[发明专利]一种圆光栅编码器双读数头非对称安装偏心误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种圆光栅编码器双读数头非对称安装偏心误差补偿方法，通过模型函数对待估参数做线性近似，转化为线性最小二乘问题的原理，建立圆光栅偏心仿真模型得到偏心参数，计算速度快，结果准确；通过分析在理想状况下双读数头的测角误差补偿原理，建立双读数头对称安装的均值法误差补偿理想模型，加入实际情况下读数头之间存在的安装误差以及随机误差，进而对均值法误差补偿模型进行改进得到双读数头非对称安装误差补偿模型；最后将圆光栅偏心仿真模型求解得到的偏心参数代入双读数头非对称安装误差补偿模型中，消除实际测量中读数头安装误差对测角精度的影响，实现对圆光栅编码器非对称安装双读数头测角偏心误差的精准补偿。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种圆光栅编码器双读数头非对称安装偏心误差补偿方法。

背景技术

圆光栅编码器具有分辨率高、体积小、安装方便、响应速度快、处理电路简单等优点，被广泛应用于航空航天、智能机器人、高档数控机床、高精度坐标测量机等领域。而随着科技发展，各种仪器设备趋向于微型化并且对于测角精度的要求越来越高，而小尺寸圆光栅则完美贴合微型化和高精度的要求。同时圆光栅编码器的光电脉冲信号具有较强的抗干扰能力，能够很好的保证数控机床的运行、加工精度。随着技术的不断发展，对圆光栅编码器的测量精度的要求也越来越高。国际高端圆光栅传感器制造与销售龙头企业，德国海德汉公司研究报告明确提出，安装偏心误差约占角度测量误差的80％以上，安装偏心误差对圆光栅编码器的测角精度有很大的影响，测量求出安装偏心误差参数、补偿因偏心误差带来的测量误差至关重要。在安装过程中，圆光栅相对轴系会不可避免地产生偏心，而安装偏心将导致编码器产生测角误差。因此，为保证系统测试精度，需要对圆光栅测量角度加以修正。

目前，国内关于圆光栅编码器装配偏心误差对测角精度的影响的研究很多，提出了多种偏心误差补偿方法，其中利用双读数头消除偏心误差简单可靠，并且成本较低。然而对于双读数头圆光栅编码器偏心误差的研究一般认为在光栅圆周上对径安装的双读数头处于理想状态，即两个读数头夹角为180°对称布置。然而在实际安装过程中，无论如何提高安装精度，两个读数头之间都会存在安装偏差，对于测角精度要求很高的圆光栅编码器，双读数头的安装偏差对于测角精度的影响不可忽略。

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，提供一种圆光栅编码器双读数头非对称安装偏心误差补偿方法，基于圆光栅测角过程中在不同位置的读数头在同一时刻检测到的正弦信号存在相位差的原理，结合理想状态下双读数头对称安装的偏心误差补偿原理构建误差补偿模型，基于L-M算法的圆光栅偏心参数求解模型得到非理想状态下圆光栅安装偏心参数，以此为基础建立圆光栅编码器测角偏心误差补偿模型，实现对圆光栅编码器非对称安装双读数头测角偏心误差的精准补偿。

本发明采用以下技术方案：

一种圆光栅编码器双读数头非对称安装偏心误差补偿方法，包括以下步骤：

S1、根据圆光栅圆周方向上不同相位正弦信号的合成，基于L-M算法对圆光栅的偏心距及偏心方向进行求解，建立圆光栅偏心参数仿真模型；

S2、建立双读数头对称安装的均值法误差补偿理想模型；

S3、在步骤S2建立的均值法误差补偿理想模型中加入读数头安装误差以及随机误差，建立双读数头非对称安装误差补偿模型；

S4、通过显微镜测量得到圆光栅的偏心距，将偏心距作为初始值代入步骤S1建立的圆光栅偏心参数仿真模型中，通过迭代得到真实的偏心距；

S5、将步骤S4得到的真实的偏心距代入步骤S3建立的双读数头非对称安装误差补偿模型中，实现对圆光栅安装偏心引起的测角误差的精准补偿。

具体的，步骤S1中，圆周方向上不同位置上两个读数头在同一时刻检测到的正弦信号相位差Δψ₁₂为：