为了提高超精密角度计量转台的测量精度, 对转台所用编码器分度误差与细分误差的校准展开研究。首先, 介绍了转台的结构, 设计了方便进行相互比对的双角度编码器测角系统并描述了其多读数头布置方式。然后, 基于直接比较法与自校准法进行了双编码器分度误差的快速、高精度校准。最后, 借助精密电容式位移传感器测量系统, 利用比较法检测了两套编码器各读数头的单信号周期测量误差。校准结果显示: 采用双读数头均布的第一套编码器的分度误差为±0.27″, 细分误差在±0.1″以内; 基于四读数头均布方式进行测量的第二套编码器分度误差为±0.17″, 细分误差在±0.2″以内; 两套编码器的测量精度皆为亚角秒级。双编码器相互比对的校准方式有助于对转台的测角误差进行全面、准确地评估。

为减小圆光栅测量过程中叠栅条纹信号的细分误差, 提出了一种对叠栅条纹采样信号进行参数辨识与偏差补偿的方法。该方法运用遗传算法参数辨识理论, 不受信号模型参数初值选取影响, 寻优特性和适用性良好, 使复现的信号模型较好地拟合原始采样信号。信号采样实验中控制光栅匀速转动, 采样两个栅距内的周期信号, 其次对采样得到的离散数据进行频谱分析, 建立光栅信号的数学模型, 进而通过遗传算法对引起细分误差的信号参数进行识别并对细分误差进行数值补偿。实验结果表明, 遗传算法对构建的信号模型参数辨识准确; 对比补偿前后李萨如图形, 验证了该方法对叠栅条纹信号正弦性误差具有良好的补偿效果; 检测单个栅距内的细分误差, 补偿前后误差值由10.65″减小到3.31″。该方法适用于光栅编码器等位移测量系统, 保证测量精度和可靠性。

为了保证高精度光电编码器在恶劣工作环境下的精确测量，建立一种基于高分辨力数字电位计+DSP+CPLD的莫尔条纹光电信号自动补偿系统。首先，介绍了自动补偿系统的工作原理及构成，并设计了系统使用过程中的工作模式；融合莫尔条纹信号各个偏差的补偿算法，建立了光电信号细分误差的综合补偿模型；然后，具体阐述了系统的硬件设计、相关软件设计，并分析了补偿系统自身存在的系统误差；最后，以24位光电编码器为实验对象，对该补偿系统进行测试分析，实验结果表明：自动补偿系统可实现编码器精码信号直流电平漂移、等幅性偏差、正交性偏差及二次、三次、五次谐波偏差的综合补偿，可使实际的静态细分误差减小0.61″。该系统可用在编码器的工作现场，实现莫尔条纹信号细分误差的自动修正。

针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响，提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数，真实地反应了莫尔条纹信号质量，提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时，采集相位差为π/2的两路精码正弦光电信号，通过对采样信号的重构得到信号波形，利用离散傅里叶变换算法分析重构波形，求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后，根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值，并进行了实验验证。实验结果表明，对某24位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量，细分误差的峰值为+0.48"和-0.21"。相对于传统的细分误差测量方法，此方法测量速度快，测量精度高，适用于工作现场。

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差，提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程，根据编码器在不同转速下的实时采样，揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性，采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号，利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式，测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理，两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明，该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号，精确地测量编码器的动态细分误差，为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。

为了提高绝对式光栅尺的细分精度，提出了一种细分误差补偿方法。对绝对式光栅尺A、B两路叠栅条纹信号进行傅里叶分析，建立叠栅条纹信号模型；对信号模型中的相位、振幅、谐波、直流分量进行校正，得到理想叠栅条纹信号的模型；对比实际信号模型和理想信号模型的细分位置，得到绝对式光栅尺的细分误差；根据该误差对细分值进行补偿，提高细分精度。通过使用JC09型绝对式光栅尺对该方法进行验证，可使其细分相对误差从2.70%降低到1.05%。实验结果表明，该方法能够有效地提高绝对式光栅尺细分精度，且该方法具有原理简单、易于实现的优点。

为在不增加体积的前提下提高小型光电编码器精度，分析了计算法细分误差产生的原因，提出了基于坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的光电编码器精码信号新细分法，利用简单的移位和加法操作可实现对采集到的正交码盘精码信号直接细分求相位，避免了查“细分表”引入的细分误差。对细分算法进行了分析与优化，使算法在取得合适精度的同时提高了运算速度。运用研究的细分法对某16位小型光电编码器精码信号进行256份细分时，比利用计算法细分时编码器的均方根误差减小了一半。实验结果表明，研究的新细分法可直接对光电编码器精码信号进行高精度细分，对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。

为提高小型光电编码器精度，研究了一种精码莫尔条纹光电信号细分误差修正方法。建立单路信号波形参数方程，对采样信号进行傅里叶变换求出波形参数，利用多倍角公式将信号波形中的高次谐波分量变换为高阶分量，通过牛顿迭代法将莫尔条纹光电信号修正至标准正余弦信号；建立正弦、余弦两路信号的相位误差修正模型，利用最小二乘拟合法求解出相位误差修正参数，实现对莫尔条纹光电信号正交性误差的修正。采用该方法对某16位小型光电编码器细分误差进行修正处理，经测试细分误差峰峰值由修正前的162.5″减小到修正后的47.5″。实验结果表明，研究的误差修正方法可以有效地减小细分误差，提高精度，对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。

高分辨力光电编码器通常利用码盘精码两路正交的正、余弦信号，通过细分达到高分辨力。为使细分技术更加完善，本文对细分误差进行了专题研究。分别对信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等进行了数理分析，通过对细分误差的特性分析，得出了误差规律及其计算公式，形成了比较完整的光电编码器细分误差及精度分析的数理结果。结果表明，一般情况下细分精度在1.5%左右。文章指出，利用码盘精码通过细分提高分辨力，应在码盘选择、轴系设计、信号提取、电路设计、工艺调试等各个环节充分考虑细分误差的影响。研究结果可用于在产品设计时，合理进行误差分析与分配，预估产品的精度，为减小设计误差提供参考。

提出了一种高精度编码器细分误差的快速评估方法——图形拟合法，建立了编码器光电信号的波形发生器，确立了曲线拟合优度的判据。运用图形拟合法，对实际采集的高精度编码器莫尔条纹光电信号进行分析，得到细分误差曲线。与传统检测方法得到的细分误差进行比较，结果表明：图形拟合法用于评估高精度编码器的细分误差，设备简便，检测方法简单；数据处理由评估分析软件实现，时间短，结果显示直观；可以用于工作现场检测，能够避开速度的影响，对于研究高精度编码器动态精度特性具有重要意义。