[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

说明书

本发明公开了一种编码器标定数据扩增和误差补偿方法及装置，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；利用运动控制系统完成棱体转动，对校准数据进行扩增；依据测角数据的谐波特性对校准数据进行数据整合，建立角编码器测角误差补偿模型；将整合完成的误差数据带入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。本发明采用高精度的自准直仪对圆光栅编码器进行误差校准并获取相应的校准数据，通过数据整合算法完成误差数据的整合，最后利用误差数据建立的测角误差的补偿模型，实现了多个读数头布局下的测角误差的高精度补偿。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种编码器标定数据扩增和误差补偿方法及装置。

背景技术

高精度角度计量器件被广泛应用于航空航天、军事工业、精密仪器、微电子等众多高技术领域。圆光栅角度编码器因结构简单、体积小、容易实现自动化和数字化等优点被广泛的应用。随着生产力水平的不断提升，各行各业对于圆光栅的测角精度也提出了更高精度的要求。圆光栅角编码器的测角误差主要包括安装误差、光栅制造误差、信号处理误差、环境人为因素影响引起的误差，对于上述误差来源，由于圆光栅的自封闭特性，使得上述大部分误差都呈现出周期性性质。依据这一性质，圆光栅叫编码器的谐波误差理论成为了描述圆光栅测角误差的主要手段，国内外也就这一性质开展了大量研究，提出了不同方案的圆光栅角编码器测角误差补偿方案。

目前，针对圆光栅测角精度的软硬件补偿技术，国内外开展了大量研究，提出了利用多个读数头布局的硬件补偿方案和构建误差补偿模型，利用补偿算法进行软件补偿的方案。其中利用硬件补偿方案常常会因为成本和读数头安装的限制，不能够无限制的增加，且由于读数头之间的安装偏差，相应阶次的谐波误差也不能够完全被消除。而利用软件补偿，通过拟合误差曲线特征，进行误差的在线补偿，解决了硬件补偿上的限制问题，能够进一步消除装置的残余误差，进一步提升角编码器的测角精度。但仅用软件补偿办法来对单读数头角编码器测角装置进行补偿往往会因环境等因素影响导致精度不足。并且，在对测角误差进行软件补偿时，需要更高精度的测角基准作为校准值，目前常用的办法由跟高精度的光栅角编码器或光电自准直仪。但目前高精度光栅角编码器的精度水平大都在±1″，精度更高的光栅大都对我国禁运，不能满足作为亚角秒级叫编码器校准装置基准的要求，而多面棱体和光电自准直仪组成的校准装置的测角精度已经达到了±0.1″的水平，对于研究圆光栅角编码器的测角误差是足够的。但是，受限于多面棱体面数的限制，利用该校准装置往往仅能获得数量有限的离散数据，这会导致无法将误差曲线的全部特征表现出来，尤其是在高阶谐波误差对测角误差的影响占比较大的时候。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种编码器标定数据扩增和误差补偿方法及装置，用于解决利用多读数头布局硬件补偿方式进行高精度测角中，由于安装误差、环境因素影响而导致存在的残余误差无法进一步消除的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种编码器标定数据扩增和误差补偿方法，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。

具体的，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。