非对径安装双读数头圆光栅偏心测角误差修正

王笑一; 王永军; 雷贤卿; 邓四二; 卢继敏

doi:10.37188/OPE.20212905.1103

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

非对径安装双读数头圆光栅偏心测角误差修正

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-07-08

- 非对径安装双读数头圆光栅偏心测角误差修正
- Correction method for angle measurement error of eccentric encoder with double read-heads installed non-diametrically opposite
- 光学精密工程 2021年29卷第5期页码：1103-1114
- 作者机构：
  
  1.河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室，河南洛阳 471003
  2.贵阳新天光电科技有限公司，贵州贵阳 550018
- 作者简介：
  
  [ "王笑一（1976-），男，河南洛阳人，博士，副教授，1999年于洛阳工学院获得学士学位，2005年于河南科技大学获得硕士学位，2016年于北京工业大学获得博士学位，主要研究方向为精密测量、齿轮测量和数控技术。E-mail： wxy2.0@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51775172);中国博士后科学基金资助项目(188521)
- DOI：10.37188/OPE.20212905.1103
  中图分类号： TH712
- 收稿日期：2020-10-14，
  
  修回日期：2021-01-08，
  
  纸质出版日期：2021-05-15
- 稿件说明：
移动端阅览
王笑一,王永军,雷贤卿等.非对径安装双读数头圆光栅偏心测角误差修正[J].光学精密工程,2021,29(05):1103-1114.

WANG Xiao-yi,WANG Yong-jun,LEI Xian-qing,et al.Correction method for angle measurement error of eccentric encoder with double read-heads installed non-diametrically opposite[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1103-1114.
王笑一,王永军,雷贤卿等.非对径安装双读数头圆光栅偏心测角误差修正[J].光学精密工程,2021,29(05):1103-1114. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1103.

WANG Xiao-yi,WANG Yong-jun,LEI Xian-qing,et al.Correction method for angle measurement error of eccentric encoder with double read-heads installed non-diametrically opposite[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1103-1114. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1103.

摘要

圆光栅安装偏心引起的测角误差是影响圆光栅角度测量精度的关键因素，而对圆光栅安装偏心引起的测角误差进行修正是提高圆光栅测角精度的有效方法。本文分析了圆光栅安装偏心与测角误差之间的关系，建立了基于双读数头的圆光栅偏心测角误差理论模型，提出了一种基于非对径安装双读数头的圆光栅偏心测角误差修正方法。仿真及实测试验表明，在双读数头非对径安装时，新方法对读数头安装误差和圆光栅偏心误差造成的测角误差的修正效果明显优于双读数头均值法。试验中，当两读数头对径安装误差约为4°时，新方法修正后的测角误差为均值法修正后测角误差的二分之一以下，其中仿真试验中由均值法修正后测角误差为1.785″，新方法修正后的测角误差为0.720″。

Abstract

The angle measurement error caused by the eccentric installation of the circular grating is the key factor affecting the angle measurement accuracy of the circular grating. It is an effective method for correcting the angle measurement error caused by the eccentric installation of an encoder. In this paper， the relation between the eccentricity of the circular grating installation and the angle measurement error is analyzed， the development of a theoretical model of the eccentric angle measurement error of the circular grating based on a dual read head is presented， and a new method for correcting the eccentric angle measurement error of the circular grating based on a non-diametrically installed dual read head is proposed. The simulation and experimental results showed that the new method is better than the conventional mean method in correcting the angle measurement error caused by the installation error of the dual read head and by the eccentric error of the circular grating. In the test， when the installation error of the diametrical alignment of the dual read head was approximately 4°， the angular measurement error corrected by the new method was less than that corrected by the mean method. In the simulation， the corrected angular measurement error of the mean method was 1.785 inches， whereas that of the new method was 0.720 inch.

关键词

Keywords

references

XI-JUN C ， ZHEN-HUAN W ， QING-SHUANG Z . Angle measurement error and compensation for decentration rotation of circular gratings ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2010 ， 17 （ 4 ）： 536 - 539 .

江炜，周维虎，劳达宝，等 . 多光栅测角系统精密转台轴系设计［J］. 仪表技术与传感器， 2018 ，（ 9 ）： 24 - 28 .

JIANG W ， ZHOU W H ， LAO D B ， et al . Design of precision turntable shaft for multi-gratings angle measuring system ［J］. Instrument Technique and Sensor ， 2018 ，（ 9 ）： 24 - 28 . （in Chinese）

杨婧，冯其波 . 数控机床空间几何误差测量研究进展［J］. 仪器仪表学报， 2017 ， 38 （ 8 ）： 1901 - 1911 .

YANG J ， FENG Q B . Research progress on volumetric geometric error measurement of numerical control （NC） machine tools ［J］. China Journal of Scientific Instrument ， 2017 ， 38 （ 8 ）： 1901 - 1911 . （in Chinese）

于连栋，鲍文慧，赵会宁，等 . 新型圆光栅测角误差补偿方法及其应用［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1719 - 1726 .

YU L D ， BAO W H ， ZHAO H N ， et al . Application and novel angle measurement error compensation method of circular gratings ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1719 - 1726 . （in Chinese）

娄志峰，郝秀朋，刘力，等 . 圆光栅配合自准直仪测量主轴径向运动误差［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 9 ）： 2053 - 2061 .

LOU ZH F ， HAO X P ， LIU L ， et al . Spindle radial motion error measurement using a circular grating and a autocollimator ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 9 ）： 2053 - 2061 . （in Chinese）

石照耀，尚岳，王笑一，等 . 长光栅传感器动态误差检测系统设计［J］. 北京工业大学学报， 2016 ， 42 （ 3 ）： 321 - 328 .

SHI ZH Y ， SHANG Y ， WANG X Y ， et al . Design of Dynamic Error Measurement System for Liner-encoders ［J］. Journal of Beijing University of Technology ， 2016 ， 42 （ 3 ）： 321 - 328 . （in Chinese）

陈希军，王振桓，曾庆双 . Angle measurement error and compensation for decentration rotation of circular gratings ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2010 ， 17 （ 4 ）： 536 - 539 . （in Chinese）

CHEN X J ， WANG ZH H ， ZENG Q SH . Angle measurement error and compensation for decentration rotation of circular gratings ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2010 ， 17 （ 4 ）： 536 - 539 . （in Chinese）

高贯斌 . 关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究［D］. 杭州：浙江大学， 2010 .

GAO G B . Study on Self-calibration Method and Error Compensation of Articulated Arm Coordinate Measuring Machine ［D］. Hangzhou ： Zhejiang university ， 2010 . （in Chinese）

费斌，徐文雄，蒋庄德，等 . 计量圆光栅动态精度的检测技术［J］. 仪器仪表学报， 1996 ，（ 5 ）： 78 - 82 .

FEI B ， XU W ， JIANG ZH D ， et al . Measurement technology of dynamic precision of metering circular grating ［J］. China Journal of Scientific Instrument ， 1996 ，（ 5 ）： 78 - 82 . （in Chinese）

钱建强，王东生 . 一种闭环控制圆光栅角度分度测量装置［J］. 仪器仪表学报， 2006 ， 27 （ S2 ）： 1515 - 1516 .

QIAN J Q ， WANG D SH . Circular grating angle-division measuring equipment based on closed loop controlling system ［J］. China Journal of Scientific Instrument ， 2006 ， 27 （ S2 ）： 1515 - 1516 . （in Chinese）

折文集，高立民，杨永清，等 . 激光跟踪仪测角误差标定及补偿［J］. 仪器仪表学报， 2015 ， 36 （ Z1 ）： 52 - 56 .

SHE W J ， GAO L M ， YANG Y Q ， et al . Calibration and compensation of angular error in laser tracker ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument . 2015 ， 36 （ Z1 ）： 52 - 56 . （in Chinese）

张文颖，朱浩然，李美萱，等 . 基于自准直仪的测角传感器实时在位校准方法［J］. 中国激光， 2019 ， 46 （ 4 ）： 166 - 172 .

ZHANG W Y ， ZHU H R ， LI M X ， et al . Real-time In-Situ Calibration for Angle Measuring Sensor Based on Autocollimator ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2019 ， 46 （ 4 ）： 166 - 172 . （in Chinese）

王福全，王珏，谢志江，等 . 精密转台角分度误差补偿［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 8 ）： 2165 - 2172 .

WANG F Q ， WANG J ， XIE ZH J ， et al . Compensation of angular indexing error for precision turntable ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 8 ）： 2165 - 2172 . （in Chinese）

艾晨光，褚明，孙汉旭，等 . 基准圆光栅偏心检测及测角误差补偿［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 11 ）： 2479 - 2484 .

AI CH G ， CHU M ， SUN H X ， et al . Eccentricity testing of benchmark circular grating and compensation of angular error ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 11 ）： 2479 - 2484 . （in Chinese）

郭阳宽，李玉和，李庆祥，等 . 运动偏心对圆光栅副测量的影响及误差补偿［J］. 清华大学学报（自然科学版）， 2005 ，（ 2 ）： 178 - 181 .

GUO Y K ， LI Y H ， LI Q X ， et al . Error compensation for eccentric motions of circular gratings ［J］. Journal of Tsinghua University（Science and Technology）， 2005 ，（ 2 ）： 178 - 181 . （in Chinese）

唐松，方明，姚磊 . 安装偏心对圆光栅测角精度的影响及误差补偿技术研究［J］. 计量与测试技术， 2013 ， 40 （ 6 ）： 11 - 12 .

TANG S ， FANG M ， YAO L . Influence of installation eccentricity on angular measurement accuracy of circular gratings and error compensation technology ［J］. Metrology & Measurement Technique ， 2013 ， 40 （ 6 ）： 11 - 12 . （in Chinese）

王文，林铿，高贯斌，等 . 关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识［J］. 光学精密工程， 2010 ， 18 （ 1 ）： 135 - 141 .

WANG W ， LIN K ， GAO G B ， et al . Eccentricity parameter identification of angle sensors for articulated arm CMMs ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2010 ， 18 （ 1 ）： 135 - 141 . （in Chinese）

王园 . 双读数头圆光栅偏心参数标定修正算法［J］. 工具技术， 2018 ， 52 （ 11 ）： 142 - 146 .

WANG Y . Correction algorithm for double reading head eccentricity parameters calibration ［J］. Tool Eengineering ， 2018 ， 52 （ 11 ）： 142 - 146 . （in Chinese）

焦扬，黄明，刘品宽，等 . 双角度编码器超精密转台测角误差校准［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 10 ）： 2180 - 2191 .

JIAO Y ， HUANG M ， LIU P K ， et al . Calibration of angular errors of high-precision rotary table with two-angle encoders ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 10 ）： 2180 - 2191 . （in Chinese）

RALF D G ， ANDREAS J . A shearing-based method for the simultaneous calibration of angle measuring devices ［J］. Measurement Science and Technology ， 2014 ， 25 （ 10 ）.

RALF D G ， ALFRED L ， MICHAEL K ， et al . Capabilities and limitations of the self-calibration of angle encoders ［J］. Measurement Science and Technology ， 2014 ， 25 （ 5 ）.

YANG J ， YE D ， ZEGUANG D ， et al . Optimal-arrangement-based four-scanning-heads error separation technique for self-calibration of angle encoders ［J］. Measurement Science and Technology . 2018 ， 29 （ 8 ）.

王显军 . 光电轴角编码器细分信号误差及精度分析［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 2 ）： 379 - 386 .

WANG X J . Errors and precision analysis of subdivision signals for photoelectric angle encoders ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 2 ）： 379 - 386 . （in Chinese）

乔栋，续志军，吴宏圣，等 . 绝对式光栅尺细分误差补偿方法［J］. 光学学报， 2015 ， 35 （ 1 ）： 220 - 225 .

QIAO D ， XU ZH J ， WU H SH ， et al . A Method for Compensating Interpolation Error of Absolute Linear Encoder ［J］. Acta Optica Sinica ， 2015 ， 35 （ 1 ）： 220 - 225 . （in Chinese）

冯英翘，万秋华 . 小型光电编码器细分误差校正方法［J］. 仪器仪表学报， 2013 ， 34 （ 6 ）： 1374 - 1379 .

FENG Y Q ， WAN Q H . Interpolation error calibration method of small photoelectric encoders ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument ， 2013 ， 34 （ 6 ）： 1374 - 1379 . （in Chinese）

浏览量

578

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

大型望远镜指向精度的影响因素及综合修正模型研究

激光跟踪仪几何结构误差标定及修正

旋变二次谐波测角误差自校正

ZC1蜗杆齿廓测量测头对准误差修正

FMCW激光雷达几何结构精度模型与误差修正