RU2558000C1 - Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров - Google Patents
Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558000C1 RU2558000C1 RU2014120306/28A RU2014120306A RU2558000C1 RU 2558000 C1 RU2558000 C1 RU 2558000C1 RU 2014120306/28 A RU2014120306/28 A RU 2014120306/28A RU 2014120306 A RU2014120306 A RU 2014120306A RU 2558000 C1 RU2558000 C1 RU 2558000C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- measuring
- systematic errors
- image
- variations
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в точном приборостроении и метрологии. Способ заключается в кодировании измерительного диапазона прибора с помощью светоконтрастных щелей сигнальной маски, устанавливаемой на объекте, формировании изображения этой щели в плоскости приемной ПЗС(КМОП)-матрицы, передаче этого изображения в вычислительный блок. При этом в схему прибора вводится внутренний эталон угла, реализованный изменением топологии сигнальной маски за счет одной дополнительной светоконтрастной щели с центральным углом между ней и штатной щелью, измеряются вариации Δε(φ) угла ε на различных углах φ разворота ротора в диапазоне 0<φ<360° и по этим вариациям вычисляются систематические погрешности Δφс(φ) измерительной шкалы энкодера. Технический результат - упрощение измерения погрешностей. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в точном приборостроении и метрологии.
Известные методы измерения систематических погрешностей угловых энкодеров сводятся к сравнению их выходных данных с данными устройств повышенной точности, принимаемых за эталонные средства измерений. К таким устройствам относятся автоколлимационные системы с многогранными отражательными призмами, кольцевые лазеры, описанные, например, в книге: Якушенков Ю.Г. Высокоточные угловые измерения // М.: Машиностроение, 1987. Способы построения этих эталонных устройств принимаются за аналоги. Недостатки способов-аналогов:
- поскольку все известные аналоги являются внешними устройствами по отношению к контролируемым энкодерам, то это вызывает серьезные неудобства из-за необходимости обеспечивать их совместную работу в процессе калибровки и эталонирования;
- наличие механической связи между энкодером и эталоном приводит к уменьшению точности измерений;
- поскольку измеренные на эталоне систематические погрешности могут значительно отличаться от погрешностей в условиях постоянной эксплуатации энкодеров, это частично обесценивает результаты калибровки и эталонирования;
- технические параметры аналогов не всегда соответствуют современным требованиям по точности, дискретности, временной стабильности выходных данных и т.д.;
- большие габариты и цена аналогов.
За прототип заявляемого способа принимается способ измерения угла, описанный в патенте РФ №2419067.
Способ-прототип состоит из следующих операций:
- на объекте измерений устанавливают контрольный элемент с источником света и маской с сигнальной щелью, с помощью которой кодируют измерительный диапазон энкодера;
- измерительный узел формирует изображение этой сигнальной щели в плоскости приемной ПЗС(КМОП)-матрицы, которая детектирует это изображение, после чего информация передается в вычислительный блок;
- вычислительный блок по специальным алгоритмам производит необходимые вычисления цифрового кода угла φ совместно с систематической погрешностью Δφс измерительной шкалы прибора, то есть, измерение систематической погрешности не обеспечено способом-прототипом.
Задачей заявляемого способа является измерение систематической погрешности углового энкодера. Технический результат - упрощение измерения погрешностей.
Поставленная задача решается тем, что в оптическую схему контрольного элемента вводится внутренний эталон угла в виде дополнительной сигнальной щели прототипа, измеряются вариации Δε(φ) эталонного угла ε на различных углах φ в диапазоне 0-360° и по этим вариациям вычисляются систематические погрешности шкалы прибора.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображена принципиальная схема реализации заявляемого способа.
Предлагаемая схема (фиг. 1а) реализации способа измерения систематических погрешностей углового энкодера состоит из контрольного элемента (КЭ), жестко крепящегося на поворотном устройстве, измерительного блока (ИБ) и устройства обработки информации (ПК).
Поворотное устройство может быть контролируемым объектом или специализированным образцовым механизмом, которые обеспечивают разворот контрольного элемента на измеряемый угол φ в диапазоне от 0-360° с малой дискретностью (~1′÷1°).
Схема контрольного элемента содержит осветитель (светодиод 1, диафрагму 2, конденсор 3 и сигнальную маску 4, устанавливаемую в фокальной плоскости объектива 5).
Измерительный блок (ИБ) содержит объектив 6 и многоэлементный интегральный фотодектор 7 (ПЗС или КМОП-матрица) в фокальной плоскости объектива 6. Выходной сигнал с ПЗС-матрицы 7 по высокоскоростному порту USВ 2.0 поступает на вычислительный блок (ПК), производящий необходимые вычислительные операции и формирующий цифровые коды угла φ разворота КЭ и систематических погрешностей Δφс (φ) измерительной шкалы энкодера. Контрольный элемент и измерительный блок устанавливаются соосно на некотором расстоянии между собой.
Сигнальная маска 4 (фиг. 1б) содержит две прозрачные узкие радиальные щели, образующие между собой угол ε. Сигнальная щель I обеспечивает измерение угла φ контрольного элемента, а щель II - измерение значения угла φ2=φ1-ε.
Способ реализуется следующим образом. Светодиод 1, точечная диафрагма 2 и конденсор 3 создают равномерную засветку сигнальной маски 4. Объектив 5 коллимирует сигнальный световой поток, прошедший через щели маски 4, и направляет его на ИБ. Приемный объектив 6 строит в своей фокальной плоскости изображение сигнальной маски 4, которое детектируется матрицей 7. Вид сигнального изображения в приемной плоскости матрицы 7 приведен на фиг. 1б и аналогичен топологии сигнальной маски 4. Координатная система 0ji матрицы совпадает с направлением строк и столбцов пикселей. Выходная информация с матрицы 7 поступает в вычислительный блок (ПК), который вырабатывает цифровые коды углов φ1 и φ2 изображения щелей I и II относительно приемной матрицы 7.
Алгоритмы вычисления углов φ1 и φ2 полностью аналогичны алгоритмам определения угла φ в схеме прототипа (см. также статью Гродецкого Ю.А. и др. Абсолютные высокоточные датчики угла нового поколения // Измерительная техника, 2012, №9).
Для определения систематической погрешности Δφс(φ) образуется измеренная величина угла ε=φ1-φ2 и ее вариация Δε(φ).
По значениям функции Δε(φ) путем вычислений определяется искомая функция Δφс(φ).
Таким образом, центральный угол ε между сигнальными щелями I и II на маске 4 выполняет роль внутреннего эталона угла, а его измеренные вариации в плоскости приемной ПЗС-матрицы однозначно определяют систематической погрешности шкалы энкодера.
Поскольку вариации определяются только измеряемыми величинами углов и φ1 и φ2 за относительно короткое время измерений (≤1÷5 мин), то погрешность определения Δε(φ) сравнима со случайной погрешностью измерения углов φ1 и φ2. Эта погрешность для мегапиксельной ПЗС-матрицы (1280×1024 пикселов) достигает величины 0,06-0,15 угл. сек (см. статью Гродецкого Ю.А. и др. Абсолютные высокоточные датчики угла нового поколения // Измерительная техника, 2012, №9). Для приемных ПЗС-матриц размерностью 2000×2000 пикселов эта погрешность уменьшается примерно в 3 раза, достигая величин 0,02-0,03 угл. сек. Примерно с такой же точностью производится определение систематических погрешностей Δφс(φ) по измеренным вариациям Δε(φ).
Отметим также, что дискретность задания угла φ разворота КЭ относительно приемного блока ИБ ограничена только устройством разворота КЭ и может достигать практически «нулевых» величин. Само же устройство задания углов разворота КЭ может быть как внешним (образцовым) по отношению к контролируемому энкодеру, так и штатным (рабочим) узлом эксплуатации энкодера. В последнем случае измеренные систематические погрешности будут соответствовать именно рабочим условиям эксплуатации энкодера.
Из (1) с учетом малости случайных погрешностей измерения углов φ1 и φ2 непосредственно получается
Представим искомую функцию систематической погрешности Δφс(φ) в виде ряда Фурье по sin kφ на участке 0<φ<2π
Подстановкой (3) в (2) получаем
Таким образом, определение функции Δφс(φ) по измеренным значениям вариаций Δε(φ) угла ε сводится к разложению последних в ряд Фурье по coskφ и вычислению искомой функции Δφс(φ) по формуле (7).
Для снятия этих запретов на маску 4 наносится несколько (>2) сигнальных щелей с тем, чтобы для любых значимых k можно было выбрать j-тую щель с εj, при котором условие (8) не выполняется. На фиг. 1б пунктиром показано изображение III щели с углом ε2.
Например, ε1=90°, ε2=60°.
Claims (1)
- Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров, заключающийся в кодировании измерительного диапазона прибора с помощью светоконтрастных щелей сигнальной маски, устанавливаемой на объекте, формировании изображения этой щели в плоскости приемной ПЗС(КМОП)-матрицы и передаче этого изображения в вычислительный блок, отличающийся тем, что в схему прибора вводится внутренний эталон угла, реализованный изменением топологии сигнальной маски за счет одной дополнительной светоконтрастной щели с центральным углом между ней и штатной щелью, измеряются вариации Δε(φ) угла ε на различных углах φ разворота ротора в диапазоне 0<φ<360° и по этим вариациям вычисляются систематические погрешности Δφc(φ) измерительной шкалы энкодера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014120306/28A RU2558000C1 (ru) | 2014-05-20 | 2014-05-20 | Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014120306/28A RU2558000C1 (ru) | 2014-05-20 | 2014-05-20 | Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558000C1 true RU2558000C1 (ru) | 2015-07-27 |
Family
ID=53762626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014120306/28A RU2558000C1 (ru) | 2014-05-20 | 2014-05-20 | Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558000C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1509586A1 (ru) * | 1987-05-13 | 1989-09-23 | Предприятие П/Я Р-6348 | Способ юстировки устройства дл измерени плоских углов |
RU2222777C1 (ru) * | 2002-06-24 | 2004-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Гониометр |
US20080117414A1 (en) * | 2005-03-30 | 2008-05-22 | Samuel Hollander | Imaging Optical Encoder |
RU2451903C1 (ru) * | 2010-12-22 | 2012-05-27 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Способ измерения плоского угла и устройство для его реализации |
-
2014
- 2014-05-20 RU RU2014120306/28A patent/RU2558000C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1509586A1 (ru) * | 1987-05-13 | 1989-09-23 | Предприятие П/Я Р-6348 | Способ юстировки устройства дл измерени плоских углов |
RU2222777C1 (ru) * | 2002-06-24 | 2004-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Гониометр |
US20080117414A1 (en) * | 2005-03-30 | 2008-05-22 | Samuel Hollander | Imaging Optical Encoder |
RU2451903C1 (ru) * | 2010-12-22 | 2012-05-27 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Способ измерения плоского угла и устройство для его реализации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4518859A (en) | Angle measuring device with line sensor | |
CN104457623A (zh) | 一种对中误差的激光测量装置 | |
CN104949620B (zh) | 用于光学测量装置的校正设备及校正方法 | |
US4093383A (en) | Angle measuring device with a telescope | |
CN204461354U (zh) | 一种激光测距机光轴检测系统 | |
RU2558000C1 (ru) | Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров | |
JP6266926B2 (ja) | 回転角測定装置 | |
CN111964699A (zh) | 一种基于图像识别的高精度编码器及其实现方法 | |
CN110617784A (zh) | 光电检测调制周期变化量和累计值的转盘偏心误差测量方法 | |
RU2451903C1 (ru) | Способ измерения плоского угла и устройство для его реализации | |
RU109847U1 (ru) | Измеритель угла | |
RU2548575C2 (ru) | Устройство для измерения угла наклона поверхности | |
Kolosov et al. | Comparative evaluation of three modern turning-angle sensors | |
RU2399024C2 (ru) | Бесконтактный измеритель профиля | |
Geckeler et al. | Determining interpolation errors of angle encoders by error-separating shearing techniques | |
US5349183A (en) | Diffraction grating rotary speed sensor having a circumferentially variable pitch diffraction grating | |
RU2805303C1 (ru) | Устройство определения угла поворота | |
CN104101446B (zh) | 温度测量系统 | |
RU2603999C1 (ru) | Лазерный измеритель непрямолинейности | |
RU2350993C1 (ru) | Оптическое устройство определения дальности до источника излучения | |
EP3628979B1 (en) | Rotary encoder | |
RU2580327C1 (ru) | Измеритель торцевого износа ротора | |
CN115597637A (zh) | 光电编码器和绝对角度测量方法 | |
CN108020203A (zh) | 一种具有仪器高实时精确测量功能的电子水准仪及其用法 | |
Zhukov et al. | Compact two-coordinate digital autocollimator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190521 |