本發明涉及一種角位移誤差的標定與補償方法，特別是一種基于輸入輸出雙圓光柵角位移檢測系統的誤差標定與補償方法。
背景技術：
圓光柵系統是測量角位移的精密測量傳感器，具有精度高、壽命長等優點，廣泛應用于機械行業，圓光柵系統的精度由光柵尺的柵格密度決定，一般來說，柵格密度越大精度越高，但測量精度也取決于光柵尺柵格的均勻度，如柵格間距有的地方寬，有的地方窄，都會給精度帶來一定影響；此外，很大程度上圓光柵系統測量精度受圓光柵尺安裝精度的制約，特別是圓光柵尺與旋轉軸的偏心精度。
在許多應用場合，例如減速器、變速箱等需要同時檢測輸入端與輸出端角位移的機械設備，需要兩套圓光柵系統分別安裝在輸入端與輸出端上，請參見專利申請號為2016110260108、發明名稱為：一種精密減速器綜合性能臥式高精度檢測儀的專利申請以及專利申請號為2016110313533、發明名稱為：一種精密減速器綜合性能立式多自由度高精度檢測儀的專利申請。由于不同的安裝條件以及圓光柵系統的個體差異，使得兩套傳感系統各自有著不同的精度指標和誤差分布，例如，單個圓光柵系統精度為±3″，兩套圓光柵系統組合后精度可能變為±6″，因此僅用單個傳感器精度替代系統綜合測量精度是不正確的，單個測量系統的誤差顯然與兩者組合而成的測量系統的誤差分布不同，因此需要對兩個獨立測角系統(圓光柵)的誤差分布進行相關性分析，找出基于不同相位的綜合誤差分布規律，進而采取誤差補償的方法消除雙圓光柵的安裝誤差。
技術實現要素：
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種雙圓光柵角位移檢測系統的誤差標定與補償方法，采用該方法可以消除雙圓光柵的安裝誤差。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種雙圓光柵角位移檢測系統的誤差標定與補償方法，所述雙圓光柵角位移檢測系統包括能夠同軸的輸入端主動軸和輸出端從動軸，在所述輸入端主動軸上安裝有圓光柵尺Ⅰ，所述圓光柵尺Ⅰ設有讀數頭Ⅰ，所述圓光柵尺Ⅰ固定在固定座Ⅰ上，在所述輸出端從動軸上安裝有圓光柵尺Ⅱ，所述圓光柵尺Ⅱ設有讀數頭Ⅱ，所述圓光柵尺Ⅱ固定在固定座Ⅱ上，該誤差標定與補償方法采用以下步驟：1)誤差標定：1.1)使所述輸入端主動軸和所述輸出端從動軸同軸處于標定狀態；1.2)采用剛性聯接件將所述固定座Ⅰ和所述固定座Ⅱ固接在一起，然后記錄所述圓光柵尺Ⅰ和所述圓光柵尺Ⅱ的零位相位差，記做標定零位相位差，所述剛性聯接件與所述輸入端主動軸和所述輸出端從動軸同軸設置；1.3)使所述圓光柵尺Ⅰ和所述圓光柵尺Ⅱ旋轉，通過所述讀數頭Ⅰ和所述讀數頭Ⅱ的讀數獲取一圈內不同標定轉角所述圓光柵尺Ⅰ和所述圓光柵尺Ⅱ的讀數差值δj，記做測量誤差標定值，j為標定轉角序號，j＝1、2、3、…、n，n是大于12的整數；1.4)拆除所述剛性聯接件，改變所述圓光柵尺Ⅰ和所述圓光柵尺Ⅱ的零位相位差，重復步驟1.2)～1.3)，得到測量誤差標定矩陣A(δij)的列表，i為相位差序號，i＝1、2、3、…、m，m為大于12的整數；2)拆除所述剛性聯接件，使所述輸入端主動軸和所述輸出端從動軸恢復檢測狀態，然后將被測件的輸入軸與所述輸入端主動軸連接，將被測件的輸出軸與所述輸出端從動軸連接，旋轉所述輸入端主動軸，檢測被測件的輸入角位移和輸出角位移；3)誤差補償：3.1)在t時刻，獲取所述讀數頭Ⅰ和所述讀數頭Ⅱ的讀數a1和a2，a1是所述輸入端主動軸的角位移，也是被測件的輸入角位移，a2是所述輸出端從動軸的角位移，也是被測件的輸出角位移；3.2)將a1和a2各自去掉整數圈部分，得到α和β，取α或β的數值作為檢測系統轉角，并且獲得α-β的差值，該差值為所述圓光柵尺Ⅰ和所述圓光柵尺Ⅱ的零位相位差，也是檢測系統零位相位差；3.3)通過在測量誤差標定矩陣A(δij)的列表中選取與檢測系統零位相位差相同或相近的標定零位相位差和與檢測系統轉角相同或相近的標定轉角，獲取測量誤差標定值；3.4)用a1減去a2的差值減去步驟3.3)獲得的測量誤差標定值得到t時刻被測件輸入角位移和輸出角位移的差值。
所述剛性聯接件是圓軸。
本發明具有的優點和積極效果是：通過將兩圓光柵系統固接成一個測量系統，對測量系統中兩個獨立測角系統的誤差分布進行相關性分析，找出基于不同相位的測量誤差分布規律，通過誤差補償減小檢測測量誤差，提高角位移檢測系統的精度，有助于提高角位移差計量精度，對促進高精度轉動角度檢測技術的發展具有重大意義。
附圖說明
圖1為本發明應用的示意圖。
圖中：1、圓光柵尺Ⅰ；2、讀數頭Ⅰ；3、固定座Ⅰ；4、剛性聯接件；5、圓光柵尺Ⅱ；6、讀數頭Ⅱ；7、固定座Ⅱ；8、輸出端從動軸；9、輸入端主動軸。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：
請參閱圖1，一種雙圓光柵角位移檢測系統的誤差標定與補償方法，所述雙圓光柵角位移檢測系統包括能夠同軸的輸入端主動軸9和輸出端從動軸8，在所述輸入端主動軸9上安裝有圓光柵尺Ⅰ1，所述圓光柵尺Ⅰ1設有讀數頭Ⅰ2，所述圓光柵尺Ⅰ1固定在固定座Ⅰ3，在所述輸出端從動軸8上安裝有圓光柵尺Ⅱ5，所述圓光柵尺Ⅱ5設有讀數頭Ⅱ6，所述圓光柵尺Ⅱ5固定在固定座Ⅱ7上，該誤差標定與補償方法采用以下步驟：
1)誤差標定：
1.1)使所述輸入端主動軸9和所述輸出端從動軸8同軸處于標定狀態。
1.2)采用剛性聯接件4將所述固定座Ⅰ3和所述固定座Ⅱ7固接在一起，然后記錄所述圓光柵尺Ⅰ1和所述圓光柵尺Ⅱ5的零位相位差，記做標定零位相位差，所述剛性聯接件4與所述輸入端主動軸9和所述輸出端從動軸8同軸設置。
1.3)使所述圓光柵尺Ⅰ1和所述圓光柵尺Ⅱ5旋轉，通過所述讀數頭Ⅰ2和所述讀數頭Ⅱ6的讀數獲取一圈內不同標定轉角所述圓光柵尺Ⅰ1和所述圓光柵尺Ⅱ5的讀數差值δj，記做測量誤差標定值，j為標定轉角序號，j＝1、2、3、…、n，n是大于12的整數。
1.4)拆除所述剛性聯接件4，改變所述圓光柵尺Ⅰ1和所述圓光柵尺Ⅱ5的零位相位差，重復步驟1.2)～1.3)，得到測量誤差標定值矩陣A(δij)的列表，i為相位差序號，i＝1、2、3、…、m，m為大于12的整數。
測量誤差標定值矩陣A(δij)的列表
2)拆除所述剛性聯接件4，使所述輸入端主動軸9和所述輸出端從動軸8恢復檢測狀態，然后將被測件的輸入軸與所述輸入端主動軸9連接，將被測件的輸出軸與所述輸出端從動軸8連接，旋轉所述輸入端主動軸8，檢測被測件的輸入角位移和輸出角位移。
3)誤差補償：
3.1)在t時刻，獲取所述讀數頭Ⅰ2和所述讀數頭Ⅱ5的讀數a1和a2，a1是所述輸入端主動軸9的角位移也是被測件的輸入角位移，a2是所述輸出端從動軸8的角位移，也是被測件的輸出角位移。
3.2)將a1和a2各自去掉整數圈部分，得到α和β，取α或β的數值作為檢測系統轉角，并且獲得α-β的差值，該差值為所述圓光柵尺Ⅰ1和所述圓光柵尺Ⅱ5的零位相位差，也是檢測系統零位相位差。
3.3)通過在誤差矩陣A(δij)的列表中選取與檢測系統零位相位差相同或相近的標定零位相位差和與檢測系統轉角相同或相近的標定轉角，獲取測量誤差標定值。
3.4)用a1減去a2的差值減去步驟3.3)獲得的測量誤差標定值得到t時刻被測件輸入角位移和輸出角位移的差值，使被測件輸入角位移和輸出角位移的差值誤差得到補償。
在本實施例中，所述剛性聯接件4是圓軸。
本發明的原理：
在采用兩套圓光柵系統分別測量被測件輸入、輸出，并獲取其角位移差時，由于圓光柵尺Ⅰ和圓光柵尺Ⅱ的安裝誤差情況不同，兩圓光柵測量誤差會有差異，誤差差異隨著兩圓光柵尺的相對零位位置以及轉角變化而變化，這部分差異可能會疊加也可能會抵消，給角位移差測量帶來不確定性，因此需要對雙圓光柵角位移檢測系統整體進行標定，得到系統測量誤差標定值用于補償。因此，采用剛性聯接件固接兩圓光柵系統，使其成為一體，得到兩圓光柵在一圈內的所有不同零位相位差時的標定輸出值，并求其讀數差值作為兩圓光柵在此姿態下的測量誤差，由于單個圓光柵系統的特點是讀數誤差不累積，每旋轉一個整數圈后誤差會消除，因此只需在360°內找出所有不同系統轉角的測量誤差標定值，得到測量誤差標定值矩陣列表。在采用圓光柵系統檢測被測件時，根據兩圓光柵系統的零位相位差與系統轉角，采用查表法從測量誤差標定值矩陣A(δij)的列表內找到兩圓光柵系統的測量誤差標定值，將此測量誤差標定值補償到被測角位移差內，就可得到更加精確的被測角位移差。
盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍的情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。