基准圆光栅偏心检测及测角误差偿

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1、第２０卷第１１期光学精密工程Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．１１２０１２年１１月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏｖ．２０１２文章编号１００４－９２４Ｘ（２０１２）１１－２４７９－０６基准圆光栅偏心检测及测角误差补偿艾晨光＊，褚明，孙汉旭，张延恒，叶平（北京邮电大学自动化学院，北京１００８７６）摘要：为了修正关节测试平台中由圆光栅安装偏心所产生的测量误差，建立了圆光栅偏心测角误差补偿模型并对安装偏心检测方法进行研究。首先，根据圆光栅测角与偏心参数间的几何关系，推导出圆光栅测量误差补偿模型。然后，描述了采用双读数头对比接收正弦信号间相位差，检测偏心参数的方法和原理；通过合

2、成信号的李萨茹图形，检测出关节测试平台内圆光栅的偏心距及偏心方向。最后，根据所推导的偏心测角误差补偿公式对测试系统进行修正。对比实验结果表明：修正后的圆光栅测角精度大幅提高，测量精度提高了近５倍，满足关节测试平台的测量精度要求。关键词：角度测量；圆光栅；系统误差补偿；偏心距检测；偏心方向检测中图分类号：ＴＢ９２２；Ｏ４３６．１文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１２２０１１．２４７９Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｔｅｓｔｉｎｇｏｆｂｅｎｃｈｍａｒｋｃｉｒｃｕｌａｒｇｒａｔｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆａｎｇｕｌａｒｅｒｒｏｒ＊，ＣＨＵＭｉｎｇ，ＳＵＮＨａｎ－ｘｕ，ＺＨＡＮ

3、ＧＹａｎ－ｈｅｎｇ，ＹＥＰｉｎｇＡＩＣｈｅｎ－ｇｕａｎｇ（ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＳｃｈｏｏｌ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７６，Ｃｈｉｎａ）＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：Ａｉｃｈｅｎｇｕａｎｇ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｇｌｅｅｒｒｏｒｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｏｆｉｎｓｔａｌｌｉｎｇａｃｉｒｃｕｌａｒｇｒａｔｉｎｇｉｎａｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｊｏｉｎｔｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ，ａｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏ

4、ｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｇｒａｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｇｌｅｅｒｒｏｒｓａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｅｃｃｅｎｔｒｉｃｅｒｒｏｒｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｎｇｕｌａｒｅｒｒｏｒａｎｄｅｃｃｅｎｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｄｕｃｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆａｎｇｕｌａｒｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｙｉｎｓｔａｌｌｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ．Ｔｈｅｎ，ｉｔｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｇｒａｔｉｎｇｅ

5、ｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｅｃｃｅｎｔｒｉｃｄｉｒｅｃｔｉｏｎｂｙｒｅｃｅｉｖｉｎｇｐｈａｓｅｅｒｒｏｒｓｏｆｓｉｇｎａｌｓｕｓｉｎｇｔｗｏｓｅｎｓｏｒｓｉｎｃｏｎｔｒａｓｔ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＬｉｓｓａｊｏｕｓｐｌｏｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｇｎａｌｓ，ｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｇｒａｔｉｎｇｉｎｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｊｏｉｎｔｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｓｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｓｉｎｇｔｈｅａｎｇｌｅｅｒｒｏｒｆｏｒｍｕｌａｓｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｇｌｅ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

6、ｈａｓｂｅｅｎａｍｅｎｄｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｍｅｎｄｅｄａｎｇｕｌａｒａｃ－ｃｕｒａｃｙｈａｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙｎｅａｒｌｙｆｉｖｅｔｉｍｅｓ．Ｉｔｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｔｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃｉｒｃｕｌａｒｇｒａｔｉｎｇ；ｓｙｓｔｅｍｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｒａｎｇｅｔｅｓｔ；ｅｃ－ｃｅｎｔｒｉｃｄｉｒｅｃｔｉｏｎｔｅｓｔ收稿

7、日期：２０１２－０７－２６；修订日期：２０１２－０８－３０．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６１１７５０８０）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（Ｎｏ．２０１１０００５１２０００４）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（Ｎｏ．２０１１ＰＴＢ－００－１１）２４８０光学精密工程第２０卷行修正，最后通过测量实验验证了方法的有效性。１引言２关节测试平台介绍关节测试平台可用于测定机械臂关节角度位置的输出精度，并为关节柔性部件传动特性研究关节测试系