一種精密旋轉工作臺測量系統誤差在位自標定方法，屬于精密加工及測量領域。該方法用帶扇形刻線的玻璃板做輔助測量裝置，將其固定于旋轉工作臺上，用旋轉工作臺帶有的角度傳感器讀出玻璃板上每根扇形刻線對應的角度；然后將玻璃板相對旋轉工作臺旋轉一定角度，再利用角度傳感器讀出此種位姿下每根刻線對應的角度；針對上述兩種位姿的測量數據，構造含傳遞性的測量系統誤差方程，結合旋轉自由度的閉合圓原理，可以解出系統誤差，從而完成精密旋轉工作臺測量系統誤差的在位自標定。本發明專利技術實現了利用低精度扇形刻線玻璃板標定高精度旋轉工作臺的功能，不需要高精度標定工具，標定精度高，適用于帶各種類型角度傳感器的精密旋轉工作臺。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于精密加工及測量領域。
技術介紹
精密旋轉工作臺廣泛應用于各種工業自動化系統，包括加工中心、數控機床、機器人、生產線等，在高精密裝備行業中也愈來愈得到重視。由于制造工藝、裝調和非質心驅動等因素所引起的旋轉工作臺變形、角度傳感器測量不準，使得工作臺角度傳感器所讀出的工作臺旋轉角度θη與工作臺的實際旋轉角度Qa間存在一定的偏差，即系統誤差Gn，如圖2所示。這必將很大程度上降低旋轉工作臺的定位及運動精度，進而影響精密加工及檢測裝備的加工及檢測精度。因此，有必要采用合理的標定方法來確定旋轉工作臺的系統誤差，以 便于進一步補償旋轉工作臺測量精度。傳統的工作臺標定方法是以高精度計量工具來標定低精度工作臺。然而，在精密加工及檢測裝備中，對旋轉工作臺的運動及定位精度要求往往是角秒級，限于當前的制造和計量水平，我們無法輕易得到傳統工作臺標定方法所需的標準計量工作臺進行傳統標定工作，從而產生了精密旋轉工作臺的標定難題。自標定方法被認為是解決該難題的重要手段，其思路是采用標記點精度低于被標定對象的輔助測量裝置作為媒介，通過輔助測量裝置不同位姿的測量數據的比較來消除該輔助測量裝置標記點位置精度的影響，進而得到精密工作臺的標定函數，實現超精密工作臺系統誤差的標定。例如專利文獻200510011385. 2(公開日為2005年9月4日)，利用一種柵格板做輔助測量裝置，并完成XY工作臺的自標定，但該方法針對的是平移位移，不解決旋轉自由度標定問題。目前的精密旋轉工作臺自標定方法，如專利文獻201010552626(申請日為2010年11月22日)所描述，在傳感器內部構造極對數滿足一定關系并可以對同一回轉對象進行回轉角位移同步測量的兩個測量單元，以其中任意一個測量單元為參考單元，另一個測量單元為被標定單元。以參考單元的測量值為參照坐標系，觀察被標定單元測量值和參考單元測量值之差，根據電磁感應式傳感器的誤差特點對觀察到的結果進行數據處理，可以分別求解出被標定單元和參考單元的誤差函數，實現對傳感器系統誤差自標定。但是，該方法充分利用了電磁感應式角度傳感器的自身特點，只適合角度傳感器為電磁感應式傳感器的旋轉工作臺，不適用于其它類型角度傳感器的旋轉工作臺。根據上述背景所述，目前旋轉工作臺自標定方面的問題是缺乏適用于各種類型角度傳感器的旋轉工作臺的自標定方法。
技術實現思路
針對現有技術的不知和缺陷，本專利技術的目的是提供，該方法不局限于旋轉工作臺的角度傳感器類型，既可以是電磁感應式角度傳感器，也可以是光柵式或其它類型角度傳感器，在沒有標準測量工具的條件下實現旋轉工作臺角度系統誤差的在位精確自標定。本專利技術的技術方案，其特征在于，所述自標定方法包括以下步驟I)準備一個玻璃板1，該玻璃板上有N條等分的扇形刻線2，每條刻線之間的夾角為360/N。，其中N為正整常數，玻璃板扇形刻線與理想刻線間的偏差記為輔助誤差An，其中n=0, I,…，N-I ；2)將玻璃板(I)固定放置于被標定旋轉工作臺5上，被標定旋轉工作臺5上裝有角度傳感器4，其中扇形刻線2的精度等于或小于被標定旋轉工作臺5的測量精度；利用旋轉工作臺的角度傳感器4記錄該起始位姿中玻璃板I上每個扇形刻線2所對應的角度傳感器4讀數，該讀數與其額定值之間的偏差記為Vtl,n，這個偏差由旋轉工作臺測量系統誤差Gn、 輔助偏差An、調整誤差Λ Θ。以及隨機測量噪聲r(l n構成；3)將玻璃板I相對于被標定旋轉工作臺5旋轉360/N。角，并固定放置，同樣利用角度傳感器4記錄玻璃板I每個扇形刻線2所對應的角度傳感器4讀數，該讀數與其額定值之間的偏差記為V1>n，這個偏差由旋轉工作臺測量系統誤差Gn+1、輔助偏差An、調整誤差Δ Θ I以及隨機測量噪聲構成；4)針對步驟2)和步驟3)兩種位姿記錄下來的自標定模型，分別定義旋轉工作臺坐標軸方向和玻璃板刻線坐標軸方向，使得系統誤差和輔助誤差分別滿足Sfj01Gfl= O和= 0;聯立閉合圓原理求解出上述兩種位姿下的調整誤差，即Δ砵=Σ·χπ / N和Δ句=Σ^-χ, /1;構造出含傳遞性的測量系統誤差方程Gn+l_Gn ^(Fln-Σ^Χ, /JV)-(F0^i - !UN)，由此可以解算出系統誤差Gn，從而完成被標定旋轉工作臺5測量系統誤差的在位自標定。所述的玻璃板I包括鍍鉻石英玻璃板或鍍鉻K9玻璃板；所述扇形刻線2包括從玻璃板中心起始的扇形刻線方式，或者扇形刻線在玻璃板的邊沿，而玻璃板中心區域為空白或任意刻線圖形。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果①標定過程中使用精度不高的扇形刻線玻璃板作為輔助測量裝置，無需高精度標準計量工具，即可實現高精度的系統誤差自標定；②所提方法針對的是裝有角度傳感器的旋轉工作臺，不僅考慮了角度傳感器本身的測量系統誤差，還考慮了傳感器在工作臺上裝調不準以及變形等帶來的誤差影響，實現了旋轉工作臺系統誤差的在位精確標定；③方法應用對象不局限于帶電磁式傳感器的旋轉工作臺，亦適用于圓光柵式、光電式、環形激光等其它各種角度傳感器的旋轉工作臺；④所提自標定方法可實現角秒級甚至更高精度標定工作。附圖說明圖I是玻璃板及其扇形刻線示意圖。圖2是旋轉工作臺及其對應的角度測量示意圖。圖3是玻璃板在旋轉工作臺上第一個測量位姿示意圖。圖4是玻璃板在旋轉工作臺上第二個測量位姿示意圖。圖中1 一玻璃板；2—扇形刻線；3—工作臺理想角度刻度；4一工作臺角度傳感器；5—旋轉工作臺；6—系統誤差。具體實施例方式下面根據附圖并結合具體實施步驟對本專利技術的技術方案作進一步詳細說明。本專利技術公開的，通過以下技術方案實現 ，其特征在于，所述自標定方法包括以下步驟I)準備一個玻璃板1，該玻璃板上有N條等分的扇形刻線2，每條刻線之間的夾角為360/N。，其中N為正整常數，玻璃板扇形刻線與理想刻線間的偏差記為輔助誤差An，其中 n=0, I,…，N-I ；2)將玻璃板I固定放置于被標定旋轉工作臺5上，被標定旋轉工作臺5上裝有角度傳感器4，其中扇形刻線2的精度等于或小于被標定旋轉工作臺5的測量精度；利用旋轉工作臺的角度傳感器4記錄該起始位姿中玻璃板I上每個扇形刻線2所對應的角度傳感器4讀數，該讀數與其額定值之間的偏差記為Vchn,這個偏差由旋轉工作臺測量系統誤差Gn、輔助偏差An、調整誤差Λ Θ。以及隨機測量噪聲r(l n構成；3)將玻璃板I相對于被標定旋轉工作臺5旋轉360/N。角，并固定放置，同樣利用角度傳感器4記錄玻璃板I每個扇形刻線2所對應的角度傳感器4讀數，該讀數與其額定值之間的偏差記為V1>n，這個偏差由旋轉工作臺測量系統誤差Gn+1、輔助偏差An、調整誤差Δ Θ I以及隨機測量噪聲構成；4)針對步驟2)和步驟3)兩種位姿記錄下來的自標定模型，分別定義旋轉工作臺坐標軸方向和玻璃板刻線坐標軸方向，使得系統誤差和輔助誤差分別滿足Efj01Gn =0和聯立閉合圓原理求解出上述兩種位姿下的調整誤差，即噸/#和Δ0 =YnJVJ N·，構造出含傳遞性的測量系統誤差方程G X-Gfl= (Vhn -Z^01F1b /N)-(V0，n -Ei^01F0jw / N)，由此可以解算出系統誤差 Gn,從而完成被標定旋轉工作臺5測量系統誤差的在位自標定。 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種精密旋轉工作臺測量系統誤差在位自標定方法，其特征在于該方法按如下步驟 1)準備一個玻璃板(1)，該玻璃板上有N條等分的扇形刻線(2)，每條刻線之間的夾角為360/N。，其中N為正整常數，玻璃板扇形刻線與理想刻線間的偏差記為輔助誤差An，其中 n=0, I,…，N-I ； 2)將玻璃板(I)固定放置于被標定旋轉工作臺(5)上，被標定旋轉工作臺(5)上裝有角度傳感器(4)，其中扇形刻線(2)的精度等于或小于被標定旋轉工作臺(5)的測量精度；利用旋轉工作臺的角度傳感器(4)記錄該起始位姿中玻璃板(I)上每個扇形刻線(2)所對應的角度傳感器(4)讀數，該讀數與其額定值之間的偏差記為Vc^n，這個偏差由旋轉工作臺測量系統誤差Gn、輔助偏差An、調整誤差A %以及隨機測量噪聲r(l，n構成； 3)將玻璃板(I)相對于被標定旋轉工作...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱煜，胡楚雄，胡金春，馬競，徐登峰，張鳴，成榮，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：
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