仪器仪表学报

作者：池烽，纪鹏宇，姜博文，黄银国

单位：池烽,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,纪鹏宇,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,姜博文,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,黄银国,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,hyg@tju.edu.cn,

关键词：圆光栅;自标定;布局方法;谐波残差

圆光栅是实现超高精度全圆周角度测量的重要工具，在微纳加工、瞄准定位和计量科学等领域起着重要作用。圆光栅自标定技术通过布置读数头，并采用特定的数据处理方法分离系统误差，克服了测量量程小和缺乏更高参考基准的问题，从而实现自标定。为了提高圆光栅角度测量精度，降低圆光栅自标定中谐波抑制的影响，故提出一种含素数夹角的多读数头自标定方法，以提高谐波残差阶次。基于传递函数法的自标定原理，研究了残差阶次与读数头夹角的定量关系，建立了残差阶次为360整数倍的多读数头布局夹角计算公式。利用该公式计算得到六读数头布局夹角，计算结果表明：对于360点采样的数据，对比实验的布局1残差为0.8″，残差阶次是6的整数倍；布局2残差为0.2″，残差阶次是40的整数倍；该方法得到的本文布局残差为3×10-13″，残差阶次为360的整数倍。通过搭建六读数头自标定实验，使用本文方法消除94.37%的圆光栅测角系统的误差，实现了圆光栅测角系统的全圆周标定，且重复性良好，验证了在实际应用中的有效性。本标定方法极大提高了圆光栅自标定中谐波残差的阶次，对减小测角谐波误差有一定的参考价值，为超高精度角位移传感器的实现提供支撑。

来源：2025年第7期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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