安装偏心对圆光栅测角精度的影响及误差补偿技术研究
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个重要原 因。在 某转 台校准 技 术研 究 课 题 中 ， 测得 圆 光 栅测角装 置 的偏 心量 ａ＝０ ． ０ ０ ５ ｍ ｍ， 则 依 据式 （ ２ ） 由偏
在某 转 台校准 技术 研 究课 题 中 ， 选 用 的雷 尼绍 圆光
栅尺 Ｓ Ｉ Ｇ Ｎ Ｕ Ｍ ２ ０ ｍ ｎ 系列， ｒ＝７ ５ ｍ ｍ。在安装 调试 过程 中 ， 测得 圆光栅 与转轴 中心 的偏心 量 ａ：０ ． ０ ０ ５ ａ ｒ ｍ。 由式 （ ２ ） 可知 ， 当ｃ ｏ ｓ ｐ＝±１ 时， 角度 误差值 最大 ：
司， 西 班牙 的 Ｆ Ａ Ｇ Ｏ Ｒ公 司 ， 奥地 利 的 Ａ Ｍ Ｏ公 司和 １ ３ 本 的
由于装配 间隙等造成 圆光栅 几何 中心 与装配 后 的旋
转中心不重合 即产生偏心， 从而造成圆光栅测角系统的 测角误 差 。如 图 ２所示 ， 设 圆光 栅 在理 想 的安 装位 置 时 建立坐标系 Ｏ ｘ ｙ ， 其中 ０点为圆光栅圆心。当圆光栅存 在安装偏心时 ， 建立坐标 ０ Ｙ， ０ 点为圆光栅圆心 。
０ 引言
的方波信号并进行辨 向和计数处理 ， 可得到 圆光栅转动 的方 向和角度信号 ； 光栅转换卡通过 Ｕ Ｓ Ｂ接 口或 Ｒ Ｓ ２ ３ ２
接 口与计算 机相 连接 ， 开 发 人员 利 用 接 口函数 编 写 自己
圆光栅 ， 是现代精密仪器 和测角技术 的重要基础元 件， 具有精度高、 分辨力高、 使用方便等特点。以圆光栅 为核心部件组成的光电传感器 ， 可将输入的机械量转换 成相 应 的数字 量 ， 与数 显装 置或计 算机 连接构 成测量 、 控
制 系统 ， 易于 实现 机器 及仪 器 的 自动测 量 、 数 字测量 与数
的ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 测量软件（ 支持 ｃ 语言、 ｃ＋ ＋、 Ｖ Ｂ和 Ｄ ｅ ｌ ｐ ｈ ｉ 等 软件 ） ， 调用圆光栅测角系统所采集的角度数据并执行后
期 数据 处理 。
２ 安装 偏心对 圆光栅 测量精 度 的影响
品为 Ｓ Ｉ Ｇ Ｎ Ｕ Ｍ ２ ０ ｔ ｍ ａ 系列 ， 在测角精 度和稳定性等方面都 有 了显 著 的提升 。
１ 圆光栅 测 角 系统 的 组成及 应 用
完整的雷尼绍圆光栅测角系统应 由圆光栅、 读数头、 细分器和光栅转换卡组成 ， 如图 １ 所示。
读 数 头 细 分 器 转换 卡
唐松等 ： 安装编心对 圈光橱测 角精凌 的影响及误差补偿技 术研 究
安装 偏 心 对 圆 光栅 测 角 精 度 的影 响及 误 差 补偿 技 术研 究
Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｅ ｃ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｇ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ ｇ ｓ
唐 松 方 明 姚 磊
（ 南京晨光计量检测中心 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ６ ）
摘 要： 介绍了圆光栅测 角系统 的组成结构 ， 分析 了安装偏 心对 圆光栅测角精度 的影响并提出了一种偏心误差补偿 的方法 。分析和实验结果 表明 ， 对
精密测量圆光栅进行偏心补偿是十分 必要 的， 而所采用的两个读数头对径安装读数 的补偿方式有效 的减小 了偏心误差 ， 提高了圆光栅 的测角精度。 关键词 ： 雷尼绍 ； 圆光栅 ； 偏心 ； 误差补偿
字控制等。圆光栅 的应用领域主要有角度数字测量 、 运 动 比较测量和传动轴的扭转角测量等 。 目前 生 产 圆光栅 产 品 的厂家 众 多 ， 主要有 英 国 的雷 尼绍公 司， 德国的 Ｈ Ｅ Ｉ Ｄ Ｅ Ｎ Ｈ Ａ Ｉ Ｎ公 司 、 Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｋ Ｊ Ｅ Ｎ Ａ 公
ａ ｘ ＝ 一ａ ｍｓ ｉ ｎ ＝－ Ｔ － １ ３ ． ７ ５ ＇ （ ３ ）
尼康公司、 索尼公 司等。其 中雷尼绍公 司生产的圆光栅
产 品应 用 最为 广泛 ， 其基 于创新 的非接触 式光学 结构 ， 在
实 现零 机械 滞后 和 精确 测 量 的同 时 ， 还具 有 极 强 的抗 污
能力 ， 读数 头 和接 口的安装 都 由 Ｌ Ｅ Ｄ安装 状态 指 示 灯监 控， 提 高 了安装 速度 。 目前 ， 雷尼 绍公 司最新 的圆光栅 产
为一 ， 角度误差修正值为 （ 设Ｘ 轴正向为角度零位） 。
令 ０Ｐ ＝ｂ ， 偏心量 Ｏ Ｏ ＝ａ， 圆光栅 半径 ０ Ｐ ＝ｒ ， 由图
２可得 ： ０Ｐ ＝０ ０ ＋０ Ｐ 即 ： ６ ＝ ＋ （ １ ） 式中： ｙ＝９ ０一 ， ０ ＜ｙ＜１ ８ ０ ￣ ， 一９ ０ ￣ ＜ ＜９ ０ ￣
《 计量与 潮试技本》 ２ ｏ １ ３年第 ４ ０卷第 ６期
求解 式 （ １ ） 可得 ：
： 一ａ Ｉ ℃ ｓ ｉ ｎ． ａ ｃ ｏ ｓ ／ ｑ ．
ｒ
的方式可进 一步减 小偏心误 差 ， 这 里不再 详述 。
（ ２ ）
４
研究分 析表 明 ， 安装 偏 心 是影 响 圆 光栅 测 角 精度 的
图 ２ 偏 心 误 差 分 析 示 薏 图
Ｐ 点为偏心状态下 圆光栅上任意一点 ， 此时圆光栅
理想条件下转过角度为 Ｄ ｙ ， 偏心条件下测得 圆光栅 实际转过角度为／ ０ Ｐ 。则 Ｐ 点处角度测量误 差值
图 １ 圆光 栅 测 角 系 统 结构 图
圆光栅随被测转动体一起转动 ， 在安装状态指示灯 的帮助下固定安装好读数头 ， 使圆光栅与读数头 （ 即标尺 光栅与指示光栅 ） 形成 良好的相对运动 ， 即可利用读数头 读 出角度变化的信号。细分器与读数头连接， 把读数头 输出的脉冲信号进一步细分 ， 从而提高系统的分辨率和 测 量精 度 。光栅 转换 卡 与 细 分器 连 接 ， 采 集 细 分器 输 出
在某 转 台校准 技术 研 究课 题 中 ， 选 用 的雷 尼绍 圆光
栅尺 Ｓ Ｉ Ｇ Ｎ Ｕ Ｍ ２ ０ ｍ ｎ 系列， ｒ＝７ ５ ｍ ｍ。在安装 调试 过程 中 ， 测得 圆光栅 与转轴 中心 的偏心 量 ａ：０ ． ０ ０ ５ ａ ｒ ｍ。 由式 （ ２ ） 可知 ， 当ｃ ｏ ｓ ｐ＝±１ 时， 角度 误差值 最大 ：
司， 西 班牙 的 Ｆ Ａ Ｇ Ｏ Ｒ公 司 ， 奥地 利 的 Ａ Ｍ Ｏ公 司和 １ ３ 本 的
由于装配 间隙等造成 圆光栅 几何 中心 与装配 后 的旋
转中心不重合 即产生偏心， 从而造成圆光栅测角系统的 测角误 差 。如 图 ２所示 ， 设 圆光 栅 在理 想 的安 装位 置 时 建立坐标系 Ｏ ｘ ｙ ， 其中 ０点为圆光栅圆心。当圆光栅存 在安装偏心时 ， 建立坐标 ０ Ｙ， ０ 点为圆光栅圆心 。
０ 引言
的方波信号并进行辨 向和计数处理 ， 可得到 圆光栅转动 的方 向和角度信号 ； 光栅转换卡通过 Ｕ Ｓ Ｂ接 口或 Ｒ Ｓ ２ ３ ２
接 口与计算 机相 连接 ， 开 发 人员 利 用 接 口函数 编 写 自己
圆光栅 ， 是现代精密仪器 和测角技术 的重要基础元 件， 具有精度高、 分辨力高、 使用方便等特点。以圆光栅 为核心部件组成的光电传感器 ， 可将输入的机械量转换 成相 应 的数字 量 ， 与数 显装 置或计 算机 连接构 成测量 、 控
制 系统 ， 易于 实现 机器 及仪 器 的 自动测 量 、 数 字测量 与数
的ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 测量软件（ 支持 ｃ 语言、 ｃ＋ ＋、 Ｖ Ｂ和 Ｄ ｅ ｌ ｐ ｈ ｉ 等 软件 ） ， 调用圆光栅测角系统所采集的角度数据并执行后
期 数据 处理 。
２ 安装 偏心对 圆光栅 测量精 度 的影响
品为 Ｓ Ｉ Ｇ Ｎ Ｕ Ｍ ２ ０ ｔ ｍ ａ 系列 ， 在测角精 度和稳定性等方面都 有 了显 著 的提升 。
１ 圆光栅 测 角 系统 的 组成及 应 用
完整的雷尼绍圆光栅测角系统应 由圆光栅、 读数头、 细分器和光栅转换卡组成 ， 如图 １ 所示。
读 数 头 细 分 器 转换 卡
唐松等 ： 安装编心对 圈光橱测 角精凌 的影响及误差补偿技 术研 究
安装 偏 心 对 圆 光栅 测 角 精 度 的影 响及 误 差 补偿 技 术研 究
Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｅ ｃ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｇ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ ｇ ｓ
唐 松 方 明 姚 磊
（ 南京晨光计量检测中心 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ６ ）
摘 要： 介绍了圆光栅测 角系统 的组成结构 ， 分析 了安装偏 心对 圆光栅测角精度 的影响并提出了一种偏心误差补偿 的方法 。分析和实验结果 表明 ， 对
精密测量圆光栅进行偏心补偿是十分 必要 的， 而所采用的两个读数头对径安装读数 的补偿方式有效 的减小 了偏心误差 ， 提高了圆光栅 的测角精度。 关键词 ： 雷尼绍 ； 圆光栅 ； 偏心 ； 误差补偿
字控制等。圆光栅 的应用领域主要有角度数字测量 、 运 动 比较测量和传动轴的扭转角测量等 。 目前 生 产 圆光栅 产 品 的厂家 众 多 ， 主要有 英 国 的雷 尼绍公 司， 德国的 Ｈ Ｅ Ｉ Ｄ Ｅ Ｎ Ｈ Ａ Ｉ Ｎ公 司 、 Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｋ Ｊ Ｅ Ｎ Ａ 公
ａ ｘ ＝ 一ａ ｍｓ ｉ ｎ ＝－ Ｔ － １ ３ ． ７ ５ ＇ （ ３ ）
尼康公司、 索尼公 司等。其 中雷尼绍公 司生产的圆光栅
产 品应 用 最为 广泛 ， 其基 于创新 的非接触 式光学 结构 ， 在
实 现零 机械 滞后 和 精确 测 量 的同 时 ， 还具 有 极 强 的抗 污
能力 ， 读数 头 和接 口的安装 都 由 Ｌ Ｅ Ｄ安装 状态 指 示 灯监 控， 提 高 了安装 速度 。 目前 ， 雷尼 绍公 司最新 的圆光栅 产
为一 ， 角度误差修正值为 （ 设Ｘ 轴正向为角度零位） 。
令 ０Ｐ ＝ｂ ， 偏心量 Ｏ Ｏ ＝ａ， 圆光栅 半径 ０ Ｐ ＝ｒ ， 由图
２可得 ： ０Ｐ ＝０ ０ ＋０ Ｐ 即 ： ６ ＝ ＋ （ １ ） 式中： ｙ＝９ ０一 ， ０ ＜ｙ＜１ ８ ０ ￣ ， 一９ ０ ￣ ＜ ＜９ ０ ￣
《 计量与 潮试技本》 ２ ｏ １ ３年第 ４ ０卷第 ６期
求解 式 （ １ ） 可得 ：
： 一ａ Ｉ ℃ ｓ ｉ ｎ． ａ ｃ ｏ ｓ ／ ｑ ．
ｒ
的方式可进 一步减 小偏心误 差 ， 这 里不再 详述 。
（ ２ ）
４
研究分 析表 明 ， 安装 偏 心 是影 响 圆 光栅 测 角 精度 的
图 ２ 偏 心 误 差 分 析 示 薏 图
Ｐ 点为偏心状态下 圆光栅上任意一点 ， 此时圆光栅
理想条件下转过角度为 Ｄ ｙ ， 偏心条件下测得 圆光栅 实际转过角度为／ ０ Ｐ 。则 Ｐ 点处角度测量误 差值
图 １ 圆光 栅 测 角 系 统 结构 图
圆光栅随被测转动体一起转动 ， 在安装状态指示灯 的帮助下固定安装好读数头 ， 使圆光栅与读数头 （ 即标尺 光栅与指示光栅 ） 形成 良好的相对运动 ， 即可利用读数头 读 出角度变化的信号。细分器与读数头连接， 把读数头 输出的脉冲信号进一步细分 ， 从而提高系统的分辨率和 测 量精 度 。光栅 转换 卡 与 细 分器 连 接 ， 采 集 细 分器 输 出