用动态全积分法提高圆分度精度

　　引言

　　度盘、光栅盘是测角仪器的关键元件，测角精度取决于度盘、光栅盘本身的精度和读取角位移的方法.1907年Herry.Wild提出了对径读数方法，使以度盘为基准的测角仪器精度大有提高。光栅莫尔技术问世后，由于它的平均效应，放大作用，以及莫尔条纹信号周期变化与光栅节距变化一一对应的特点，被广泛应用于高精度的自动化测角仪器中。以后又发展为多头平均读数方法，可较好地消除光栅制造、安装偏心及长周期误差的影响，大多应用于测角系统、码检仪及圆刻机中。多头读数法还可经频谱分析，选择消除较大误差谐量相应的读数头个数及其位置分布，以实现用最少的读数头个数和合理的位置分布，达到最好的消误差效果。二十世纪六十年代又提出了静态全积分法，理论上可全部消除光栅刻划误差及偏心的影响，但静态全积分法一般要用环形棱镜或环形光电池和环形光导纤维，加工难、成本高、实用性较差。随着科学技术的发展，八十年代国外学者提出了动态全积分法，用于圆分度测试仪器中。该法的特点是只采用一个转动读数头和一个静止读数头以及主光栅连续旋转的装置，即可很好地消除光栅刻划误差及偏心的影响。动态全积分法用在圆分度装置中，结构简单、精度高，是一种较好的角位移信息读取方法。

　　动态全积分法已应用于瑞士Wild厂的T2o00电子经纬仪及NPL的角度基准中，但未见动态全积分法有关技术的详细报道。国内有的院所正处于探索阶段。随着对圆分度精度要求的不断提高，为使这种新的角位移读取方法在我国得到实际应用，剖析该法的基本原理，分析实现此法的基本结构、信号处理方法及关键技术.并进行实验研究是很有必要的。

　　1基本原理

　　1.1原理

　　所谓动态全积分法分度，就是用一电机带动一主光栅作恒角速度(动转动，在主光栅上安装转动读数头(R砂和静止读数头(R.)，通过主光栅上不同栅线位置对尺m与R.间的夹角(中)进行多次(即K，N次，K为转动圈数，N为主光栅刻线数)重复测量，得到全积分效果，从而较好地消除圆光栅刻划误差、安装偏心误差的影响以实现精确分度.如图1所示，R二，尺产生的信号分别为:(令其幅值为l)

　　一般测角方法中，相位差只从某一光栅线周期内一次测量得到，受光栅刻划误差的影响较大;而该方法中，由于主光栅作恒速转动，因此相位差是经积分平均测量的结果。若主光栅栅线数为N，主光栅旋转K圈，则相位差是由KN次平均测试的结果。由于圆光栅分度误差的封闭性，理论上积分平均结果的误差为零。因而应用动态全积分法，可以提高圆分度的精度。按式(2)，只要求出n，△巾，即可求出必。下面分别讨论求取n和△币的具体方法。