转台工作面角位置测量装置误差分析与补偿-仪器仪表学报

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，２杨华晖１，冯伟利３，刘㊀福２，周㊀军３，马㊀征４
（１．军械工程学院导弹工程系㊀石家庄㊀０５０００３；２．军械技术研究所㊀石家庄㊀０５０００３；３．北京航天计量测试技术研究所㊀北京㊀１０００７６；４．陆军驻长治地区军代室㊀长治㊀０４６０１２）摘㊀要：针对特定转台轴端角位置检测误差不能反映实际产品工作面空间角位置的问题，介绍了一种以圆光栅和水平电容传感器作为测角元件的转台工作面空间角位置定位测量装置。以提高空间测角精度为目的，重点对装置各项误差因素进行归类分析。除光栅和传感器分别存在的分系统测角误差外，测量装置还存在转轴与测量基面不平行、传感器敏感轴与测量基面不平行等误差项。为修正测角系统误差，根据圆光栅旋转面、传感器敏感轴、转轴轴系、测量基面的空间几何关系建立数学模型，分析系统误差影响因素。最后利用分度误差在０．３ᵡ 高精度转台对校准装置进行标定，并利用径向基函数（ＲＢＦ）神经网络建立误差补偿模型，对系统测角精度进行修正，使系统最大误差值由１３．７５ᵡ 下降至２．９ᵡ ，满足了３ᵡ 以内的测角精度需求。关键词：角位置；圆光栅；水平电容传感器；误差补偿；神经网络中图分类号：ＴＨ７１２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀国家标准学科分类代码：４６０．４０３０
１，２３２３４ＹａｎｇＨｕａｈｕｉ，ＦｅｎｇＷｅｉｌｉ，ＬｉｕＦｕ，ＺｈｏｕＪｕｎ，ＭａＺｈｅｎｇ
（１．ＯｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＯｒｄｎａｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ；３．ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ；４．ＡｒｍｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｓＯｆｆｉｃｅｉｎＣｈａｎｇｚｈｉ，Ｃｈａｎｇｚｈｉ０４６０１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｔｕｒｎｔａｂｌｅｓｈａｆｔｅｎｄｃａｎｎｏｔｒｅｆｌｅｃｔｉｔｓａｃｔｕａｌｓｐａｃｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｗｏｒｋｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｕｓ，ａｓｐａｃｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｆｔｕｒｎｔａｂｌｅｗｏｒｋｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈｃｉｒｃｕｌａｒｇｒａｔｉｎｇａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒａｓｉｔｓａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｒｅｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｓｐａｔｉａｌａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓｔｈｅａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｅｒｒｏｒｏｆｓｕｂｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｈａｓｅｒｒｏｒｔｈａｔｔｈｅｓｈａｆｔｉｎｇｏｒｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒｉｓｎｏｔｐａｒａｌｌｅｌｔｏｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｌａｎｅｆｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｏｔｈｅｒｓｅｒｒｏｒｔｅｒｍｓ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｅｒｒｏｒｓａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｍａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｐａｔｉａｌｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｇｒａｔｉｎｇｒｏｔａｒｙｓｕｒｆａｃｅ，ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｓｅｎｓｏｒ，ｒｏｔａｔｉｏｎａｘｉｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｌａｎｅｆｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｉｓｃａｌｉｂｒａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｕｒｎｔａｂｌｅｗｉｔｈ０．３ ᵡ ｉｎｄｅｘｉｎｇｅｒｒｏｒ．ＡｎｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｒｒｏｒＲＢＦ）ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｒｒｏｒｖａｌｕｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｒａｄｉａｌｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎ（ｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏ２．９ᵡ ｆｒｏｍ１３．７５ᵡ ｔｏｓａｔｉｓｆｙａｎｇｕｌａｒｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｗｉｔｈｉｎ３ᵡ ｄｅｍａｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｃｉｒｃｕｌａｒｇｒａｔｉｎｇ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒ；ｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ
第３８卷㊀第５期２０１７年５月
仪
器
仪
表
学
报
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ

Ｖｏｌ３８Ｎｏ５Ｍａｙ．２０１７
转台工作面角位置测量装置误差分析与补偿
Ｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｆｏｒｔｕｒｎｔａｂｌｅｗｏｒｋｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ