用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法技术

本发明专利技术涉及一种用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法，其包括以下步骤：采用傅立叶分析法确定测角误差分析中的传递函数并分析其特性；综合考虑谐波抑制、随机噪声及校准精度等因素确立优化目标；确定读数头个数、校准谐波总数等初始参数及读数头安装最小角度间隔等约束条件，进而求解优化问题等。本发明专利技术提出的用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法能够实现对角度编码器的高精度、快速、实时、在位校准，且成本更低，其中两读数头最优布置方案特别适用于常规的高精度测试系统，而三读数头优化系统更可被用于超高精度的校准场合。

Optimal layout of reading head for angle encoder self calibration

The invention relates to a self calibration method of optimal layout for the reading head angle encoder, which comprises the following steps: using the Fu Liye analysis method to determine the transfer function of error analysis and analysis of its characteristics; considering the harmonic suppression, random noise and the accuracy of the calibration factors such as the establishment of optimization objectives; determine the reading head number, harmonic calibration the total number of initial parameters and the minimum angle reading head installation interval constraints, and solve the optimization problem. The invention provides for self calibration of angle encoder reading head layout optimization method can achieve high precision angle encoder and fast, real-time and in-situ calibration, and lower cost, of which two reading heads the optimal layout scheme is especially suitable for high precision testing system is regular, and the three reading heads can be used to calibrate the system optimization more occasions ultra high precision.

【技术实现步骤摘要】
用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法
本专利技术涉及一种精密测量领域中角度测量装置的校准方法，特别是涉及一种用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法。
技术介绍
角度编码器是精密测量领域中的关键部件，主要应用在角度值的高精度测量装置中，例如机床回转工作台、精密转台以及角度计量国家基准等。典型的角度编码器主要包括圆光栅码盘和读数头。在实际工作过程中，角度编码器的测量精度受多种因素影响，包括：光栅栅距的准确性、信号细分质量、光栅安装变形、读数头的安装与调整误差、光栅相对于轴承的安装偏心、轴承跳动甚而温度变化等。因此就需要通过对编码器进行校准来确定进而补偿由这些因素所导致的测量误差，提升测量精度。一种传统的校准方法是将一个更高精度的测角装置(参考编码器或多面棱体等)与被检角度编码器同轴安装，通过连续测量二者的差值来确定被检角度编码器的误差。但是这种方法实时性差、操作繁琐耗时，同时由于忽略了参考测角装置的相关误差，因此其校准精度有限。另一种传统的校准方法称为排列互比法，主要原理是通过将被检角度编码器与陪检测角装置(如多面棱体、多齿分度台等)同轴安装，进行多次转位的比较测量，根据圆周封闭原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法，其特征在于，所述用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法包括以下步骤：步骤一：确定测角误差分析中的传递函数并分析其特性：第k个读数头Hk相对于第一个读数头H1的安装间隔角度为αk(α1＝0)，则在圆光栅码盘旋转的过程中，读数头Hk的读数Hk(θ)既包含了真实的旋转角度θ，又包含了该测点处的测角误差ε(θ+αk)，如下公式所示：Hk(θ)＝θ+ε(θ+αk)在实际测试中可以通过两个读数头读数的相对差值消去角度θ，获得只包含测角误差的关系式，读数头Hk与Hr的相对差值如下公式所示：δkr(θ)＝Hk(θ)‑Hr(θ)＝ε(θ+αk)‑ε(θ+αr)又由...

【技术特征摘要】
1.一种用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法，其特征在于，所述用于角度编码器自校准的读数头优化布置方法包括以下步骤：步骤一：确定测角误差分析中的传递函数并分析其特性：第k个读数头Hk相对于第一个读数头H1的安装间隔角度为αk(α1＝0)，则在圆光栅码盘旋转的过程中，读数头Hk的读数Hk(θ)既包含了真实的旋转角度θ，又包含了该测点处的测角误差ε(θ+αk)，如下公式所示：Hk(θ)＝θ+ε(θ+αk)在实际测试中可以通过两个读数头读数的相对差值消去角度θ，获得只包含测角误差的关系式，读数头Hk与Hr的相对差值如下公式所示：δkr(θ)＝Hk(θ)-Hr(θ)＝ε(θ+αk)-ε(θ+αr)又由于角度编码器每旋转一圈便会重复原来的误差，因此其测角误差具有周期性，可以用傅立叶级数表示，如下公式所示：式中，n表示各阶谐波分量，N为所要分析的谐波总数，F(n)为傅里叶系数；基于圆周封闭原理，直流分量F(0)＝0；e为自然底数，实数为2.718281；同样也可对差值函数δkr(θ)进行傅立叶变换，设Ekr(n)为δkr(θ)所对应的傅立叶系数，则Ekr(n)与F(n)的相对关系如下公式所示：式中Wkr(n)即为传递函数，可以看出Wkr(n)只与读数头之间的间隔角度有关，因此，测得差值函数δkr(θ)后，通过离散傅立叶变换得到其傅立叶系数Ekr(n)，进而结合传递函数Wkr(n)即可得到测角误差的傅里叶系数F(n)，最后通过离散傅立叶逆变换求得角度编码器测角误差函数ε(θ)；此外对于读数头个数M>2的编码器自校准系统，通过其中任意两个读数头都可以得到F(n)，因此总共有个组合，综合利用所有组合可进一步提升F(n)的估算精度，如下公式所示：其中，pkr(n)为加权系数，如下公式所示：为了分析传递函数的特性，求取传递函数的模如下式所示：由于|exp(inαr)|≡1，因此对于特定阶次的谐波分量，两读数头传递函数模的大小只与这两个读数头之间的夹角有关，进一步分析可得0≤|Wkr(n)|≤2，另外由公式也可以看出，当|Wkr(n)|＝0时，会产生谐波抑制问题，即测角误差的第n次谐波分量难以用傅立叶方法求得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘品宽，
申请(专利权)人：上海微泓自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31