[发明专利]一种基于BP神经网络的圆光栅传感器测角误差修正方法

说明书

本发明属于测量仪器领域，公开一种基于BP神经网络的圆光栅传感器测角误差修正方法，包括如下步骤，准备实验装置，标定测角误差值，测角误差的函数关系，根据函数关系式，得到各个测角误差谐波项阶数n所对应的夹角α值；得到夹角的离散点α_opq以及2个读数头的差值经傅里叶变换后E₂₁的离散点E_21opq；BP神经网络进行建模及测试，得到2个读数头的测角差值与环境温度T、谐波阶次n的关系E₂₁(T,n)，以及2个读数头的实际夹角与环境温度T、谐波阶次n的关系α(T,n)；再将BP神经网络算法求出的E₂₁(T,n)、α(T,n)带入关系式，得到该环境温度下的F(n)，F(n)进行傅里叶逆变换得到第一读数头的测角误差ε(θ)。可显著提高圆光栅和平行双关节坐标测量机的测量精度。

技术领域

本发明属于测量仪器领域，尤其涉及一种基于BP神经网络的圆光栅传感器测角误差 修正方法。

背景技术

关节类坐标测量机是现代制造业的一种重要的精密测量仪器，广泛应用在模具加工、 汽车制造、航空航天等领域。该类仪器的测量精度受其旋转关节内安装的圆光栅传感器测 角精度的显著影响，旋转关节中圆光栅传感器的测角精度受到环境温度的显著影响。在不 同的工业现场，环境温度跨幅可能高达30℃，若测角误差修正模型中未包含工作环境温度 参数，则当工业现场的环境温度与仪器进行标定时环境温度相差较大时，会引起显著的测 角误差。

针对环境温度对安装在旋转关节中圆光栅传感器的测角误差修正问题，常用的方法是 单读数头标定法，即采用单读数头的布置方案，使用多面棱体和自准直仪在标称的温度区 间内取若干个温度值，进行标定，通过最小二乘法等算法建立误差修正函数与圆光栅传感 器角度值、温度的函数关系，从而修正测角误差，但该方法由于使用单个读数头，当仪器 经过长时间使用后，由于轴承磨损等原因导致工况出现变化，由于单读数头无法进行自修 正，因此无法消除由此引起测角误差成分中较大的一次项谐波成分，产生较大的测角误差。 另一种应用较为广泛的方法是多读数头均布方案，常用的是双读数头对径均布方案，对2 个读数头的测角数据求和取均值进行自修正，理论上可以消除测角误差谐波成分中的奇次 项，也可以消除工作环境温度变化引起测角误差的奇次项谐波成分，但是当环境温度改变， 引起精密轴系机械结构变形，造成2个读数头之间夹角值的改变，导致测角误差的奇次项 谐波成分无法完全消除，同时该方法无法消除偶次项谐波成分。

发明内容

本发明的目的是为了解决这一问题，提供一种基于BP神经网络的圆光栅传感器测角 误差修正方法，能够有效修正工况变化以及旋转关节机械结构变形引起的测角误差方法， 保证了圆光栅的测角精度以及关节类坐标测量机长期在工业现场使用时的测量精度，具有 重大的适用性。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种基于BP神经网络的圆光栅传感器测角误差修正方法，包括如下步骤，

步骤一，准备实验装置，将精密轴系固定在恒温箱中，精密轴系上安装两个读数头， 通过夹具将23面棱体固定在精密轴系的旋转轴上，调整自准直仪和精密轴系的位置，使 其能正常工作；

步骤二，标定测角误差值，在设定的温度下，同步记录2个读数头的测角数值 H_1k,H_2k,k＝1,2,···,23和自准直仪的水平方向示值γ_Xk，标定测角误差离散值ε(θ_k)；

步骤三，测角误差的函数关系，第一读数头的测角误差离散值进行傅里叶变换得到 F(n)，第二读数头和第一读数头的差值再进行傅里叶变换，得到与第一读数头测角离散值 误差的函数关系；

步骤四，根据函数关系式，得到各个测角误差谐波成分阶数n所对应的夹角α值；