修正，相对于传统的均值法，使用本发明方法能够大幅提高测角精度。

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及非对径安装双读数头圆光栅测角误差修正方法。

背景技术

实时精确地获取仪器、机床、机器人等设备的旋转运动角位移信息是实现精密测量和加工的关键之一。圆光栅是最常用的高精度角位移传感器，广泛应用于多种精密仪器设备中。在测量精度要求较高时，由圆光栅安装偏心引起的测角误差是不能忽略的,即使是很小的安装误差都会造成很大影响。因此，对圆光栅安装偏心引起的测角误差进行修正是非常有必要的。

艾晨光等人研究了圆光栅安装偏心引起的测角误差，并采用双读数头对测角误差进行修正。郭阳宽等人研究了运动偏心对圆光栅测量影响的分析方法，推导了由于偏心引起的测角误差补偿公式。唐松等人分析了安装偏心对圆光栅测角精度的影响，提出了一种两个读数头对径安装读数头的补偿方法。王文等人分析了圆光栅分度盘的安装偏心对角度测量的影响，提出了一种基于模拟退火算法角度传感器偏心参数辨识方法并将其用于测量关节圆光栅12个偏心参数的辨识和修正。王园等人建立了圆光栅偏心误差模型，提出了一种双读数头平均误差补偿方法，对读数头误差进行修正。以上方法主要是采用多读数头的方法对圆光栅安装偏心引起的测角误差进行修正补偿，能够有效对测角误差进行补偿修正，但是对读数头安装精度要求较高。当安装角误差大于一度时，以上方法无法有效消除安装偏心对测角精度的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种非对径安装双读数头圆光栅测角误差修正方法，提高测角精度，突破读数头对径安装的限制，提高了仪器设备在结构设计时的自由度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种非对径安装双读数头圆光栅测角误差修正方法，包括以下步骤：

步骤一，构建用于修正圆光栅测角误差的测量结构，此结构包括圆光栅和两个读数头，圆光栅安装在回转轴上，两个读数头以非对径安装方式安装在圆光栅的两侧；

步骤二，设O₁为读数头扫描回转中心，O为圆光栅的回转中心，C、D分别表示所安装的两个读数头，OD连线过圆光栅的零位线，以OD为X轴建立直角坐标系，OO₁为偏心距e，∠O₁OD为偏心角ω，θ_i为圆光栅的旋转角度，θ_1i、θ_2i分别为读数头C和读数头D的测量角度，两个读数头的安装角度均为将回转轴旋转一周，采集两个读数头的读数；

步骤三，利用步骤二中两个读数头采集的数据θ_1i、θ_2i，按照式(1)拟合出圆光栅安装偏心参数：偏心距e、偏心角ω和读数头的安装角度

式(1)中R为圆光栅的半径；

步骤四，将步骤三中拟合出的圆光栅安装偏心参数代入到式(2)中，即可得到修正后的角度测量值

式(2)中R为圆光栅的半径。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提出了一种新的误差补偿方法，可使用非精确对径安装的双读数头对圆光栅的偏心误差进行修正，相对于传统的均值法，使用本发明方法能够大幅提高测角精度。本发明方法一方面可以减小对径安装误差对测量结果的不利影响；另一方面突破了读数头必须对径安装的限制，提高了仪器设备在结构设计时的自由度。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图；