基于二維混合式位置編碼的高精度測角

趙會寧，聞 杰，夏豪杰

（1.合肥工業大學 儀器科學與光電工程學院，安徽 合肥 230009；2.測量理論與精密儀器安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230009）

1 引言

角度傳感器作為一種旋轉角度測量的核心關鍵器件，已廣泛應用于航空航天、汽車制造、半導體、高端智能裝備和精密測量儀器等領域。含有精密旋轉軸系類的高端制造裝備或精密測量儀器，如高端機床［1］、多軸精密轉臺、機器人［2］、激光跟蹤儀［3］和關節臂式坐標測量機［4］等，均需要角度傳感器獲取精密旋轉軸系的旋轉角度。但在實際安裝過程中，難以保證角度傳感器和精密旋轉軸系的中心軸線完全重合，存在安裝偏心，直接影響精密旋轉軸系的測角精度，進一步影響高端制造裝備或精密測量儀器的精度。因此，為了減少角度傳感器安裝偏心誤差對測角精度的影響，研究焦點主要集中在以下三個方面：（1）采用光電自準直儀結合多面棱體或更高精度的角度傳感器提供角度標準量，以修正精密旋轉軸系上角度傳感器的安裝偏心誤差［5-9］，但當精密旋轉軸系使用的外部條件發生改變時，精密旋轉軸系的測角精度也會發生變化［10-11］。（2）通過角度傳感器安裝偏心自校準方法開展角度傳感器安裝偏心誤差修正，主要方法有PFD（Prime Factor Division Method）［12］，SelfA Method［13］，VEDA（Virtual Equal Division Averaged Method）［14］，EDA（Equal Division Averaged Method）［15］，TDR（Timemeasurement Dynamic Reversal Method）［16］，傳遞函數法［17-18］和其他圓光柵安裝偏心誤差自校準方法［19-21］。（3）從角度測量原理出發，研制具有安裝偏心誤差實時測量功能的角度傳感器，艾華等利用衍射光干涉原理提取高密度圓光柵位移信息并獲其安裝偏心誤差，以提高圓光柵的測角精度［22］；……