精密减速器检测仪测角误差补偿

裘祖荣; 周磊; 薛洁; 于振

doi:10.37188/OPE.20212911.2622

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精密减速器检测仪测角误差补偿

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2022-01-25

- 精密减速器检测仪测角误差补偿
- Angle error compensation of precision reducer tester
- 光学精密工程 2021年29卷第11期页码：2622-2631
- 作者机构：
  
  天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
- 作者简介：
  
  [ "裘祖荣（1958-），男，上海人，教授，博士生导师，1981年、1995年于太原工业大学分别获得学士、硕士学位，2000年于天津大学获得博士学位，主要从事精密机械设计、精密仪器设计、传感器等方面的教学和科研工作。 E-mail：qzr@tju.edu.cn" ]
  [ "周　磊（1998-），男，陕西渭南人，硕士研究生，2019年于天津大学获得学士学位，主要从事光电自准直技术以及精密减速器检测仪器方面的研究。E-mail：zhoulei_@tju.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”专项(2017YFF0108102)
- DOI：10.37188/OPE.20212911.2622
  中图分类号： TB922;TH712
- 收稿日期：2021-05-25，
  
  修回日期：2021-06-28，
  
  纸质出版日期：2021-11-15
- 稿件说明：
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裘祖荣,周磊,薛洁等.精密减速器检测仪测角误差补偿[J].光学精密工程,2021,29(11):2622-2631.

QIU Zu-rong,ZHOU Lei,XUE Jie,et al.Angle error compensation of precision reducer tester[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(11):2622-2631.
裘祖荣,周磊,薛洁等.精密减速器检测仪测角误差补偿[J].光学精密工程,2021,29(11):2622-2631. DOI： 10.37188/OPE.20212911.2622.

QIU Zu-rong,ZHOU Lei,XUE Jie,et al.Angle error compensation of precision reducer tester[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(11):2622-2631. DOI： 10.37188/OPE.20212911.2622.

摘要

针对圆光栅安装倾斜、光栅变形等因素造成的精密减速器检测仪测角系统精度降低，传统误差补偿方法采样点数受多面棱体工作面限制，导致补偿效果不足的问题，提出一种多数据关联的误差补偿方法。采用自准直仪结合正24面棱体对圆光栅测角误差进行标定，通过改变多面棱体与圆光栅在周向方向上的相对位置，得到多组测角误差标定数据。利用误差谐波法对多组测量数据进行预处理，将不同组数据关联，并代入BP神经网络中训练，得到圆光栅测角误差模型。该方法无需计算补偿式，能够克服误差谐波法在样本点过多时易产生拟合震荡的问题。实验结果表明：本文所提出的补偿方法残差峰峰值在0.94″内，标准差为0.25″，分别减小至误差谐波法修正后的33.3%和37.9%，有效提高了圆光栅测角系统的精度，使减速器检测仪测角精度达到亚角秒级。

Abstract

This study was aimed at dealing with the reduction in the precision of the angle measurement system in precision reducers due to the installation tilt and the deformation of the circular grating. The traditional error compensation method is limited by the number of working faces of the multi-sided prism， making the compensation effect insufficient. Thus， an error compensation method based on multi-data correlation was proposed. The autocollimator was combined with a regular 24-sided prism and used to calibrate the angle measurement error of the circular grating. By changing the relative position of the polyhedral prism and the circular grating in the circumferential direction， several groups of calibration data for the measurement of the angle error were obtained. The harmonic wave error compensation method was then used to preprocess multiple groups of measurement data； subsequently， the different groups of data were correlated and trained by a back propagation neural network to obtain the angular error model for the circular grating. This method does not need to employ the compensation formula， and it can also overcome the problem of fitting oscillation data when there are several sample points in the harmonic wave error compensation method. The experimental results show that the peak value for the residual error of the proposed compensation method is within 0.94" and the standard deviation is 0.25"； these values are 33.3% and 37.9% less than those of the traditional harmonic wave error compensation method， respectively. The proposed method effectively improves the accuracy of the angle measuring system to a sub-arc second level.

关键词

Keywords

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XUE J ， QIU Z R ， FANG L ， et al . Angular measurement of high precision reducer for industrial robot ［C］. 2020 IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement . IEEE ， 2020 ， 70 ： 1 - 10 . doi: 10.1109/i2mtc43012.2020.9129325 http://dx.doi.org/10.1109/i2mtc43012.2020.9129325

PHAM A D ， AHN H J . High precision reducers for industrial robots driving 4th industrial revolution： state of arts， analysis， design， performance evaluation and perspective ［J］. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology ， 2018 ， 5 （ 4 ）： 519 - 533 . doi: 10.1007/s40684-018-0058-x http://dx.doi.org/10.1007/s40684-018-0058-x

裘祖荣，尤悦，路遥环，等 . 精密减速器检测仪自动标定系统设计［J］. 仪表技术与传感器， 2020 （ 10 ）： 47 - 51， 88 . doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2020.10.011 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-1841.2020.10.011

QIU Z R ， YOU Y ， LU Y H ， et al . Design of automatic calibration system for precision reducer tester ［J］. Instrument Technique and Sensor ， 2020 （ 10 ）： 47 - 51， 88 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2020.10.011 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-1841.2020.10.011

JIAO Y ， DONG Z G ， DING Y ， et al . Optimal arrangements of scanning heads for self-calibration of angle encoders ［J］. Measurement Science and Technology ， 2017 ， 28 （ 10 ）： 105013 . doi: 10.1088/1361-6501/aa8545 http://dx.doi.org/10.1088/1361-6501/aa8545

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 . doi: 10.3788/ope.20192708.1719 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192708.1719

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） . doi: 10.3788/ope.20192708.1719 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192708.1719

SU Z K ， QIU Z R ， WANG C L ， et al . A new method for circular grating's eccentricity identification and error compensation ［C］. 2015 Fifth International Conference on Instrumentation and Measurement， Computer， Communication and Control （IMCCC）. 1820，2015 ， Qinhuangdao， China. IEEE ， 2015 ： 360 - 363 . doi: 10.1109/imccc.2015.83 http://dx.doi.org/10.1109/imccc.2015.83

ZHENG D T ， YIN S F ， LUO Z Y ， et al . Measurement accuracy of articulated arm CMMs with circular grating eccentricity errors ［J］. Measurement Science and Technology ， 2016 ， 27 （ 11 ）： 115011 . doi: 10.1088/0957-0233/27/11/115011 http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/27/11/115011

YU Y ， DAI L ， CHEN M S ， et al . Calibration， compensation and accuracy analysis of circular grating used in single gimbal control moment gyroscope ［J］. Sensors ， 2020 ， 20 （ 5 ）： 1458 . doi: 10.3390/s20051458 http://dx.doi.org/10.3390/s20051458

周彬彬 . 高精度圆光栅测角系统误差补偿技术研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2016 .

ZHOU B B . Research on Error Compensation Technology for High Accuracy Circle Gratings Angel-measuring System ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2016 . （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 . doi: 10.3788/OPE.20122011.2479 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20122011.2479

AI CH G ， CHU M ， SUN H X ， et al . Eccentric testing of benchmark circular grating and compensation of angular error ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 11 ）： 2479 - 2484 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20122011.2479 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20122011.2479

李万红 . 激光跟踪仪高精度测角误差补偿技术研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2014 .

LI W H . Research on High Accuracy Angular Error Compensation Technology for Laser Tracker ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2014 . （in Chinese）

苏东风 . 高精度标定转台光栅测角系统关键技术研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2011 . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/26945 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/26945

SU D F . Study of Key Techniques on High Precision Calibration Turntable Grating Angle Measuirng System ［D］. Changchun ： Graduate School Changchun Institute of optics， precision machinery and Physics， Chinese Academy of Sciences ， 2011 . （in Chinese） . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/26945 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/26945

王妍 . 圆光栅读数信号的关键处理技术［D］. 杭州：中国计量大学， 2016 . doi: 10.25368/2020.20 http://dx.doi.org/10.25368/2020.20

WANG Y . The Key Techniques of Signal Processing on Circular Grating Reading System ［D］. Hangzhou ： China University of Metrology ， 2016 . （in Chinese） . doi: 10.25368/2020.20 http://dx.doi.org/10.25368/2020.20

田留德，赵建科，王涛，等 . 测试设备位姿失调对自准直仪法测量圆分度误差的影响［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 9 ）： 2267 - 2276 . doi: 10.3788/ope.20172509.2267 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172509.2267

TIAN L D ， ZHAO J K ， WANG T ， et al . Influence of test equipment pose error on dividing error measurement based on autocollimator ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 9 ）： 2267 - 2276 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172509.2267 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172509.2267

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 . doi: 10.3788/ope.20172508.2165 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172508.2165

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） . doi: 10.3788/ope.20172508.2165 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172508.2165

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