[發明專利]一種基于BP神經網絡的圓光柵傳感器測角誤差修正方法

有效

• 申請號: 201910336317.5
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110296668B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 于連棟;賈華坤;張潤;趙會寧;夏豪杰;李維詩
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京市科名專利代理事務所(特殊普通合伙) 11468
• 代理人: 陳朝陽

本發明屬于測量儀器領域，公開一種基于BP神經網絡的圓光柵傳感器測角誤差修正方法，包括如下步驟，準備實驗裝置，標定測角誤差值，測角誤差的函數關系，根據函數關系式，得到各個測角誤差諧波項階數n所對應的夾角α值；得到夾角的離散點α_opq以及2個讀數頭的差值經傅里葉變換后E₂₁的離散點E_21opq；BP神經網絡進行建模及測試，得到2個讀數頭的測角差值與環境溫度T、諧波階次n的關系E₂₁(T,n)，以及2個讀數頭的實際夾角與環境溫度T、諧波階次n的關系α(T,n)；再將BP神經網絡算法求出的E₂₁(T,n)、α(T,n)帶入關系式，得到該環境溫度下的F(n)，F(n)進行傅里葉逆變換得到第一讀數頭的測角誤差ε(θ)。可顯著提高圓光柵和平行雙關節坐標測量機的測量精度。

技術領域

本發明屬于測量儀器領域，尤其涉及一種基于BP神經網絡的圓光柵傳感器測角誤差 修正方法。

背景技術

關節類坐標測量機是現代制造業的一種重要的精密測量儀器，廣泛應用在模具加工、 汽車制造、航空航天等領域。該類儀器的測量精度受其旋轉關節內安裝的圓光柵傳感器測 角精度的顯著影響，旋轉關節中圓光柵傳感器的測角精度受到環境溫度的顯著影響。在不 同的工業現場，環境溫度跨幅可能高達30℃，若測角誤差修正模型中未包含工作環境溫度 參數，則當工業現場的環境溫度與儀器進行標定時環境溫度相差較大時，會引起顯著的測 角誤差。

針對環境溫度對安裝在旋轉關節中圓光柵傳感器的測角誤差修正問題，常用的方法是 單讀數頭標定法，即采用單讀數頭的布置方案，使用多面棱體和自準直儀在標稱的溫度區 間內取若干個溫度值，進行標定，通過最小二乘法等算法建立誤差修正函數與圓光柵傳感 器角度值、溫度的函數關系，從而修正測角誤差，但該方法由于使用單個讀數頭，當儀器 經過長時間使用后，由于軸承磨損等原因導致工況出現變化，由于單讀數頭無法進行自修 正，因此無法消除由此引起測角誤差成分中較大的一次項諧波成分，產生較大的測角誤差。 另一種應用較為廣泛的方法是多讀數頭均布方案，常用的是雙讀數頭對徑均布方案，對2 個讀數頭的測角數據求和取均值進行自修正，理論上可以消除測角誤差諧波成分中的奇次 項，也可以消除工作環境溫度變化引起測角誤差的奇次項諧波成分，但是當環境溫度改變， 引起精密軸系機械結構變形，造成2個讀數頭之間夾角值的改變，導致測角誤差的奇次項 諧波成分無法完全消除，同時該方法無法消除偶次項諧波成分。

發明內容

本發明的目的是為了解決這一問題，提供一種基于BP神經網絡的圓光柵傳感器測角 誤差修正方法，能夠有效修正工況變化以及旋轉關節機械結構變形引起的測角誤差方法， 保證了圓光柵的測角精度以及關節類坐標測量機長期在工業現場使用時的測量精度，具有 重大的適用性。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：

一種基于BP神經網絡的圓光柵傳感器測角誤差修正方法，包括如下步驟，

步驟一，準備實驗裝置，將精密軸系固定在恒溫箱中，精密軸系上安裝兩個讀數頭， 通過夾具將23面棱體固定在精密軸系的旋轉軸上，調整自準直儀和精密軸系的位置，使 其能正常工作；

步驟二，標定測角誤差值，在設定的溫度下，同步記錄2個讀數頭的測角數值 H_1k,H_2k,k＝1,2,···,23和自準直儀的水平方向示值γ_Xk，標定測角誤差離散值ε(θ_k)；

步驟三，測角誤差的函數關系，第一讀數頭的測角誤差離散值進行傅里葉變換得到 F(n)，第二讀數頭和第一讀數頭的差值再進行傅里葉變換，得到與第一讀數頭測角離散值 誤差的函數關系；

步驟四，根據函數關系式，得到各個測角誤差諧波成分階數n所對應的夾角α值；