高精度角位移平台的研制及误差补偿.pdf

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1、第３７卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ５２０１６年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１６高精度角位移平台的研制及误差补偿１，２１１，２１，２３姚雪峰，孙慈，杨晋，尹禄，赵宏伟（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春１３００３３；２．中国科学院大学北京１０００４９；３．吉林大学机械科学与工程学院长春１３００２５）摘要：在拉曼光谱仪中，要求承载分光元件转动的角位移平台在具备较大的转动范围、较高的转角分辨率和转角定位精度的同时还具备较快的转动速度，传统的几种驱动方式很难同时满足上述所有要求。

2、有鉴于此，设计了一种采用力矩电机直接驱动技术的高精度角位移平台。一般控制方法的控制精度在很大程度上依赖于反馈元件的测量精度，为了突破反馈元件测量精度对整个控制精度的影响，采用了一种更为精确的误差补偿校正技术，并搭建了误差测量装置，将测得的绝对转角误差在控制器中通过一定的控制算法加以有效的补偿。最后，对结构设计和误差补偿校正的效果进行了实验检测。结果显示：当测量步距为１°时，双向绝对定位精度优于１．００８″；当测量步距为１０°时，双向绝对定位精度为０．６４８″；回转轴系的轴向晃动误差小于±５″。以上结果验证了该角位移平台具有机械精度高、转角分辨率高、定位准

3、确等技术优势，能够满足拉曼光谱仪等相关仪器的使用需求。关键词：拉曼光谱仪；角位移平台；直驱；补偿校正＋＋中图分类号：ＴＰ２１７．３ＴＨ７４１．２２文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｕｒｎｔａｂｌｅ１，２１１，２１，２３ＹａｏＸｕｅｆｅｎｇ，ＳｕｎＣｉ，ＹａｎｇＪｉｎ，ＹｉｎＬｕ，ＺｈａｏＨｏｎｇｗｅｉ（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃ

4、ｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｕｒｎｔａｂｌｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｏｃｃａｓｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ，ｏｐｔｉｃａｌｅｑｕｉｐｍ

5、ｅｎｔａｎｄｈｉｇｈｅｎｄＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．ＴｈｅｔｕｒｎｔａｂｌｅｗｈｉｃｈｂｅａｒｓｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｔｈｅＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｓｈｏｕｌｄｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌａｒｇｅｒｏｔａｔｉｎｇｒａｎｇｅ，ｈｉｇｈｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｅｒａｎｇｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｆａｓｔｅｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ＇ｓｈａｒｄｔｏｍｅｅｔａｌｌｔｈｅａｂｏｖｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈｔ

6、ｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｒｉｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｕｒｎｔａｂｌｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｈｉｃｈｅｍｐｌｏｙｓｔｏｒｑｕｅｍｏｔｏｒｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｓｋｎｏｗｎｔｏａｌｌ，ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｌｍｅｔｈｏｄｓｉｓｌａｒｇｅｌｙｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｆｅｅｄｂａｃｋｅｌｅｍｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｄｄｒｅｓｓｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ａｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉ

7、ｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｄｏｐｔｅｄａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｓｅｔｕｐｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｂｓｏｌｕｔｅａｎｇｕｌａｒｅｒｒｏｒｔｈｒｏｕｇｈａｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｉｔｈｉｓ１°，ｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｂｓ

8、ｏｌｕｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ１．００