[发明专利]一种编码器标定数据扩增和误差补偿方法及装置

权利要求书

1.一种编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用多个均匀布置的读数头进行角度测量并采集测角数据和校准数据；

S2、利用运动控制系统完成棱体转动，对步骤S1得到的校准数据进行扩增；

S3、依据测角数据的谐波特性对步骤S2得到的校准数据进行数据整合，建立角编码器测角误差补偿模型；

S4、将步骤S3整合完成的误差数据带入步骤S3建立的角编码器测角误差补偿模型中进行测角误差补偿，实现基于多读数头布置下编码器测角误差补偿。

2.根据权利要求1所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，步骤S1中，多个读数头均匀布置在编码器的圆周上，多面棱体和编码器光栅码盘与轴系同轴安装并在气浮轴系上做间隔转动，控制多面棱体偏心在2μm内，编码器测角数据由多个均布布局的读数头进行合成输出，校准数据通过自准直仪和多面棱体组成的校准装置读数输出。

3.根据权利要求1所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，步骤S2中，在完成一组校准后，控制电机转动并锁紧电机，重新调整多面棱体，将多面棱体转动至1/3个转动间隔处，使多面棱体对准光电自准直仪，完成转动后对多面棱体偏心进行调整，控制多面棱体偏心之在2μm内，重新对准自准直仪器计算棱体转动角度值，角度值由高精度光栅读取，再次执行转动校准步骤，完成多组误差数据的获取和计算。

4.根据权利要求1所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，步骤S3中，数据整合具体为：

对转动多面棱体前后的多组数据进行平均处理，得到每一次转动多面棱体后的校准数据均值，利用傅里叶变换来提取每组数据的0阶谐波误差的幅值和相位；通过消除0阶谐波误差将多组测角误差数据合并到同一坐标系下完成误差数据的处理和整合。

5.根据权利要求4所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，在每次转动多面棱体时，重新对多面棱体的径向跳动进行调整，在进行校准时，保证自准直仪水平轴示值控制在±10″的范围内。

6.根据权利要求4所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，数据整合后绝对坐标系下角编码器的相对测角误差δ(θ+θ₀)为：

δ(θ+θ₀)＝δ(θ，θ₀)+ε₀-A(0)cos(ψ)

其中，A(0)编码器测角误差谐波分量中直流分量幅值大小，ψ为直流分量的相位大小，δ(θ，θ₀)为某一坐标系下角编码器在以θ₀为起点时进行测量的相对测角误差，ε₀为测角误差中的随机误差。

7.根据权利要求1所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，步骤S3中，角编码器测角误差补偿模型采用测角误差直线插补补偿模型，具体如下：

其中，δ(θ)为数据整合完成的坐标系下在θ位置处的角位置，N为数据整合完成后的数据点序号，θ_N为第N个数据点的角位置。

8.根据权利要求1所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，步骤S3中，角编码器测角误差补偿模型采用测角误差谐波误差补偿模型，具体如下：

其中，θ为数据整合完成的坐标系下的角位置，k为测角误差的谐波阶次，为各阶谐波误差的相位角，a_k为各阶谐波误差的幅值。

9.根据权利要求1所述的编码器标定数据扩增和误差补偿方法，其特征在于，步骤S4中，将整合后的误差补偿数据带入角编码器测角误差补偿模型中，根据带入误差数据对误差曲线进行拟合，得到相应的转角-相对误差关系，通过将多个读数头测得的相应转角进行输入，得到转角位置附近的误差值，对误差值进行补偿，修正得到圆光栅测角值。

10.一种编码器标定数据扩增和误差补偿装置，其特征在于，包括：

数据模块，利用多个均匀布置的读数头进行角度测量并采集测角数据和校准数据；

扩增模块，利用运动控制系统完成棱体转动，对数据模块得到的校准数据进行扩增；

整合模块，依据测角数据的谐波特性对扩增模块得到的校准数据进行数据整合，建立角编码器测角误差补偿模型；

补偿模块，将整合模块整合完成的误差数据带入整合模块建立的角编码器测角误差补偿模型中进行测角误差补偿，实现基于多读数头布置下编码器测角误差补偿。