旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波，是旋变测角误差的主要来源，影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先，分析旋变测角误差产生的机理，获知其幅值误差和正交误差的互不相关性，并证明对旋变输出信号进行幅值调整和相位差调整可实现二次谐波误差校正。然后，在旋变和旋变数字信号转换器（Resolver-to-Digital Converter，RDC）之间设计基于比例放大的幅值校正器和基于交叉调节的相角校正器。最后，根据误差信号在线性控制系统中特征频率不变的特性，对伺服系统进行匀速控制，以角速度频谱中二次谐波频率的幅值为参考基准，分别调整幅值校正器和相角校正器，校正二次谐波误差。实验结果表明：本方法可将旋变二次谐波测角误差幅值降低78.5%，伺服系统速率波动量降低40.5%。本方法实现了旋变二次谐波测角误差的自校正，大幅提升了旋变的测角精度和伺服系统的转速控制稳定度。
测角传感器 旋变 测角误差 自校正 angel position sensor resolver angle measurement error self-correction
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
光电编码器测角误差的检测是编码器在研制和生产过程中必不可少的工作。目前, 人工手动检测装置检测过程复杂、效率较低, 耗时较长, 很难用于批量生产的产品检测。为了弥补现有手动检测装置的不足, 以自准直仪-多面棱体组合作为测量基准, 以步进电机和STM32来实现自动化, 设计了一种绝对式光电编码器测角误差的自动检测系统。阐述了系统的检测原理及软硬件设计, 分析并计算了系统精度, 其扩展不确定度为1.6″。对同一编码器进行手动和自动检测后, 结果分别为6.3″和7.3″, 实验表明检测系统自动检测结果准确。通过本系统进行检测, 检测过程无需人工操作, 效率较高, 在光电编码器的批量检测中, 可以体现出本系统的优势; 此外, 相较于传统的人工手动检测, 通过本系统进行检测更能反映编码器在实际工作中低速转动时角度位置精度的真实情况。
光电编码器 测角误差 自准直仪 步进电机 自动化检测 photoelectric encoder angle measurement error autocollimator stepper motor automatic detection
1 河南科技大学 河南省机械设计及传动系统重点实验室， 河南洛阳47003
2 贵阳新天光电科技有限公司， 贵州贵阳550018
圆光栅安装偏心引起的测角误差是影响圆光栅角度测量精度的关键因素，而对圆光栅安装偏心引起的测角误差进行修正是提高圆光栅测角精度的有效方法。本文分析了圆光栅安装偏心与测角误差之间的关系，建立了基于双读数头的圆光栅偏心测角误差理论模型，提出了一种基于非对径安装双读数头的圆光栅偏心测角误差修正方法。仿真及实测试验表明，在双读数头非对径安装时，新方法对读数头安装误差和圆光栅偏心误差造成的测角误差的修正效果明显优于双读数头均值法。试验中，当两读数头对径安装误差约为4°时，新方法修正后的测角误差为均值法修正后测角误差的二分之一以下，其中仿真试验中由均值法修正后测角误差为1.785″， 新方法修正后的测角误差为0.720″。
圆光栅 双读数头 测角误差 误差修正 circular grating double reading head angle measurement error error correction
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
在实际工业应用中, 环境温度变化是便携关节式坐标测量机中旋转轴系测角精度的主要误差源。为了消除环境温度对旋转轴系测角精度的影响, 本文提出了一种新型圆光栅测角误差补偿方法, 即建立含有环境温度影响因子的圆光栅测角误差补偿模型。利用谐波方法建立在特定温度下的圆光栅测角误差补偿模型, 利用多项式方法建立谐波系数与环境温度之间的函数关系。最后, 以14 ℃下的实验数据为验证数据, 分别代入到传统谐波误差补偿模型和本文提出的模型中。实验结果表明, 相对于传统谐波误差补偿模型, 使用本文提出的模型补偿后圆光栅的测角精度提高4倍左右, 修正后的残差峰峰值在2″以内, 能够有效地补偿10~40 ℃下圆光栅的测角误差。
精密测量 圆光栅测角 测角误差 谐波补偿 多项式 precision measurement circular grating angle measurement angle measurement error harmonic compensation polynomial
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院 光电研究院, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
在不增大码盘尺寸的前提下, 对测角传感器读数头的布局展开研究, 以研制小型化高精度的测角传感器。本文基于测角误差的谐波分析结果, 详细推导和分析了多读数头布局对角度测量误差的抑制原理。通过对几种典型多读数头布局方式进行深入研究, 提出一种采用奇数头和偶数头相结合的读数头混合布局方式, 以消除更多更高阶次误差, 提高测角传感器的精度。实验结果表明, 当采用三个、四个和六个读数头均匀布局形式时, 测角传感器的测角精度分别为15.44″、9.72″和8.96″; 当采用六个读数头优化布局的方式时, 测角精度可达到7.7″。上述结果说明多读数头优化布局可有效抑制测角误差, 提高测量精度。
角度测量误差 测角传感器 多读数头 谐波分析 布局方式 angle measurement error angle measurement sensor multiple reading head harmonic analysis layout form
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了分析车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响，提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的方法。基于平台变形对光电经纬仪测角误差的影响的基本原理，利用固定在垂直轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角，计算其测量坐标系的变化量，推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式。选用双轴倾角传感器实时测量了经纬仪工作时车载平台的变形值，结果表明，车载平台变形量受方位方向速度影响较小，倾角传感器输出值经过滑动加权均值滤波处理后最小相差为0，最大相差为5.1″；受经纬仪视轴位置影响较大，高低角在0°～90°变化时，高低角越小，倾角传感器输出值越大。这种测量方法为进一步提高车载经纬仪的测角精度提供了理论依据。
车载平台 变形 光电经纬仪 倾角传感器 测角误差 vehicular platform deformation photoelectric theodolite inclinometer angle-measurement error
