CN116642436A - 一种圆光栅偏心误差的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于圆光栅编码器校正技术领域，具体涉及一种圆光栅偏心误差的校正方法。所述方法包括以下步骤：圆光栅编码盘随工作台同步旋转，测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，得到第一光道的第一测量角度和第二光道的第二测量角度；根据第一测量角度和第二测量角度进行偏心误差计算，得到工作台的实际旋转角度。本发明技术方案无需补偿或者调整便可以得到精确的实际旋转角度，基本消除了圆光栅安装偏心带来的测角误差，不仅测量精度高而且操作简单。

Description

一种圆光栅偏心误差的校正方法

技术领域

本发明属于圆光栅编码器校正技术领域，具体涉及一种圆光栅偏心误差的校正方法。

背景技术

圆光栅是最常用的高精度角位移传感器，被广泛应用于各种精密仪器设备中。圆光栅编码器的核心部件为光栅码盘(亦称圆光栅编码盘)和读数头，光栅码盘固定于编码器转轴上且保持同步旋转，读数头固定于编码器固定部件上，两部件之间可进行相对回转运动。由于编码器安装工艺限制，安装过程中光栅码盘的光学圆心与编码器轴系的回转轴心不重合会导致安装偏心误差。因此，在使用圆光栅编码器之前需要调试，将光栅码盘的安装误差控制在预设范围内。现有的圆光栅编码器通常是通过调整径向跳动的大小来调整光栅码盘与转轴的安装位置精度。

但是，在测量精度要求较高时，由圆光栅安装偏心引起的测角误差是不能忽略的，即使是很小的安装误差都会造成很大影响。因此，对圆光栅安装偏心引起的测角误差进行修正是非常有必要的。

目前对于圆光栅安装偏心问题的解决主要有机械调整和误差补偿两种方式。其中机械调整的精度很低，无法解决圆光栅微小偏心的问题，而在精密测量中，微小的偏心也会导致较大的测量误差。目前的误差补偿方式，主要是通过均值法和误差曲线拟合的方式，这种方式也无法达到很高的精度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种圆光栅偏心误差的校正方法，无需补偿或者调整便可以得到精确的实际旋转角度，基本消除了圆光栅安装偏心带来的测角误差，不仅测量精度高而且操作简单。

本发明提供了一种圆光栅偏心误差的校正方法，包括以下步骤：

圆光栅编码盘随工作台同步旋转，测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，得到第一光道的第一测量角度和第二光道的第二测量角度；

根据第一测量角度和第二测量角度进行偏心误差计算，得到工作台的实际旋转角度。

优选地，所述光道指的是圆光栅编码盘上的一条光栅环形刻划线，或者是圆光栅编码盘上的多条光栅刻划线组成的同心圆环。

优选地，所述测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，具体为：

采用一个具有两光道信息读取能力的读数头测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度。

优选地，所述测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，具体为：

采用两读数头分别测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度。

优选地，所述两光道的选取根据两读数头的尺寸大小和测量范围确定。

优选地，所述两读数头沿工作台轴向并列安装且指向工作台的中心。

优选地，所述两读数头之间的间距与两光道之间的间距相同。

优选地，所述根据第一测量角度和第二测量角度进行偏心误差计算，得到工作台的实际旋转角度，具体为：

根据第一测量角度计算第一角度正弦值和第一角度余弦值；

根据第二测量角度计算第二角度正弦值和第二角度余弦值；

将第一角度正弦值、第一角度余弦值、第二角度正弦值和第二角度余弦值代入偏心计算公式，得到初始计算角度；

根据初始计算角度和补偿规则得到工作台的实际旋转角度。

优选地，所述偏心计算公式如下：

式中，R₁和R₂分别为第一光道的半径和第二光道的半径，β₁和β₂分别为两读数头测量的第一测量角度和第二测量角度，α'为初始计算角度。

优选地，所述补偿规则，具体为：

当β₁和β₂在0～π之间时：

若tanα'＞0，则α＝α'；若tanα'＜0，则α＝α'+π；

当β₁和β₂在π～2π之间时：

若tanα'＞0，则α＝α'+π；若tanα'＜0，则α＝α'+2π。

本实施例的技术方案，无需补偿或者调整便可以得到精确的实际旋转角度，基本消除了圆光栅安装偏心带来的测角误差，不仅测量精度高而且操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。

图1为实施例中圆光栅偏心误差的校正方法的流程图；

图2为实施例中偏心计算示意图。

图3为实施例中不同方法误差对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

本实施例将圆光栅编码盘安装到工作台上，使其能够随工作台一起旋转，选取圆光栅编码盘上合适的两个光道作为待测光道。

所述光道指的是圆光栅编码盘上的一条光栅环形刻划线，或者是圆光栅编码盘上的多条光栅刻划线组成的同心圆环。选取的两光道过近会导致无法对读数头进行安装，选取的两光道过远则会降低安装精准度并使得安装更加复杂，因此，两光道的选取根据两读数头的尺寸大小和测量范围来确定。两光道可以是相邻光道，也可以是不相邻光道。

本实施例可采用一个读数头或两个读数头来测量光道旋转角度。采用一个读数头时，该读数头具有两光道信息读取能力，从而能够测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度。采用两读数头时，两读数头沿工作台轴向并列安装且指向工作台的中心，两读数头之间的间距与两光道之间的间距相同，两读数头分别测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度。

本实施例提供的一种圆光栅偏心误差的校正方法，如图1所示，包括以下步骤：

圆光栅编码盘随工作台同步旋转，测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，得到第一光道的第一测量角度和第二光道的第二测量角度；

根据第一测量角度和第二测量角度进行偏心误差计算，得到工作台的实际旋转角度。

如图2所示，为偏心计算示意图，O₁为实际中心，O₂为偏心中心，O₁和O₂之间的距离e为偏心距离。β₁为第一光道的第一测量角度，β₂为第二光道的第二测量角度，R₁为第一光道的半径，R₂为第二光道的半径，α为实际旋转角度。

本实施例通过读数头测量第一测量角度β₁和第二测量角度β₂。根据第一测量角度计算第一角度正弦值和第一角度余弦值；根据第二测量角度计算第二角度正弦值和第二角度余弦值；将第一角度正弦值、第一角度余弦值、第二角度正弦值和第二角度余弦值代入偏心计算公式，得到初始计算角度。

其中，所述偏心计算公式如下：

通过上述公式得到初始计算角度α'后，根据补偿规则即可得到实际旋转角度。

由于正切函数的周期为-π/2到π/2，所以通过反正切得到的值总是落在-π/2到π/2之间，因此在旋转角度超过π/2时要进行周期的补偿。由此直接根据正切函数的周期π进行补偿。所述补偿规则，具体为：

当β₁和β₂在0～π之间时：

若tanα'＞0，则α＝α'；若tanα'＜0，则α＝α'+π；

当β₁和β₂在π～2π之间时：

若tanα'＞0，则α＝α'+π；若tanα'＜0，则α＝α'+2π。

为了验证本实施例方法的精度，以一个直径57.15mm，偏心距离10um，光道间距500um的圆光栅为例。分别采用此本实施例方法和对径双读头方法进行测量。使光栅按照设定的角度旋转一周，得到不同方法下的多组测量角度值，将这些测量角度值与实际旋转角度进行比较即可得到不同方法下的测角误差，将得到的多组测角误差值，构成测角误差曲线。如图3所示，为本实施例方法与对径双读头方法测角误差的对比图，通过该图可以得出本实施例方法具有更小的测量误差，更高的测量精度。

综上所述，本实施例的圆光栅偏心误差的校正方法，无需补偿或者调整便可以得到精确的实际旋转角度，基本消除了圆光栅安装偏心带来的测角误差，不仅测量精度高而且操作简单。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块或步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所述模块或步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或步骤可结合为一个模块或步骤，一个模块或步骤可拆分为多个模块或步骤，或一些特征可以忽略等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

圆光栅编码盘随工作台同步旋转，测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，得到第一光道的第一测量角度和第二光道的第二测量角度；

根据第一测量角度和第二测量角度进行偏心误差计算，得到工作台的实际旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述光道指的是圆光栅编码盘上的一条光栅环形刻划线，或者是圆光栅编码盘上的多条光栅刻划线组成的同心圆环。

3.根据权利要求1所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，具体为：

采用一个具有两光道信息读取能力的读数头测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度。

4.根据权利要求1所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度，具体为：

采用两读数头分别测量圆光栅编码盘上的两光道的旋转角度。

5.根据权利要求4所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述两光道的选取根据两读数头的尺寸大小和测量范围确定。

6.根据权利要求4所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述两读数头沿工作台轴向并列安装且指向工作台的中心。

7.根据权利要求6所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述两读数头之间的间距与两光道之间的间距相同。

8.根据权利要求1所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述根据第一测量角度和第二测量角度进行偏心误差计算，得到工作台的实际旋转角度，具体为：

根据第一测量角度计算第一角度正弦值和第一角度余弦值；

根据第二测量角度计算第二角度正弦值和第二角度余弦值；

将第一角度正弦值、第一角度余弦值、第二角度正弦值和第二角度余弦值代入偏心计算公式，得到初始计算角度；

根据初始计算角度和补偿规则得到工作台的实际旋转角度。

9.根据权利要求8所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述偏心计算公式如下：

式中，R₁和R₂分别为第一光道的半径和第二光道的半径，β₁和β₂分别为两读数头测量的第一测量角度和第二测量角度，α'为初始计算角度。

10.根据权利要求8所述的一种圆光栅偏心误差的校正方法，其特征在于，所述补偿规则，具体为：

当β₁和β₂在0～π之间时：

若tanα'＞0，则α＝α'；若tanα'＜0，则α＝α'+π；

当β₁和β₂在π～2π之间时：

若tanα'＞0，则α＝α'+π；若tanα'＜0，则α＝α'+2π。