[發(fā)明專利]一種局部正弦輔助的光柵尺測量誤差自適應(yīng)補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110082440.6
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112923847B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡念;李文劍;陳梅云;王晗
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06F17/16
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 許慶勝

本申請公開了一種局部正弦輔助的光柵尺測量誤差自適應(yīng)補(bǔ)償方法，通過正弦信號疊加到所述光柵尺的原測量誤差信號中，重構(gòu)光柵尺的測量誤差信號，抑制了模態(tài)混疊現(xiàn)象。通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解得到多個IMF分量，通過對IMF分量進(jìn)行奇異值分解后，基于預(yù)設(shè)的自適應(yīng)IMF篩選條件進(jìn)行閾值變換，選擇符合條件的IMF分量作為趨勢誤差分量，再獲得總趨勢誤差分量對光柵尺進(jìn)行補(bǔ)償，從而消除了光柵尺的測量誤差的基本趨勢，有效地提高了光柵尺的測量精度，提高了測量誤差補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及光柵尺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種局部正弦輔助的光柵尺測量誤差自適應(yīng)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

名詞解釋：

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓篍mpirical Mode Decomposition，簡稱EMD，其是一種信號分析處理的算法，算法思想為：將復(fù)雜信號分解為有限個本征模函數(shù) (Intrinsic ModeFunction，簡稱IMF)分量，所分解出來的各IMF分量包含了原信號的不同時(shí)間尺度的局部特征信號；

IMF：Intrinsic Mode Function，本征模態(tài)函數(shù)；

光柵尺是一種高精度的位置傳感器，其測量精度直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。但光柵尺存在光電系統(tǒng)誤差、振動誤差、安裝誤差和溫度誤差等多種誤差因素，影響光柵尺的測量精度。

具體地，在光電系統(tǒng)誤差中，采用對兩路正交的正弦信號進(jìn)行細(xì)分來達(dá)到精密測量的目的，但其條紋信號會存在直流電平、高頻噪聲、幅值不等、波形畸變、相位偏移等引起的誤差成分；在振動誤差中，光柵尺的誤差值是在真實(shí)值的一定范圍內(nèi)波動的，在圖像采集絕對光柵尺的讀碼中，一旦出現(xiàn)誤碼，會直接導(dǎo)致該點(diǎn)讀數(shù)錯誤解碼現(xiàn)象，則數(shù)值偏差無參考價(jià)值。由于一系列誤差因素的影響，使得出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的區(qū)域擁有不確定性，并且，各種誤差因素的耦合作用，也可能會出現(xiàn)各種不確定性，同時(shí)，一系列的環(huán)境因素導(dǎo)致光柵尺測量誤差是非線性非平穩(wěn)的。

通過對時(shí)間序列的趨勢分析表明，測量誤差由固有分量和隨機(jī)分量組成，其中固有分量是由振動和溫度變化的累積過程引起的，隨機(jī)分量是反映其他不確定因素的隨機(jī)誤差。光柵尺測量誤差固有分量主要體現(xiàn)在低頻分量，而不同極值的分布情況會對低頻分量有一定的影響，可能會由于誤差因素和數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致影響低頻分量的分布，產(chǎn)生模式混疊現(xiàn)象。而引起模式混疊現(xiàn)象的原因主要在于間歇現(xiàn)象，而引起間歇現(xiàn)象的往往是異常事件，如間斷信號、脈沖干擾和噪聲等。不同程度的影響導(dǎo)致光柵尺測量誤差出現(xiàn)異常事件，要準(zhǔn)確找出可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的區(qū)域，并不是很容易的事情。為了抑制誤差數(shù)據(jù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常將能保持測量誤差的準(zhǔn)確性，誤差補(bǔ)償是提高光柵尺測量精度有效手段之一。

在Mechanical Systems and Signal Processing期刊于2017年公開了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的絕對式光編碼器誤差補(bǔ)償方法，該方法利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將光柵尺測量誤差分解成多個不同頻率的IMF分量，由于IMF分量的HMS 給出了整個頻率范圍內(nèi)的整體能量分布，利用頻率子跨度的局部能量分布可以確定IMF分量。IMF分量的HMS的總體頻率跨度被平均分為三個子跨度，分別是低頻、中頻和高頻子跨度，利用低頻子跨度的局部能量分布占主導(dǎo)地位，選取的IMF分量可以被識別為低頻信號，構(gòu)造趨勢分量，再進(jìn)行誤差補(bǔ)償。雖然利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將光柵尺測量誤差進(jìn)行分解，從而實(shí)現(xiàn)了光柵尺誤差補(bǔ)償，但由于各種誤差因素的綜合影響，導(dǎo)致測量誤差數(shù)據(jù)會導(dǎo)致部分區(qū)域出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，影響測量誤差的固有成分，會使IMF分量出現(xiàn)模態(tài)混疊現(xiàn)象，影響趨勢分量的提取，從而影響誤差補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。

公開號為CN106091925A的中國發(fā)明專利公開了一種多干擾因素耦合的光柵尺誤差補(bǔ)償方法，其利用在光柵尺測量過程中，采用多個傳感器測量獲得多種干擾因素的作用強(qiáng)度值，進(jìn)而與誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，獲得該組作用強(qiáng)度值對應(yīng)的最優(yōu)誤差補(bǔ)償量，采用該最優(yōu)誤差補(bǔ)償量對光柵尺系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。但是，其不能處理傳感器本身的測量誤差數(shù)據(jù)的基本特征，無法從根本上提升測量精度，從而影響誤差補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容