[发明专利]一种基于单读数头的圆光栅安装误差标定与修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密机械领域，具体涉及一种基于单读数头的圆光栅安装误差标定与修正方法。

背景技术

角度量测量广泛应用于各个领域，尤其是在精密机械领域。传统的精密角度量测量一般使用编码器、旋转变压器和圆光栅。其中编码器测角精度高，但因盘片采用玻璃刻划，环境适应性较差，在振动严重时易碎；旋转变压器环境适应性好，但测角精度较低；而圆光栅是金属元件，环境适应性好，同时测量精度较高，但其安装方式决定了安装偏心、径跳和端跳对其测量精度影响较大，以往的方式一般是将安装精度控制在3μm以内，对安装工艺和工夹具要求非常高，或者是使用双读数头将数据作差分处理消除其安装误差，但此方法成本高，且很多应用场合没有安装双读数头的空间。所以如能使用简单的方法，在使用单读数头的情况下标定和修正安装误差，对提高圆光栅测量精度具有重要意义。

发明内容

本发明要解决传统的精密角度量测量无法同时达到低成本、高精度、高可靠性、高温度适应性的技术问题，提供一种基于单读数头的圆光栅安装误差标定与修正方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种基于单读数头的圆光栅安装误差标定与修正方法，包括以下步骤：

步骤1、在安装圆光栅时，使用千分表保证安装的偏心量、径跳和端跳在10μm以内，并精确测量偏心量、径跳、端跳以便分析数据标定和误差修正合理性；

步骤2、使用工装将金属多面体安装于旋转部件上，使金属多面体与旋转部件同步运动；

步骤3、使用高精度自准直仪对准金属多面体的任意一个面，并调整旋转部件，使高精度自准直仪成像在夹线之间，此时高精度自准直仪读出误差应在“±0.1”之间，记录误差为e₁；

步骤4、调整旋转部件，若金属多面体面的个数为m，调整角度值应为(360°/m)°，而后读取高精度自准直仪测量误差，记录为e_m；

步骤5、重复步骤4直至旋转一周，在m个面下得到m个测量误差；

步骤6、使用最小二乘法多项式曲线拟合的方式，将每个测量范围内的测量误差平均分配，即得到单个区域内的修正公式，从而得到圆光栅0°～360°范围内分段的误差修正公式；

步骤7、通过圆光栅读数头获取的测角值，根据步骤6得到的误差修正公式计算误差量，实时对测量数据进行修正。

在上述技术方案中，步骤6具体实施方案为：

根据最小二乘法分段拟合误差曲线模型，其公式如下：

其中：δ为误差偏差平方和，e_j为误差测量值，为最小二乘法分段拟合的误差曲线方程，i为当前拟合段的序号，j为参与拟合的点序号；

选择任意连续的六点误差数据，根据公式(1)拟合最小二乘法曲线，得到对应多项式曲线方程，该方程用于标定这六点中最中间两个点之间的误差数据，以此类推，计算所有m段误差方程。

本发明的工作原理：本发明设计了一种通过千分表控制圆光栅安装中出现的偏心量、径跳和端跳，借助金属多面体将位移误差转换为圆周测角误差，拟合测角误差公式，对测量数据进行实时修正的圆光栅安装误差标定与修正方法。

本发明的有益效果是：

本发明提供的基于单读数头的圆光栅安装误差标定与修正方法，该方法降低了圆光栅安装过程中对安装工艺的高难度要求，充分考虑了360°范围内测角误差分布的数学特性，实现了低难度、高精度的快速圆光栅安装方法，改善基于单一数学模型的误差修正精度，为高精度角度测量提供依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的测量部件组成结构图。

图2为本发明的基于单读数头的圆光栅安装误差标定与修正方法流程图。

具体实施方式