[发明专利]一种精密旋转工作台测量系统误差在位自标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密旋转工作台测量系统误差在位自标定方法，属于精密加工及测量领域。

背景技术

精密旋转工作台广泛应用于各种工业自动化系统，包括加工中心、数控机床、机器人、生产线等，在高精密装备行业中也愈来愈得到重视。由于制造工艺、装调和非质心驱动等因素所引起的旋转工作台变形、角度传感器测量不准，使得工作台角度传感器所读出的工作台旋转角度θ_n与工作台的实际旋转角度θ_a间存在一定的偏差，即系统误差G_n，如图2所示。这必将很大程度上降低旋转工作台的定位及运动精度，进而影响精密加工及检测装备的加工及检测精度。因此，有必要采用合理的标定方法来确定旋转工作台的系统误差，以便于进一步补偿旋转工作台测量精度。

传统的工作台标定方法是以高精度计量工具来标定低精度工作台。然而，在精密加工及检测装备中，对旋转工作台的运动及定位精度要求往往是角秒级，限于当前的制造和计量水平，我们无法轻易得到传统工作台标定方法所需的标准计量工作台进行传统标定工作，从而产生了精密旋转工作台的标定难题。自标定方法被认为是解决该难题的重要手段，其思路是采用标记点精度低于被标定对象的辅助测量装置作为媒介，通过辅助测量装置不同位姿的测量数据的比较来消除该辅助测量装置标记点位置精度的影响，进而得到精密工作台的标定函数，实现超精密工作台系统误差的标定。例如专利文献200510011385.2(公开日为2005年9月4日)，利用一种栅格板做辅助测量装置，并完成XY工作台的自标定，但该方法针对的是平移位移，不解决旋转自由度标定问题。

目前的精密旋转工作台自标定方法，如专利文献201010552626(申请日为2010年11月22日)所描述，在传感器内部构造极对数满足一定关系并可以对同一回转对象进行回转角位移同步测量的两个测量单元，以其中任意一个测量单元为参考单元，另一个测量单元为被标定单元。以参考单元的测量值为参照坐标系，观察被标定单元测量值和参考单元测量值之差，根据电磁感应式传感器的误差特点对观察到的结果进行数据处理，可以分别求解出被标定单元和参考单元的误差函数，实现对传感器系统误差自标定。但是，该方法充分利用了电磁感应式角度传感器的自身特点，只适合角度传感器为电磁感应式传感器的旋转工作台,不适用于其它类型角度传感器的旋转工作台。

根据上述背景所述，目前旋转工作台自标定方面的问题是：缺乏适用于各种类型角度传感器的旋转工作台的自标定方法。

发明内容

针对现有技术的不知和缺陷，本发明的目的是提供一种精密旋转工作台测量系统误差在位自标定方法，该方法不局限于旋转工作台的角度传感器类型，既可以是电磁感应式角度传感器，也可以是光栅式或其它类型角度传感器，在没有标准测量工具的条件下实现旋转工作台角度系统误差的在位精确自标定。

本发明的技术方案：

一种精密旋转工作台测量系统误差在位自标定方法，其特征在于，所述自标定方法包括以下步骤：

1）准备一个玻璃板1，该玻璃板上有N条等分的扇形刻线2，每条刻线之间的夹角为360/N°，其中N为正整常数，玻璃板扇形刻线与理想刻线间的偏差记为辅助误差A_n，其中：n=0,1,…,N-1；

2）将玻璃板（1）固定放置于被标定旋转工作台5上，被标定旋转工作台5上装有角度传感器4，其中扇形刻线2的精度等于或小于被标定旋转工作台5的测量精度；利用旋转工作台的角度传感器4记录该起始位姿中玻璃板1上每个扇形刻线2所对应的角度传感器4读数，该读数与其额定值之间的偏差记为V_0，n，这个偏差由旋转工作台测量系统误差G_n、辅助偏差A_n、调整误差Δθ₀以及随机测量噪声r_0,n构成；

3）将玻璃板1相对于被标定旋转工作台5旋转360/N°角，并固定放置，同样利用角度传感器4记录玻璃板1每个扇形刻线2所对应的角度传感器4读数，该读数与其额定值之间的偏差记为V_1，n，这个偏差由旋转工作台测量系统误差G_n+1、辅助偏差A_n、调整误差Δθ₁以及随机测量噪声r_1,n构成；