1光電軸角編碼器校準規(guī)范本規(guī)范適用于分辨力為0.1”～30”的光電軸角編碼器(以下簡稱編碼器)的校準。2引用文獻本規(guī)范引用以下文獻：JJF1001—1998通用計量術語及定義JJF1059—1999測量不確定度評定與表示JJF1094—2002測量儀器特性評定JB/T9942—1999光柵角位移傳感器JB/T10034—1999光柵角位移測量系統(tǒng)JJG472—1997多齒分度臺國家計量檢定規(guī)程使用本規(guī)范時，應注意使用上述引用文獻的現(xiàn)行有效版本。3術語和定義編碼器的零位誤差：編碼器的零位誤差是指編碼器從正、反方向不同位置回到其零位時，其角度位置的最大變化量。編碼器主要是以光柵盤或碼盤作為測量元件，用來測量轉(zhuǎn)角。它可以單獨作為角度計量器具，也可以作為某一設備或儀器的測角部件。編碼器原理及結構示意圖如圖1所示。按分度誤差，編碼器可分為7級。5計量特性5.1分度誤差各級編碼器的分度誤差要求見表1。5.2測角重復性各級編碼器的測角重復性要求見表1。5.3編碼器的零位誤差編碼器的零位誤差要求在制造廠家的產(chǎn)品標準中規(guī)定，也可由用戶根據(jù)需要確定。5.4測角回程誤差編碼器的測角回程誤差要求在制造廠家的產(chǎn)品標準中規(guī)定，也可由用戶根據(jù)需要確2準確度級別分度誤差測角重復性/(")最大允許誤差/(”)1土0.2521士0.532士144士25士567士30注：P—峰值，V一谷值。當編碼器不按準確度等級進行分級時，其分度誤差、測角重復性要求在制造廠家的產(chǎn)品標準中規(guī)定，也可由用戶根據(jù)需要確定。6校準條件校準時的溫度及溫度變化應滿足表2要求。被校準編碼器與校準所用標準器具應有足夠的平衡溫度時間，通常應不少于2h。被校準編碼器應在接通電源10min后開始校3準確度級別校準時的溫度要求/(℃)溫度變化/(℃/h)2345676.2校準用標準器校準用標準器見表3。序號1轉(zhuǎn)臺1～3級編碼器用分度值為0.1”～0.5”的轉(zhuǎn)臺4級編碼器用分度值為1”的轉(zhuǎn)臺5～7級編碼器用分度值為2”～10”的轉(zhuǎn)臺2自準直儀1～3級編碼器用分度值≤0.1”的自準直儀3多面棱體1～3級編碼器用不少于17面的3等多面棱體7校準項目和校準方法7.1分度誤差編碼器的分度誤差可以直接用轉(zhuǎn)臺(分度臺、測角儀等)校準，也可采用多面棱體一自準直儀校準，校準點數(shù)通常根據(jù)被校準編碼器的級別而定。1級、2級編碼器采用不少于17面的質(zhì)數(shù)面棱體進行校準，且采用排列互比法；3級、4級編碼器校準點數(shù)應不少于16點；5級、6級、7級編碼器校準點數(shù)應不少于12點。校準點數(shù)也可按委托單排列互比法的操作與數(shù)據(jù)處理方法見JJG472—1997《多齒分度臺計量檢定規(guī)程》。編碼器校準時是否帶聯(lián)軸節(jié)由送校單位確定。7.1.1直接用轉(zhuǎn)臺(分度臺、測角儀等)校準將被校準編碼器轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸節(jié)連接在一起，并使被校準編碼器主軸軸4線與轉(zhuǎn)臺軸線重合，固定編碼器不動部分，記下編碼器示值a?及轉(zhuǎn)臺示值b?。轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過一個位置，記下編碼器示值a?及轉(zhuǎn)臺示值b?,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺直至測完所有被測點。再次轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺使編碼器示值為a?,同時記下轉(zhuǎn)臺示值b',并記算一測回首尾重合差H=|b?-b?丨，各級編碼器一測回首尾重合差要求見表4。準確度級別首尾重合差/(”)1234567直接用轉(zhuǎn)臺校準編碼器示意圖如圖2。編碼器各測點的誤差值計算公式見下式：b;——轉(zhuǎn)臺第i測點示值；e;——被校準編碼器第i測點的分度誤差值。7.1.2用多面棱體一自準直儀校準將多面棱體安裝在編碼器轉(zhuǎn)軸上，并使多面棱體軸線與編碼器旋轉(zhuǎn)軸線重合，同軸度誤差應不大于0.5mm,棱體各工作面與被檢編碼器的軸線的平行度(塔差)不大于30”;安放自準直儀，使自準直儀視軸垂直于多面棱體工作面并對準多面棱體第一工作5面中心，自準直儀分劃板豎線應與編碼器軸線平行；記下編碼器示值a?及自準直儀初始讀數(shù)c?,旋轉(zhuǎn)編碼器主軸使多面棱體第二工作面對準自準直儀，記下編碼器示值a?及自準直儀相應的讀數(shù)c?,旋轉(zhuǎn)編碼器主軸直至校準完所有校準點。再次旋轉(zhuǎn)編碼器主軸使編碼器示值為a?,同時記下自準直儀示值ci,并計算一測回首尾重合差H= lc?-c?l,各級編碼器一測回首尾重合差要求見表4。用多面棱體一自準直儀校準編碼器示意圖如圖3。圖3用多面棱體一自準直儀校準編碼器示意圖b;——棱體第i面與第1面夾角；若被校準編碼器含細分處理部分且分度誤差校準間隔為在誤差最大值點及最小值點處校準細分誤差，細分誤差校準點數(shù)為n,n通常不小于10。校準間隔為△/n(△為一個細分周期)。細分誤差校準完后按分度誤差計算公式計誤差校準結果同時給出誤差(含細分點誤差)最大值和最小值；當被校準編碼器無絕對零位時，分度誤差取各校準點誤差(含細分點誤差)中最大值P與最小值V之差(即P-V值)作為校準結果。分度誤差校準結果形式也可按委托單位的要求而定。轉(zhuǎn)動編碼器回轉(zhuǎn)軸使編碼器轉(zhuǎn)至零位位置。轉(zhuǎn)動編碼器使編碼器向示值減小的方向轉(zhuǎn)過一個角度后再轉(zhuǎn)回至零位，再次記下測量裝置讀數(shù)值。依此反復測量，共測量10次。取測量裝置讀數(shù)的最大值和最小值之差作為編碼器的零6按分度誤差校準方法以相同的轉(zhuǎn)動方向重復連續(xù)測量兩周(第一周、第二周測量點位置相同),讀取測量裝置第一周各測點測量值d?,d?,…,dn,第二周各測點測量值d',d?,…,d'。按公式(3)計算測角重復性。式中：d;——第一周第i測點的測量值，i=1,2,…,n;dn+i=d?d′——第二周第i測點的測量值，i=1,2,…,n;d'+?=d'f;——第一周相鄰測點測量值之差；f;——第二周相鄰測點測量值之差；n——每周測量點數(shù)；7.4測角回程誤差測角回程誤差的校準裝置與分度誤差的校準裝置相同。按分度誤差校準方法正、反各測量一周(正、反測量點位置相同),取各測點正、反讀數(shù)值之差的絕對值中最大者作為測角回程誤差校準結果。8校準結果表達經(jīng)校準的編碼器發(fā)給校準證書或校準報告。9復校時間間隔復校時間間隔由送校單位根據(jù)實際使用情況確定，建議為1年。7附錄A分度誤差校準實例A.1采用多面棱體一自準直儀法校準被校對象：分辨力為0.1”,細分周期為60”,無絕對零位的3級光電軸角編碼器。校準用標準器具：24面棱體(3等);自準直儀，示值誤差(PV值)為0.2”(±100”范多面棱體一自準直儀法校準數(shù)據(jù)見表A.1。自準直儀讀數(shù)/(”)誤差值/(")①②③215°—1.0”330°—0.5”一0.34一1.7560°+0.5”一0.2一0.3675°—0.9”790°-0.4”一0.589一0.5150°+0.3”165°+1.4”一1.7180°+0.0”一0.3195°—0.5”210°+0.5”225°-0.2”240°+0.4”一0.7255°-4.5”一0.5270°-0.3”一0.7285°+0.6”一0.8300°—0.2”一0.8315°+0.2”一0.7330°+0.6”一0.5一0.1345°+0.1”一0.5一0.38表A.1(續(xù))自準直儀讀數(shù)/(”)誤差值/(")190°0.0”90°-0.4”一0.5290°5.o”90°-0.4”390°10.0”90°-0.4”490°15.0”90°-0.4”590°20.0”90°-0.4”690°25.0”90°-0.4”790°30.0”90°-0.4”890°35.0”990°40.0”90°-0.4”90°45.0”90°50.0”90°55.0”90°-0.4”90°60.0”90°-0.4”自準直儀讀數(shù)/(”)誤差值/(”)1225°-0.2”2225°5.0”225°-0.2”3225°10.0”225°-0.2”一0.84225°15.0”225°-0.2”一0.85225°-0.2”一0.86225°-0.2”7225°30.0”225°-0.2”8225°35.0”225°-0.2”一0.59225°40.0”225°-0.2”225°45.0”225°—0.2”一0.8225°50.0”225°—0.2”225°—0.2”一0.7225°60.0”225°-0.2”一0.8校準結果：0.9-(一0.9)=1.8”(不確定度U=0.6”,p=95%)A.2采用排列互比法校準被校對象：分辨力為0.1”,細分周期為60",無絕對零位的2級光電軸角編碼器。排列互比法校準數(shù)據(jù)見表A.2。表A.2排列互比法校準數(shù)據(jù)自準直儀讀數(shù)/(")1面10面11面12面13面14面15面16面17面18面一0.一0.一1.1一0.7一1.78豎行和S;斜行和Y;分度誤差(Y;-Y?)/m一0.3一0.5一0.3校準結果：0-(-0.7)=0.7”(不確定度U=0.04”,p=95%)o附錄B測角重復性校準實例被校對象：分辨力為0.1”,細分周期為60”,無絕對零位的2級光電軸角編碼器。校準用標準器具：23面棱體(3等);自準直儀，示值誤差(PV值)為0.2”自準直儀讀數(shù)/(")兩周各對應點相第二周第一周1215°39'7.8”15°39'7.0”331°18'15.0”446°57'23.5”562°36'31.3”62°36'30.4”678°15'39.1”78°15'17.7”一1.1793°54'47.0”8109°33'54.8”109°33'54.4”9125°13'2.6”125°13'3.5”140°52'10.4”140°52'10.4”156°31'18.3”156°31'17.7”一0.1172°10'26.1”172°10'25.7”187°49'33.9”187°49'35.1”203°28'41.7”203°28'42.3”219°7'59.6”219°7'51.2”234°46'57.4”250°26'5.2”250°26'7.0”266°5'13.0”266°5'12.7”281°44'20.9”281°44'21.9”297°23'29.7”313°2'36.5”313°2'36.5”328°41'44.9”344°20'52.2”344°20'53.9”附錄C測角回程誤差校準實例被校對象：分辨力為0.1”,細分周期為60”,無絕對零位的2級光電軸角編碼器。校準用標準器具：23面棱體(3等);自準直儀，示值誤差(PV值)為0.2”測角回程誤差校準數(shù)據(jù)見表C.1。棱體角度值自準直儀讀數(shù)/(”)測角回程誤差正測反測①②1215°39'7.8”331°18'15.6”31°18'15.0”446°57'23.5”46°57'23.2”562°36'31.3”62°36'30.4”678°15'39.1”78°15'17.7”793°54'47.0”93°54'46.4”8109°33'54.8”109°33'54.4”9125°13'2.6”125°13'3.5”140°52'10.4”156°31'18.3”172°10'26.1”172°10'25.7”18749'33.9”187°49'35.1”203°28'41.7”203°28'42.3”一0.1219°7'59.6”219°7'51.2”234°46'57.4”234°46'57.1”250°26'5.2”250°26'7.0”266°5'13.0”266°5'12.7”281°44'20.9”281°44'21.9”297°23'28.7”297°23'29.7”313°2'36.5”313°2'36.5”328°41'44.3”328°41'44.9”344°20'52.2”344°20'53.9”校準結果：0.3”光電軸角編碼器分度誤差測量不確定度分析D.1用多面棱體一自準直儀校準D.1.1概述測量對象：分辨力為0.1”,無絕對零位的3級光電軸角編碼器(以下簡稱編碼器)。校準用標準器具：3等多面棱體，檢定誤差(不確定度)為0.5”,包含因子k=3;自準直儀，示值誤差(PV值)為0.2”(±100”范圍內(nèi))。D.1.1.3環(huán)境條件：(20±3)℃。D.1.1.4測量過程將多面棱體安裝在編碼器轉(zhuǎn)軸上，并使多面棱體軸線與編碼器旋轉(zhuǎn)軸線重合。安放自準直儀，使自準直儀視軸垂直于多面棱體工作面并對準多面棱體第一工作面中心。自準直儀分劃板豎線應與編碼器軸線平行，記下編碼器示值及自準直儀初始讀數(shù)a?,c?;旋轉(zhuǎn)編碼器主軸使多面棱體第二工作面對準自準直儀，記下編碼器示值及自準直儀相應的讀數(shù)a?,c?;旋轉(zhuǎn)編碼器主軸直至校準完所有校準點。分度誤差取各校準點誤差值中最大值P與最小值V之差(即P-V值)作為校準結果。D.1.2數(shù)學模型b;——棱體第i面與第1面夾角；c;——自準直儀第i測點讀數(shù)；e;——被校準編碼器第i測點的誤差值。=[(an-a?)-(bw-b?)—(cm-c?)]-[(ay-a?)-(bx-b?)-式中：aw——各校準點誤差中最大值所對應的編碼器示值；av——各校準點誤差中最小值所對應的編碼器示值；by——各校準點誤差中最大值所對應的棱體工作面與第1面夾角；by——各校準點誤差中最小值所對應的棱體工作面與第1面夾角；cm——各校準點誤差中最大值所對應的自準直儀讀數(shù)值；cx——各校準點誤差中最小值所對應的自準直儀讀數(shù)值；△——分度誤差校準結果。則合成標準不確定度應為：u2=c2(a)u2(a)+c2(b)u2(b)+c2(c)D.1.3標準不確定度一覽表標準不確定自由度與編碼器讀數(shù)有關的不確定度編碼器量化誤差1多面棱體檢定誤差自準直儀示值誤差D.1.4不確定度分量估算D.1.4.1與編碼器讀數(shù)有關的不確定度u(a)D.1.4.1.1被校準編碼器量化誤差引入的標準不確定度分量u?被校準編碼器分辨力為0.1”,以等概率出現(xiàn)在半寬為0.1”/2=0.05”的區(qū)間內(nèi)，估計相對不確定度為10%,則D.1.4.1.2被校準編碼器測角重復性引入的標準不確定度分量u?3級編碼器測角重復性為△重=0.3”(3倍標準差),則測角重復性是用雙觀測法測量。3級編碼器測角重復性每周測量點數(shù)不少于16點，即雙周測量點數(shù)不少于32點，所以自由度v?=31,則u(a)=√ui+u2=√0.032+0.102=0.1D.1.4.2多面棱體檢定誤差引入的標準不確定度分量u(b)校準所使用的多面棱體為3等，其檢定證書中注明其測量不確定度為0.5”,k=3,估計相對不確定度為10%,則D.1.4.3自準直儀示值誤差引入的標準不確定度分量u(c)校準所使用的自準直儀示值誤差(PV值)為0.2”(±100”范圍內(nèi)),該值以等概率分布落在其區(qū)間內(nèi)，估計相對不確定度為10%,則D.1.5標準不確定度計算ue=√C2(a)u2(a)+c2(b)u2(b)+c2(c)D.1.6有效自由度D.1.7擴展不確定度U=t?.gs(96)×ue=2.0×0.22=D.2直接用轉(zhuǎn)臺校準D.2.1概述D.2.1.1測量對象：分辨力為0.1”,無絕對零位的3級光電軸角編碼器(以下簡稱編D.2.1.2校準用標準器具：轉(zhuǎn)臺，示值誤差(PV值)為1”。D.2.1.3環(huán)境條件：(20±3)℃。D.2.1.4測量過程將被校準編碼器轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸通過合適的聯(lián)軸節(jié)連接在一起，并使被校準編碼器主軸軸線與轉(zhuǎn)臺軸線重合，固定編碼器不動部分，記下編碼器示值及轉(zhuǎn)臺示值a?,b?。轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過一個位置，記下編碼器示值及轉(zhuǎn)臺示值a?,b?,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺直至測完所有被測分度誤差取各校準點誤差值中最大值P與最小值V之差(即P-V值)作為校準結果。D.2.2數(shù)學模型b;——轉(zhuǎn)臺第i測點示值；e;——被校準編碼器第i測點的誤差值。=[(am-a?)—(bm-b?)]-[(ay-a?)-式中：am——各校準點誤差中最大值所對應的編碼器示值；av——各校準點誤差中最小值所對應的編碼器示值；bw——各校準點誤差中最大值所對應的轉(zhuǎn)臺示值；by——各校準點誤差中最小值所對應的轉(zhuǎn)臺示值；△——分度誤差校準結果。則合成標準不確定度應為：D.2.3標準不確定度一覽表標準不確定自由度與編碼器讀數(shù)有關的不確定度編碼器量化誤差1D.2.4不確定度分量估算D.2.4.1與編碼器讀數(shù)有關的不確定度u(a)D.2.4.1.