一種新穎簡單，成本低四自由度角索引校準(zhǔn)的精密轉(zhuǎn)臺技術(shù)W.Jywea,,C.J.Chenb,W.H.Hsieha,P.D.Linb,H.H.Jwoa,T.Y.Yanga摘要：標(biāo)定一個角旋轉(zhuǎn)工作臺，無論是高精度的標(biāo)準(zhǔn)還是相關(guān)的光學(xué)激光干涉儀一般使用成本都非常高。本文建立了一個新穎，簡單，低成本的技術(shù)來校準(zhǔn)4度-的自由度（自由度）誤差由使用一個可以旋轉(zhuǎn)一整圈360°（三角位置誤差和一個線性位置誤差）一個參考回轉(zhuǎn)工作臺，一個1維（1D）光柵和兩個2二維（2D）的位置感應(yīng)探測器（PSD）的。利用這種技術(shù)，沒有使用高度準(zhǔn)確參考轉(zhuǎn)盤，但是測試是具有良好的重復(fù)性。經(jīng)過兩個大圈的測試，無論是目標(biāo)轉(zhuǎn)臺的四自由度誤差和參考轉(zhuǎn)盤可以測得。系統(tǒng)校準(zhǔn)，穩(wěn)定性測試，系統(tǒng)測試驗證和完整圓的測試的完成。該系統(tǒng)的角度穩(wěn)定性小于2弧秒，而位移穩(wěn)定性小于1.2毫米。2007埃爾塞維爾有限公司保留所有權(quán)利。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)表校準(zhǔn)，全循環(huán)試驗;光柵;位置傳感探測器;4自由度測量;誤差分離1.簡介回轉(zhuǎn)工作臺是經(jīng)常用于有關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)床，三坐標(biāo)測量機(jī)和組裝線。因此，轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)非常重要。該轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)要求角度測量儀，與傳統(tǒng)儀器是旋轉(zhuǎn)編碼器，激光干涉儀的自準(zhǔn)直儀測量精確程度。一個旋轉(zhuǎn)編碼器是常用的索引中測量工具，例如：一對多軸轉(zhuǎn)臺機(jī)床，機(jī)器人的關(guān)節(jié)，機(jī)器主軸工具和滾珠絲杠索引。然而，旋轉(zhuǎn)編碼器只對誤差的測量適當(dāng)。激光干涉儀經(jīng)常被用來衡量一個小角，但它只能測試過程中獲取一個索引誤差。一個自準(zhǔn)直儀是經(jīng)常用于測量小角度，它可以應(yīng)用到兩個二維（平面）測角（俯仰誤差和仰角誤差），但其測量范圍小，而且它要求有一個標(biāo)準(zhǔn)的多棱鏡。旋轉(zhuǎn)臺有6個自由度誤差（三線性位置誤差和3個角位置誤差），但是傳統(tǒng)儀器只能測量任一維（1D）誤差或2D的誤差。該一個轉(zhuǎn)盤完整的校準(zhǔn)過程需要360°自由度測量一大圈，但此測量技術(shù)測量時大多數(shù)測量系統(tǒng)范圍小于10°。因此，激光測量范圍干涉儀和自準(zhǔn)直儀的測量范圍時不夠的，而且他們非常昂貴。傳統(tǒng)的校準(zhǔn)技術(shù)在轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)時需要一個完整的圓360°一個參考轉(zhuǎn)盤，它必須具有較高的準(zhǔn)確度和高重復(fù)性。作者引用旋轉(zhuǎn)表的誤差相對測量結(jié)果便可以被忽略。該儀器通常被記錄一次，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的參考轉(zhuǎn)盤逆時針旋轉(zhuǎn)。一般來說，一個旋轉(zhuǎn)360°表一整圈校準(zhǔn)記錄需要36此，即測量系統(tǒng)采樣周期10°。如果經(jīng)過一個更完整的測試實施，那么校準(zhǔn)過程將需要更長的時間。一般來說，旋轉(zhuǎn)表包括的誤差，擺動誤差和偏心率。但是傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)表校準(zhǔn)技術(shù)（激光干涉儀或自動準(zhǔn)直器）只校準(zhǔn)索引誤差和擺動指數(shù)誤差。然而，高精確度旋轉(zhuǎn)表必須校準(zhǔn)的更多細(xì)節(jié)。通過完整的旋轉(zhuǎn)表校準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)臺的誤差可以補償。在本文中，旋轉(zhuǎn)表中的誤差六自由度定義，即三個線性位置誤差和三個角位置誤差。近年來，測角技術(shù)已是重點的干涉方法。1992年，黃等。建立了小角度測量系統(tǒng)這是基于在一個玻璃內(nèi)部邊界反射效果和菲涅耳定律。在黃的制度，分辨率為0.2弧秒，測量范圍為3弧秒。1996年，小麗等人。建立了一個二維小旋轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)，使用兩種不同并行干擾模式（畫中畫），這些正交對方。對小麗的體系標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6弧秒。在接下來的一年小麗等。改進(jìn)他們的系統(tǒng)，以便其分辨率為0.2弧秒，測量范圍為±30弧分。1997年，邱等人。建立了一種改進(jìn)的角測量技術(shù)與分辨率0.333弧秒，測量范圍為±5.6。在其最佳性能，系統(tǒng)的分辨率0.288弧秒。1998年，周，蔡[8]建立了一個角度測量技術(shù)，它是根據(jù)2005年第09全內(nèi)反射效應(yīng)和外差干涉。系統(tǒng)的分辨率優(yōu)于0.3弧秒這取決于所選指數(shù)折射。1998年，還，等。建立了測角基法在內(nèi)部的反射效果，即使用了一個直角棱鏡。他們表明，角度測量與±500弧分范圍，非線性誤差±0.1％，而0.1弧秒分辨率可隨時實現(xiàn)。1999年，郭等人開發(fā)了一種光學(xué)小角度測量方法的基礎(chǔ)上表面等離子體共振（SPR）和測量分辨率0.2弧秒，達(dá)到了實驗。2003年，葛和麥克開發(fā)了一種在此角度測量技術(shù)分析的基礎(chǔ)上的條紋相位測量輪廓。測量范圍為±2160弧秒并從線性偏差優(yōu)于±0.02弧秒。2004年，邱等人。開發(fā)了一種小角度測量使用多個總外差干涉內(nèi)部分析，而角分辨率優(yōu)于0.454弧秒在測量范圍-1.12<=X>=2.12得以在20以內(nèi)的數(shù)值。大多數(shù)角度測量技術(shù)的研究重點在1D角度測量，干涉角度測量和2D干涉測量技術(shù)。但是，昂貴而復(fù)雜的干涉系統(tǒng)，不能被廣泛用于工業(yè)。因此，成本低，多自由度測量系統(tǒng)在轉(zhuǎn)臺校準(zhǔn)時是非常重要的。位置傳感探測器（位置感應(yīng)探測器）可用于測量旋轉(zhuǎn)部分誤差，回轉(zhuǎn)體零件的速度，旋轉(zhuǎn)方向扶輪的一部分角位置和誤差。Jywe等。采用兩種位置傳感器和一個反射光柵測試轉(zhuǎn)臺的性能，但其測量范圍非常?。?11）沒有完整的圓試驗來提供整個圓的測量。然而，對于一般轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)的360°整圈的測試是必要的。這兩個文件描述了一個4自由度測量系統(tǒng)的建設(shè)并建立一種新的技術(shù)轉(zhuǎn)盤一圈測試。四自由度系統(tǒng)，本文提出包括一維反射光柵，一個激光二極管，四個位置傳感器及一個參考回轉(zhuǎn)工作臺。干涉儀和自準(zhǔn)直儀是常用的轉(zhuǎn)臺測量系統(tǒng)。然而，在轉(zhuǎn)臺校準(zhǔn)過程中，激光干涉儀和自準(zhǔn)直儀分別需要高精確度參考轉(zhuǎn)盤和一個多棱鏡。因此，使用激光干涉儀或自準(zhǔn)直儀進(jìn)行校準(zhǔn)回轉(zhuǎn)工作臺是昂貴的。此外，在提出的方法，沒有高準(zhǔn)確的參考轉(zhuǎn)盤，

但具有良好的重復(fù)性是必要的。即使索引誤差和幾何誤差參考轉(zhuǎn)盤大，他們將獲得所提出的方法。2.四自由度測量系統(tǒng)在這個文件中，四自由度測量系統(tǒng)包括一個參考回轉(zhuǎn)工作臺，一維光柵，一個激光二極管，傳感器，反射光柵和兩個處理器，一個A/D卡和一臺個人電腦（PC）。圖1給出了電路圖。該參考轉(zhuǎn)盤被放置在目標(biāo)旋轉(zhuǎn)，然后一維光柵上由夾具回轉(zhuǎn)工作臺安裝表。激光二極管和位置傳感器被放在光柵的附近。從激光束激光二極管是一維光柵投影到一維光柵，然后產(chǎn)生了許多衍射光束。在這個文件中，+1和-1級衍射光束被使用，兩個傳感器被用來檢測衍射光束。一般來說定義在轉(zhuǎn)臺的六幾何誤差，即三個線性位置誤差和三個角位置誤差。在此外，還有之間的光柵和偏心軸的轉(zhuǎn)盤，這是因為Dx和Dy定義。3.應(yīng)全面圈測試模型大多數(shù)儀器的測量范圍為小于10°，所以一個完整的校準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤需要一種特殊的方法。在正常轉(zhuǎn)臺校準(zhǔn)，自準(zhǔn)直儀使用一個多邊形鏡子和激光干涉儀并且使用一個參考回轉(zhuǎn)工作臺。在這試驗中，該技術(shù)還需要一個參考旋轉(zhuǎn)表，但參考轉(zhuǎn)盤要求測試參考旋轉(zhuǎn)臺的誤差必須可重復(fù)的。1994年，林建立了一個轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)技術(shù)，它可以測量索引誤差為360°的整圈回轉(zhuǎn)工作臺。然而，該技術(shù)只能單次測量誤差。因此，一個改良的方法是成立于本節(jié)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的誤差參考表進(jìn)行了審議，對旋轉(zhuǎn)的幾何誤差表是其中εz是目標(biāo)指數(shù)之間的差異旋轉(zhuǎn)表和參考表，并累計在不同的校準(zhǔn)程序。這εx，εy，δx，δy和δz不累積。因為一整圈測試需要兩個試驗中，目標(biāo)轉(zhuǎn)盤和參考轉(zhuǎn)盤重復(fù)性一定要做好，否則測量結(jié)果將不會重復(fù)。該校準(zhǔn)技術(shù)的基本要求是，目標(biāo)下校準(zhǔn)可旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)作為參考不同方向旋轉(zhuǎn)相同的步長，即對順時針和逆時針的比較。每個部門根據(jù)測試表進(jìn)行了比較與每一個部門的參考，以建立第一組數(shù)據(jù)。例如，有一個轉(zhuǎn)盤進(jìn)行了測試，12點左右360°角位置（即0°30°60°，…，330°），這是等距離的目標(biāo)轉(zhuǎn)盤和參考轉(zhuǎn)盤分割。同時在測試開始后的第一個目標(biāo)轉(zhuǎn)盤和參考轉(zhuǎn)盤，分別定為0°，第一組數(shù)據(jù)是由個人電腦所提取。然后，目標(biāo)旋轉(zhuǎn)工作臺順時針旋轉(zhuǎn)30°和參考旋轉(zhuǎn)工作臺逆時針旋轉(zhuǎn)30°第二組數(shù)據(jù)由個人電腦所提取。從上面的實驗過程中，可以得出以下關(guān)系：其中εz1n是第一組角讀數(shù)和N是超過360°增量。εzt1下標(biāo)'t'象征目標(biāo)轉(zhuǎn)盤，下標(biāo)為'r'是指參考轉(zhuǎn)盤的誤差。在第二次測試的一圈中，再次將目標(biāo)轉(zhuǎn)盤和參考轉(zhuǎn)盤設(shè)置為0°參考旋轉(zhuǎn)工作臺（例如30°）。后參考旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺，樣品采取的第一套。然后，目標(biāo)旋轉(zhuǎn)工作臺順時針旋轉(zhuǎn)30°參考旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)30°反順時針再次采樣。從上面的實驗過程中，第二次測試的結(jié)果令人滿意。然后，整理轉(zhuǎn)動的關(guān)系，可以得出：其中εz2n是第二組角讀數(shù)和N是超過360°的增量。測量兩組數(shù)據(jù)可以被重新安排如下：4.實驗結(jié)果與討論在這個文件中，對4自由度計量校準(zhǔn)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)驗證和全圓測試的完成。系統(tǒng)的照片如圖。2所示。組件圖。2中沒有顯示附上通過臺式PC連接到位置感應(yīng)探測器的信號處理器A/D卡。該元件的規(guī)格分別列在表1。4DOF試驗系統(tǒng)4.1.系統(tǒng)校準(zhǔn)系統(tǒng)校準(zhǔn)是第一個實驗。在這實驗中，用自準(zhǔn)直儀波特角位置提供參考。其測量范圍為±410弧秒，分辨率為0.02弧秒，精度為0.5弧秒。圖。3（a）給出了校準(zhǔn)結(jié)果，圖。3（b）中給出了系統(tǒng)不確定性的標(biāo)準(zhǔn)差。在整個校準(zhǔn)過程中，顯然，良好的εz線性和的εz不確定度約為1.5弧秒。角位置（εz）的4自由度測量測量范圍約為1°，因為幾乎所有的測量位置感應(yīng)探測器的范圍應(yīng)用。4.2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性試驗

系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗是第二次實驗。系統(tǒng)通過系統(tǒng)實驗室條件下正常的平衡狀態(tài)（即無特殊溫度或振動隔離）允許穩(wěn)定性進(jìn)行了評價，然后連續(xù)記錄為4000秒的輸出信號圖。4表明，原型系統(tǒng)的基本是穩(wěn)定合理的，即沒有特殊的隔離或過濾依然在±1.2毫米，εx，εy和εz在4000s內(nèi)±1.5弧秒。4.3.系統(tǒng)驗證

系統(tǒng)驗證是第三個實驗，自準(zhǔn)直儀也被用來驗證4自由度測量系統(tǒng)，因為它可以同時進(jìn)行對εx和εy的測量。設(shè)置的自準(zhǔn)直儀在光柵背面。當(dāng)全部循環(huán)試驗實施和誤差分離方法沒有用時，自準(zhǔn)直儀記錄了目標(biāo)轉(zhuǎn)盤和參考轉(zhuǎn)盤誤差總和。4自由度的自準(zhǔn)直儀測量系統(tǒng)可記錄一次，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)一次，并再次測試參考轉(zhuǎn)盤逆時針旋轉(zhuǎn)的程度。圖。5顯示了該系統(tǒng)的核查結(jié)果。結(jié)果對4自由度自準(zhǔn)直儀的測量系統(tǒng)類似，所以4自由度數(shù)學(xué)模型測量制度是正確的。4.4.全部循環(huán)測試完整的循環(huán)測試是最后的實驗，是在第3條所述。該4自由度測量系統(tǒng)的測量范圍為1°左右。要完成一整圈測試的時間，如果必須采取唯一位置感應(yīng)探測器（2位置感應(yīng)探測器）的使用。只有一組位置感應(yīng)探測器的要求記錄在第一和第二次測試，至少720分。因此，4個位置感應(yīng)探測器來建立系統(tǒng)。位置感應(yīng)探測器A和B設(shè)置為位置感應(yīng)探測器意義上的±1級衍射光時的參考轉(zhuǎn)臺角位置是0°。然后，位置感應(yīng)探測器的C和D設(shè)置為位置感應(yīng)探測器意義上的±1級衍射光時的參考轉(zhuǎn)臺角位置是在5°。在整圈測試，位置感應(yīng)探測器C和位置感應(yīng)探測器B的一個用于第一次測試，而位置感應(yīng)探測器C和D組用于第二次測試。因此，一個完整的循環(huán)測試只需要記錄在第一和第二次測試72分。經(jīng)過兩年試驗完成后，上述方法在第3節(jié)是用來隔離的目標(biāo)轉(zhuǎn)臺和參考轉(zhuǎn)臺的誤差。測試結(jié)果如圖所示。6（一）-（d）及（六）-（H）分別為目標(biāo)和參考轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)臺的誤差。在參考轉(zhuǎn)臺角位置誤差均高于目標(biāo)轉(zhuǎn)盤。但是，誤差是相似的。目標(biāo)轉(zhuǎn)盤的δy,εx，εy和εz約有2.85毫米，330，620和270弧秒，分別為。δy，εx，εy和εz轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了一下，分別為2.90毫米，210，500和250弧秒。在δy大是因為兩者之間的反射光柵表面和轉(zhuǎn)盤的中心軸偏心距較大。要調(diào)整目標(biāo)之間的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤參考偏心是容易的。但要調(diào)整光柵之間的偏心回轉(zhuǎn)工作臺是困難的，因為對光柵和旋轉(zhuǎn)表是不同的幾何。5.結(jié)論本文建立了一個新穎，簡單，低成本的校準(zhǔn)技術(shù)360°全圓旋轉(zhuǎn)表（三角位置誤差和位置誤差的線性）的4自由度的誤差。利用這種技術(shù)，沒有高度準(zhǔn)確的參考轉(zhuǎn)盤，但是具有良好的重復(fù)性是必要的。經(jīng)過充分循環(huán)試驗，目標(biāo)和參考轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)臺的四自由度誤差可能確定。系統(tǒng)校準(zhǔn)，穩(wěn)定性試驗，系統(tǒng)驗證和測試已經(jīng)完成了一圈。從整個體系的校準(zhǔn)，測量不確定度角系統(tǒng)（宰）小于1.5弧秒。該系統(tǒng)的角度穩(wěn)定性小于2弧秒，而位移穩(wěn)定性小于1.2mm。目錄TOC\o"1-3"\u第一章總論 1一、項目提要 1二、可行性研究報告編制依據(jù) 2三、綜合評價和論證結(jié)論 3四、存在問題與建議 4第二章項目背景及必要性 5一、項目建設(shè)背景 5二、項目區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營發(fā)展現(xiàn)狀 11三、項目建設(shè)的必要性及目的意義 12第三章建設(shè)條件 15一、項目區(qū)概況 15二、項目實施的有利條件 17第四章建設(shè)單位基本情況 19一、建設(shè)單位概況 19二、研發(fā)能力 20三、財務(wù)狀況 20第五章市場分析與銷售方案 21一、市場分析 21二、產(chǎn)品生產(chǎn)及銷售方案 22三、銷售策略及營銷模式 22四、銷售隊伍和銷售網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 23第六章項目建設(shè)方案 24一、建設(shè)任務(wù)和規(guī)模 24二、項目規(guī)劃和布局 24三、生產(chǎn)技術(shù)方案與工藝流程 25四、項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和具體建設(shè)內(nèi)容 26五、項目實施進(jìn)度安排 27第七章投資估算和資金籌措 28一、投資估算依據(jù) 28二、項目建設(shè)投資估算 28三、資金來源 29四、年度投資與資金償還計劃 29第八章財務(wù)評價 30一、財務(wù)評價的原則 30二、主要參數(shù)的選擇 30三、財務(wù)估算 31四、盈利能力分析 PAGEREF_To