圆光栅安装偏心误差测量与补偿技术

发布时间：2020-10-09 15:46

　　圆光栅编码器在航空航天、智能机器人、高档数控机床、高精度坐标测量机等领域有着广泛的应用,随着技术的不断发展,对圆光栅编码器的测量精度的要求也越来越高。安装偏心误差对圆光栅编码器的测角精度有很大的影响,测量求出安装偏心误差参数、补偿因偏心误差带来的测量误差至关重要。针对圆光栅偏心误差参数测量与补偿问题,本文设计了基于机器视觉的圆光栅安装偏心参数测量系统,提出了机器视觉方式圆光栅偏心误差参数辨识算法;同时针对现有双读数头方式圆光栅安装偏心误差参数测量和补偿存在的问题,提出了改进的误差补偿算法,实验结果显示,所设计的偏心误差测量系统能够有效实现圆光栅偏心误差参数辨识,所提出的补偿算法能有效提升圆光栅编码器角度测量精度。根据机器视觉方式圆光栅编码器安装偏心参数测量系统的技术要求,首先设计了参数测量系统的总体方案,在此基础上,研究了基于机器视觉的偏心参数辨识算法,分析了测量装置的总体结构,详细介绍了镜头位置调节结构和圆光栅旋转结构的设计过程。其次根据偏心误差测量要求,对运动控制系统的核心控制器、驱动电机以及图像采集系统的工业相机、光学镜头以及光源等关键部件进行了选型设计。最后,研究了系统运动控制的核心控制算法以及图像处理的核心算法,详细剖析了机器视觉偏心误差测量系统的运动控制功能以及图像处理功能模块的实现过程。针对已有双读数头圆光栅安装偏心参数测量与补偿存在的测量过程繁琐、补偿精度低的问题,本文在前人建立的安装偏心误差模型基础上,分析了安装偏心对圆光栅编码器角度测量精度的影响,研究并提出了针对双读数头方式的偏心误差测量与补偿模型,通过仿真对所提误差测量和补偿模型的效果进行了验证。最后,为了验证所设计的机器视觉偏心误差测量系统的误差参数测量精度,以及针对双读数头方式提出的误差测量和补偿模型的效果,采用正二十三面棱体与光电自准直仪配合实现测量。实验结果显示,采用所提出的双读数头误差测量和补偿模型,能够有效辨识安装偏心误差参数,并对角度测量误差进行补偿,补偿后的测角精度可达到1"以内。同时,两种方式的圆光栅安装偏心误差测量结果相差小于1μm,很好地验证了所设计的机器视觉测量系统的精度和可靠性。通过以上研究,实现了对圆光栅安装偏心的测量及补偿,对于提高圆光栅测角精度起到了重要作用。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN762
【部分图文】：

圆光栅

选自于国家重大科学仪器设备开》（项目编号：2013YQ220893）—是半径为 1.8m 的球形区域，空间过±0.03mm，总重量要求不超过用的角度测量传感器圆光栅编码和意义玻璃载体上刻线获得的光栅称为角度测量。近年来，利用圆光栅地研制了高精度和高分辨率的圆航空航天、便携式坐标测量机、7]。

莫尔条纹,莫尔条纹,圆光栅,玻璃载体

的和意义形玻璃载体上刻线获得的光栅称为圆于角度测量。近年来，利用圆光栅产地研制了高精度和高分辨率的圆分、航空航天、便携式坐标测量机、平1-7]。图 1.1 圆光栅Fig 1.1 Circlar grating

坐标测量机,柔性,圆光栅

图 1.3 柔性坐标测量机.3 Flexible coordinate measuring m转中心轴、光栅盘、发光二，光接收器将收到不同程度的轴之间存在较大的安装偏心误器测量角位移时，其测角误差，圆光栅编码器角度测量误差及光栅条纹误差等[10]。通过误差和光栅条纹误差在很小精度圆光栅编码器以及高精度光栅编码器测角精度的影响编码器角度测量精度的最主，是最不可控的误差源。圆光于受多种因素影响导致圆光栅生的偏移。圆光栅安装偏心所

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