CN112697190A - 一种光栅莫尔信号锁相细分误差的动态标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光栅莫尔信号锁相细分误差的动态标定方法。本发明利用光学陀螺测角仪对一个栅距内每个细分值对应的角位置偏差进行测量，完成对运动中光栅莫尔信号锁相细分方法的细分误差标定，所述方法标定时间短、数据处理简单且测试效率高。

Description

一种光栅莫尔信号锁相细分误差的动态标定方法
技术领域
本发明涉及光栅莫尔条纹细分技术领域，尤其涉及一种编码器运动过程中对光栅莫尔信号细分误差进行标定的方法。
背景技术
光栅测量是测量领域中的重要组成部分，对光栅莫尔信号进行细分以提高测量分辨率的信号处理方式被广泛应用在高精度测量领域。如今，在静态测量中，光栅莫尔信号细分误差标定方法已经提出并且被研究者应用于评估测量精度等领域。随着技术的发展和实际应用需求的提高，动态测量逐渐成为主流。在动态测量过程中，对光栅莫尔信号细分所引入的细分误差需要被评估。
大多研究仅考虑了动态测量过程中由于光栅输出信号非标准导致的部分误差，而未将锁相细分算法及细分功能环节引入的误差囊括在内。例如发明专利《一种基于相位调制的光栅传感器位移测量》(专利申请201710306458.3)中提出通过锁相环在特定谐波频谱处对光栅输出信号进行解调处理，降低高频噪声和低频变化带来的影响，从而避免了光栅传感器输出信号带来的正交误差；降低直流漂移和幅值波动对测量结果的影响，提高测量系统在低速和高速位移测量时的测量精度，但并未对锁相细分方法环节产生的误差进行讨论，因此并没有对动态细分误差准确标定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：打破现有技术的局限，提出一种动态测量过程中光栅锁相细分误差的标定方法。包括以下步骤：
a.将光学陀螺测角仪稳固装卡在编码器测量系统的角位置发生转台上，编码器光栅码盘圆周刻线数为N；
b.将光栅莫尔信号连接至n倍率锁相细分电路；
c.角位置发生转台以角速度ω匀速转动，转过一个栅距所用的时间为T＝360°/(ω*N)，转过一个细分值对应角度的时间为t＝T/n；；
d.当检测到编码器输出零位信号时对锁相细分电路复位；
e.在一个栅距分度角范围内，每隔时间间隔t，同时记录光学陀螺测角仪的角位置测量结果θ1(i)和光栅莫尔信号经过锁相细分方法后的角位置测量结果θ2(i)；
f.通过记录的数据计算动态测量过程中每一个细分值对应的细分误差Δθ(i)＝θ1(i)-θ2(i)；
g.通过计算Δθmax＝max(|Δθ(i)|)，得到动态光栅莫尔信号锁相细分后的细分误差在±Δθmax范围内。
本发明的有益效果是：本发明利用光学陀螺测角仪对一个栅距内每个细分值对应的角位置偏差进行测量，完成对运动中光栅莫尔信号锁相细分方法的细分误差标定，所述方法标定时间短、数据处理简单且测试效率高。
附图说明
图1是光栅莫尔信号锁相细分误差的动态标定装置示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的标定过程如下：光学陀螺测角仪和光栅盘在转台作用下以O为旋转轴心，角速度ω匀速转动，在位置1处编码器输出零位信号对锁相细分电路复位，转台以角速度ω由零位位置1经过一个栅距的时间T转动到光栅码盘下一个刻划线位置2的过程中，锁相细分电路对读数头输出的光栅莫尔信号进行n倍锁相细分，并且每隔时间间隔t，数据采集系统同时记录光学陀螺测角仪的角位置测量结果θ1(1),θ1(2),θ1(3)....θ1(n)以及光栅莫尔信号经过细分后的测量结果θ2(1),θ2(2),θ2(3)…θ2(n),因为光学陀螺测角仪具有良好的动态特性，将光学陀螺测角仪的角位置测量结果θ1(i)作为参考值，与光栅锁相细分角位置测量值θ2(i)进行对比，计算可得到一个栅距内每个细分值的细分误差Δθ(i)＝θ1(i)-θ2(i)，进一步计算Δθmax＝max(|Δθ(i)|)，可得到当前转速下光栅莫尔信号锁相细分误差在±Δθmax范围内。
由此，在已知系统转动角速度ω的情况下，可利用光学陀螺测角仪测量细分系统每变化一个细分值时，得到的角位置作为参考值与光栅盘转过一个细分值对应的角度值进行对比分析，即可得到光栅莫尔信号锁相细分误差。
值得指出的是，细分误差普遍存在于所有的细分系统中，只要是根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无须经过创造性劳动即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种光栅莫尔信号锁相细分误差的动态标定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.将光学陀螺测角仪稳固装卡在编码器测量系统的角位置发生转台上，编码器的光栅码盘圆周刻线数为N；
b.将光栅莫尔信号连接至n倍率锁相细分电路；
c.角位置发生转台以角速度ω匀速转动，转过一个栅距所用的时间为T＝360°/(ω*N)，转过一个细分值对应角度的时间为t＝T/n；；
d.当检测到编码器输出零位信号时对锁相细分电路复位；
e.在一个栅距分度角范围内，每隔时间间隔t，同时记录光学陀螺测角仪的角位置测量结果θ1(i)和光栅莫尔信号经过锁相细分后的角位置测量结果θ2(i)；
f.通过记录的数据计算动态测量过程中每一个细分值对应的细分误差Δθ(i)＝θ1(i)-θ2(i)；
g.通过计算Δθmax＝max(|Δθ(i)|)，得到动态光栅莫尔信号锁相细分后的细分误差在±Δθmax范围内。
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