CN109631976A - 圆光栅角度误差补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆光栅角度误差补偿方法及装置，涉及圆光栅读数误差补偿的技术领域，包括：获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据；根据所述第一测量数据和所述辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值；确定所述主读数头的测量数据与所述理论值的对应关系，以基于所述对应关系调整所述主读数头的测量数据，通过确定理论值与主读数头的测量数据的对应关系，对测量数据进行误差修正，避免因机械加工和安装等因素对测量数据造成影响，提升测量的精确度。

Description

圆光栅角度误差补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及圆光栅读数误差补偿技术领域，尤其是涉及一种圆光栅角度误差补偿方法及装置。

背景技术

光栅角度编码器在角度测量方面具有精度高、使用方便等优点，广泛应用在需要对角度进行测量的生产和科研中。当使用光栅角编码器进行角度测量时，安装偏心误差和轴系晃动误差对角度测量精度影响最大，其中轴系晃动误差可以通过选择适当的材料并提高轴系加工精度来减小，而安装偏心误差主要与读数头、光栅盘以及轴系中心线等多个因素有关，因此很难通过机械加工的精度来减小。由于机械加工和安装等因素，使光栅角编码器产生偏心、安装倾斜、转动轴晃动等误差影响测量的精确度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种圆光栅角度误差补偿方法及装置，以解决现有技术中由于机械加工和安装等因素，使光栅角编码器产生偏心、安装倾斜、转动轴晃动等误差影响测量的精确度技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种圆光栅角度误差补偿方法，应用于圆光栅角度测量装置，所述圆光栅角度测量装置包括主读数头和辅读数头，包括：

获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据；

根据所述第一测量数据和所述辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值；

确定所述主读数头的测量数据与所述理论值的对应关系，以基于所述对应关系调整所述主读数头的测量数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据的步骤，包括：

当检测到主读数头经过预设刻度时，控制所述主读数头与所述辅读数头开始读数；

当检测到主读数头再次经过预设刻度时，控制所述主读数头与所述辅读数头停止读数；

获取从开始读数到停止读数时的测量数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，控制所述主读数头与所述辅读数头开始读数的步骤，包括：

控制所述主读数头与所述辅读数头按照预设时间间隔进行读数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据所述第一测量数据和所述辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值的步骤，包括：

获取主读数头的预设位置与辅读数头的预设位置的夹角；

根据所述主读数头的预设位置与辅读数头的预设位置的夹角和第一测量数据及第二测量数据确定所述理论值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，基于所述对应关系调整所述主读数头的测量数据的步骤，包括：

获取所述主读数头读取的待测圆光栅的测量数据；

根据所述对应关系调校所述测量数据。

第二方面，本发明实施例还提供一种圆光栅角度误差补偿装置，包括：主读数头、转台、辅读数头、步进电机、圆光栅和执行上述圆光栅角度测量方法的控制模块；

所述主读数头、辅读数头、步进电机和控制模块均设置于所述转台上，所述圆光栅与所述转台同心；所述主读数头、所述辅读数头与所述步进电机分别与所述控制模块连接；所述步进电机与所述转台连接；

所述控制模块发送控制信号给所述步进电机，所述步进电机根据所述控制信号驱动所述转台转动。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述主读数头与所述辅读数头分别设置于圆光栅轴线的两端。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制模块包括：FPGA；

所述FPGA用于接收所述主读数头和所述辅读数头的测量数据。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述方法。

在本发明实施例中，采用获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据；根据所述第一测量数据和所述辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值；确定所述主读数头的测量数据与所述理论值的对应关系，以基于所述对应关系调整所述主读数头的测量数据的方式，通过确定理论值与主读数头的测量数据的对应关系，对测量数据进行误差修正，避免因为机械加工和安装等因素对测量数据造成影响，提升测量的精确度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种圆光栅角度误差补偿方法流程图；

图2为图1中步骤S101的流程图；

图3为本发明实施例提供的偏心误差示种类意图；

图4为图1中步骤S102的流程图；

图5为本发明实施例提供的另一种圆光栅角度误差补偿方法流程图；

图6为本发明实施例提供的圆光栅角度误差补偿装置结构示意图；

图7为本发明实施例提供的偏心误差示意图。

图标：

1-控制模块；2-主读数头；3-转台；4-辅读数头；5-步进电机；6-圆光栅。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。

根据本发明实施例，提供了一种圆光栅角度误差补偿的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的圆光栅角度误差补偿方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据；

在本发明实施例中，主读数头跟辅读数头用于采集圆光栅的旋转角度，具体的可以是根据控制电路中的FPGA将采集的数据转化为角度值便于后续的计算和记录。本发明还提供了一种基于步骤S101，获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据的步骤，如图2所示，包括：

步骤S201，当检测到主读数头经过预设刻度时，控制主读数头与辅读数头开始读数；

在本发明实施例中，预设刻度是圆光栅上的参考刻线，主读数头检测到参考刻线时，发送零位信号给控制模块，控制模块可以是PC端或其他具有处理器功能的装置，控制模块发送开始采集指令给数头，即圆光栅一圈的起点。

步骤S202，当检测到主读数头再次经过预设刻度时，控制主读数头与辅读数头停止读数；

步骤S203，获取从开始读数到停止读数时的测量数据。

在本发明实施例中，主读数头再次检测到参考刻线时，发送零位信号给控制模块，，控制模块发送停止采集指令给数头，即圆光栅一圈的结束，若控制模块包括FPGA，一个脉冲信号即可完成测量圆光栅的一圈，在本发明的又一实施例中，控制主读数头与辅读数头按照预设时间间隔进行读数，例如：，当主读数头数据大于10度后，停止旋转步进电机，步进电机是用于控制转台代用读数头转动的装置，等待1秒，确保转台停止转动，此时记录下主读数头与辅读数头的角度值，并且将两个读数头的数据发送给计算机，计算机将这两个数据保存在文本中，计算机接收数据完成后回复完成信号，控制模块得到完成信号后，继续下一步操作，继续旋转步进电机，步进电机在运行过程中，控制模块实时监控主读数头角度数据，当主读数头数据大于20度时，停止旋转步进电机，等待1秒，确保转台停止转动，此时记录下主读数头与辅读数头的角度值，并且将两个读数头的数据发送给计算机，计算机将这两个数据保存在文本中，计算机接收数据完成后回复完成信号，控制模块得到完成信号后，继续下一步操作，如此依次进行，直到主读数头再次经过零位，记录下最后一组值。数据采集过程结束，进入数据计算与拟合过程。

步骤S102，根据第一测量数据和辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值；

在本发明实施例中，根据主读数头采集的第一测量数据和辅读数头确定的第二测量数据通过计算可以得到理论值，第一测量数据和第二测量数据可以是通过PC端转化得到的角度值，即对第一测量的角度值与第二测量的角度值进行计算，另外，理论值可以认为是没有机械误差影响情况下得到的理想值，针对于偏心误差这一情况，假设偏心量为e，如图3所示，图中表示为当光栅偏心两a的方向与对径读数头连线方向垂直、一致、夹角的三种情况。当光栅有垂直于两读数头连线方向的偏心量e时，主读数头的结果增加了e，辅读数头的结果减小了e，两者数字量之和不变；当光栅有沿两读数头连线方向的偏心量e时，主读数头和辅读数头的结果不变，两者数字量之和不变；当光栅有余两读数头连线方向夹角为θ方向的偏心量e时，主读数头的结果增加了esinθ，辅读数头的结果减小了esinθ，两者数字量之和仍不变，所以通过使用两个读数头可以确定理论值。本发明还提供了一种基于步骤S102，根据第一测量数据和辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值的步骤，如图4所示，包括：

步骤S301，获取主读数头的预设位置与辅读数头的预设位置的夹角；

步骤S302，根据主读数头的预设位置与辅读数头的预设位置的夹角和第一测量数据及第二测量数据确定理论值。

在本发明实施例中，确定主读数头与辅读数头的位置夹角，例如：主读数头与辅读数头分别设置于圆光栅轴线的两端，两个读数头夹角为180度，主读数头与辅读数头采集的测量数据皆为圆光栅一圈的角度值，所以将第一测量数据与第二测量数据相加后，除以二取平均值，再将平均值减去90度得到理论值，每一次暂停的点都将对主读数头与辅助读数头采集的数据进行计算得到理论值，也可以待一圈采集完成后一同计算个个角度的理论值，通过计算理论值，确定了一个标准，即便在后续实际测量过程出现机械误差，也可以将误差补偿，输出实际测量值对应的理论值，从而达到提高测量精确度的问题，具体实施方式及设置的采集间隔可以依据实际情况而定，本发明对此不做限定。

步骤S103，确定主读数头的测量数据与理论值的对应关系，以基于对应关系调整主读数头的测量数据。

在本发明实施例中，在确定理论值之后需要建立主读数头与理论值的对应关系，建立的方式可以是采用二维坐标系建立，也可以是建立数据库，使每个固定时刻的主读数头采集的角度值与其对应的理论值，基于此，本发明还提供了基于对应关系调整主读数头的测量数据的步骤，如图5所示，包括：

步骤S401，获取主读数头读取的待测圆光栅的测量数据；

步骤S402，根据对应关系调校测量数据。

在本发明实施例中，在确定了主读数头采集的角度值与其对应的理论值之后，使用主读数头作为唯一的读数头用于圆光栅角度测量的时候，即可根据对应关系输出理论值，使用该理论值进行后续的计算工作，通过确定理论值与主读数头的测量数据的对应关系，对测量数据进行误差修正，避免因机械加工和安装等因素对测量数据造成影响，提升测量的精确度。

本发明实施例还提供了一种圆光栅角度误差补偿装置，该圆光栅角度误差补偿装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的圆光栅角度误差补偿方法，以下对本发明实施例提供的圆光栅角度误差补偿装置做具体介绍，如图6所示，圆光栅角度误差补偿装置包括：主读数头2、转台3、辅读数头4、步进电机5、圆光栅6和执行上述圆光栅6角度测量方法的控制模块1；

主读数头2、辅读数头4、步进电机5和控制模块1均设置于转台3上，圆光栅6与转台3同心；主读数头2、辅读数头4与步进电机5分别与控制模块1连接；步进电机5与转台3连接；

控制模块1发送控制信号给步进电机5，步进电机5根据控制信号驱动转台3转动。

在本发明实施例中，圆光栅6的放置应该与转台3同心，但是机械误差是无法避免的一个问题，例如偏心误差，如图7所示，圆光栅6固定在圆轴上，随着圆轴转动而转动，读数头调整后固定不动。轴系回转中心点为点O，圆光栅6安装时，由于零件的加工和装调误差，使得圆光栅6中心O₁和轴系中心O不可避免的存在偏心，记偏心值为e。圆轴带动圆光栅6顺时针(或者逆时针)转动，相当于读数头绕点O逆时针(或者顺时针)转动，为了偏于分析示意图中假设圆轴和圆光栅6不动，读数头转动。设下图中读数头处于实线位置时为0°，则圆轴旋转任意角度θ时，圆光栅6绕其中心旋转角度θ’,则此时测角误差ξξ为ξ＝θ'-θ,由正弦定理可知将两式联立得到

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

在本发明的又一实施例中，主读数头与辅读数头分别设置于圆光栅轴线的两端。

在本发明实施例中，主读数头与辅读数头设置的位置可以依据实际情况而定，针对于当主读数头与辅读数头分别设置于圆光栅轴线的两端时，两个读数头夹角为180度，主读数头与辅读数头采集的测量数据皆为圆光栅一圈的角度值，所以将第一测量数据与第二测量数据相加后，除以二取平均值，再将平均值减去90度得到理论值，每一次暂停的点都将对主读数头与辅助读数头采集的数据进行计算得到理论值，也可以待一圈采集完成后一同计算个个角度的理论值，具体实施方式及设置的采集间隔可以依据实际情况而定，本发明对此不做限定。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明的又一实施例中，控制模块包括：FPGA；

所述FPGA用于接收所述主读数头和所述辅读数头的测量数据。

在本发明实施例中，FPGA还可以与PC端连接，使用PC端上的串口控制软件即可使用PC端可以作为控制终端管理测量工作的开始及停止，借助FPGA时序功能更好的采集读数头采集的参数，将参数转化为角度，确定该角度与时间对应关系，例如：FPGA中有A、B和Z信号，Z信号一个脉冲周期即为转台带动读数头转动一周，A、B信号的采集用于计算出测量得到的角度便于显示，以及绘制出测量数据与理论值的对应关系曲线图。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述方法。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种圆光栅角度误差补偿方法，其特征在于，应用于圆光栅角度测量装置，所述圆光栅角度测量装置包括主读数头和辅读数头，包括：

获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据；

根据所述第一测量数据和所述辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值；

确定所述主读数头的测量数据与所述理论值的对应关系，以基于所述对应关系调整所述主读数头的测量数据。

2.根据权利要求1所述的圆光栅角度误差补偿方法，其特征在于，获取主读数头的第一测量数据和辅读数头的第二测量数据的步骤，包括：

当检测到主读数头经过预设刻度时，控制所述主读数头与所述辅读数头开始读数；

当检测到主读数头再次经过预设刻度时，控制所述主读数头与所述辅读数头停止读数；

获取从开始读数到停止读数时的测量数据。

3.根据权利要求2所述的圆光栅角度误差补偿方法，其特征在于，控制所述主读数头与所述辅读数头开始读数的步骤，包括：

控制所述主读数头与所述辅读数头按照预设时间间隔进行读数。

4.根据权利要求1所述的圆光栅角度误差补偿方法，其特征在于，根据所述第一测量数据和所述辅读数头的第二测量数据确定圆光栅角度的理论值的步骤，包括：

获取主读数头的预设位置与辅读数头的预设位置的夹角；

根据所述主读数头的预设位置与辅读数头的预设位置的夹角和第一测量数据及第二测量数据确定所述理论值。

5.根据权利要求1所述的圆光栅角度误差补偿方法，其特征在于，基于所述对应关系调整所述主读数头的测量数据的步骤，包括：

获取所述主读数头读取的待测圆光栅的测量数据；

根据所述对应关系调校所述测量数据。

6.一种圆光栅角度误差补偿装置，其特征在于，包括：主读数头、转台、辅读数头、步进电机、圆光栅和执行如权利要求1-4任一项所述的圆光栅角度测量方法的控制模块；

所述主读数头、辅读数头、步进电机和控制模块均设置于所述转台上，所述圆光栅与所述转台同心；所述主读数头、所述辅读数头与所述步进电机分别与所述控制模块连接；所述步进电机与所述转台连接；

所述控制模块发送控制信号给所述步进电机，所述步进电机根据所述控制信号驱动所述转台转动。

7.根据权利要求6所述的圆光栅角度误差补偿装置，其特征在于，所述主读数头与所述辅读数头分别设置于圆光栅轴线的两端。

8.根据权利要求6所述的圆光栅角度误差补偿装置，其特征在于，所述控制模块包括：FPGA；

所述FPGA用于接收所述主读数头和所述辅读数头的测量数据。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1-5任一所述方法。