[發明專利]一種基于單讀數頭的圓光柵安裝誤差標定與修正方法

在審

• 申請號: 201611232356.3
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106871821A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 楊帥;王東鶴;唐伯浩;張濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及精密機械領域，具體涉及一種基于單讀數頭的圓光柵安裝誤差標定與修正方法。

背景技術

角度量測量廣泛應用于各個領域，尤其是在精密機械領域。傳統的精密角度量測量一般使用編碼器、旋轉變壓器和圓光柵。其中編碼器測角精度高，但因盤片采用玻璃刻劃，環境適應性較差，在振動嚴重時易碎；旋轉變壓器環境適應性好，但測角精度較低；而圓光柵是金屬元件，環境適應性好，同時測量精度較高，但其安裝方式決定了安裝偏心、徑跳和端跳對其測量精度影響較大，以往的方式一般是將安裝精度控制在3μm以內，對安裝工藝和工夾具要求非常高，或者是使用雙讀數頭將數據作差分處理消除其安裝誤差，但此方法成本高，且很多應用場合沒有安裝雙讀數頭的空間。所以如能使用簡單的方法，在使用單讀數頭的情況下標定和修正安裝誤差，對提高圓光柵測量精度具有重要意義。

發明內容

本發明要解決傳統的精密角度量測量無法同時達到低成本、高精度、高可靠性、高溫度適應性的技術問題，提供一種基于單讀數頭的圓光柵安裝誤差標定與修正方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種基于單讀數頭的圓光柵安裝誤差標定與修正方法，包括以下步驟：

步驟1、在安裝圓光柵時，使用千分表保證安裝的偏心量、徑跳和端跳在10μm以內，并精確測量偏心量、徑跳、端跳以便分析數據標定和誤差修正合理性；

步驟2、使用工裝將金屬多面體安裝于旋轉部件上，使金屬多面體與旋轉部件同步運動；

步驟3、使用高精度自準直儀對準金屬多面體的任意一個面，并調整旋轉部件，使高精度自準直儀成像在夾線之間，此時高精度自準直儀讀出誤差應在“±0.1”之間，記錄誤差為e₁；

步驟4、調整旋轉部件，若金屬多面體面的個數為m，調整角度值應為(360°/m)°，而后讀取高精度自準直儀測量誤差，記錄為e_m；

步驟5、重復步驟4直至旋轉一周，在m個面下得到m個測量誤差；

步驟6、使用最小二乘法多項式曲線擬合的方式，將每個測量范圍內的測量誤差平均分配，即得到單個區域內的修正公式，從而得到圓光柵0°～360°范圍內分段的誤差修正公式；

步驟7、通過圓光柵讀數頭獲取的測角值，根據步驟6得到的誤差修正公式計算誤差量，實時對測量數據進行修正。

在上述技術方案中，步驟6具體實施方案為：

根據最小二乘法分段擬合誤差曲線模型，其公式如下：

其中：δ為誤差偏差平方和，e_j為誤差測量值，為最小二乘法分段擬合的誤差曲線方程，i為當前擬合段的序號，j為參與擬合的點序號；

選擇任意連續的六點誤差數據，根據公式(1)擬合最小二乘法曲線，得到對應多項式曲線方程，該方程用于標定這六點中最中間兩個點之間的誤差數據，以此類推，計算所有m段誤差方程。

本發明的工作原理：本發明設計了一種通過千分表控制圓光柵安裝中出現的偏心量、徑跳和端跳，借助金屬多面體將位移誤差轉換為圓周測角誤差，擬合測角誤差公式，對測量數據進行實時修正的圓光柵安裝誤差標定與修正方法。

本發明的有益效果是：

本發明提供的基于單讀數頭的圓光柵安裝誤差標定與修正方法，該方法降低了圓光柵安裝過程中對安裝工藝的高難度要求，充分考慮了360°范圍內測角誤差分布的數學特性，實現了低難度、高精度的快速圓光柵安裝方法，改善基于單一數學模型的誤差修正精度，為高精度角度測量提供依據。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1為本發明的測量部件組成結構圖。

圖2為本發明的基于單讀數頭的圓光柵安裝誤差標定與修正方法流程圖。

具體實施方式