JJF 1115-2004 光电轴角编码器校准规范

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中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1115-2004

光电轴角编码器校准规范

CalibrationSpecificationforPhotoelectricShaftEncoders

2004一03一02发布2004一06一02实施

国家质量监督检验检疫总局发布

JJF1115-2004

光电轴角编码器校准规范

JJF1115-2004{

CalibrationSpecificationfor怪代替JJG900-1995}

.o.o.o.o.o.o.}.}.o.o.}.o.o.o.}

PhotoelectricShaftEncoders

本规范经国家质量监督检验检疫总局于2004年03月02日批准，并自

2004年06月02日起施行。

归口单位:全国几何量角度计量技术委员会

起草单位:中国科学院光电技术研究所

本规范委托归口单位负责解释

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JJF1115-2004

本规范主要起草人:

曹学东(中国科学院光电技术研究所)

范天泉(中国科学院光电技术研究所)

耿丽红(中国科学院光电技术研究所)

JJF1115-2州M

目录

1范围··························································································……(1)

2引用文献····················································································……(1)

3术语和定义·················································································……(1)

4概述··························································································……(I)

5计量特性····················································································……(1)

5.1分度误差·················································································……(1)

5.2测角重复性··············································································……(1)

5.3编码器的零位误差·····································································……(1)

5.4测角回程误差”·········································································……(1)

6校准条件····················································································……(2)

6.1环境条件·················································································……(2)

6.2校准用标准器···········································································……(3)

7校准项目和校准方法·····································································……(3)

7.1分度误差·················································································……(3)

7.2编码器的零位误差·····································································……(5)

7.3测角重复性··············································································……(5)

7.4测角回程误差···········································································……(6)

8校准结果表达··············································································……(6)

9复校时间间隔····························································，····，············……(6)

附录A分度误差校准实例·······························································……(7)

附录B测角重复性校准实例····························································……(10)

附录C测角回程误差校准实例·························································……(11)

附录D光电轴角编码器分度误差测量不确定度分析······························……(12)

附录E校准证书格式及内容····························································……(17)

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JJF1115-2侧H

光电轴角编码器校准规范

范围

本规范适用于分辨力为0.1”一30"的光电轴角编码器(以下简称编码器)的校准。

2引用文献

本规范引用以下文献:

JJF1001-1998通用计量术语及定义

JJF1059-1999测量不确定度评定与表示

JJF1094-2002测量仪器特性评定

JBIT9942-1999光栅角位移传感器

JB/T10034-1999光栅角位移测量系统

JJG472-1997多齿分度台国家计量检定规程

使用本规范时.应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3术语和定义

编码器的零位误差:

编码器的零位误差是指编码器从正、反方向不同位置回到其零位时，其角度位置的

最大变化量。

4概述

编码器主要是以光栅盘或码盘作为测量元件，用来测量转角。它可以单独作为角度

计量器具，也可以作为某一设备或仪器的测角部件。编码器原理及结构示意图如图1所

示。按分度误差，编码器可分为7级。

5计量特性

5.1分度误差

各级编码器的分度误差要求见表to

5.2测角重复性

各级编码器的测角重复性要求见表lo

5.3编码器的零位误差

编码器的零位误差要求在制造厂家的产品标准中规定，也可由用户根据需要确定。

5.4测角回程误差

编码器的测角回程误差要求在制造厂家的产品标准中规定，也可由用户根据需要确

定。

.1.1F1115-2004

图I编码器原理及结构示意图

I一主轴;2一光栅盘(或码盘):3一光源;4一指标光栅;5一接收器件组

表1各级编码器的分度误差、测角重复性要求

分度误差

准确度级别无绝对零位编码器有绝对零位编码器测角重复性/(0)

(尸一V)/(”)最大允许误差/(“)

10.5t0.25X0.2

21t0.5X0.3

32士1(0.4

44士2X0.8

510士5蕊1.6

620土10毛3.2

760士3056.4

注:P一峰值，V一谷值。

当编码器不按准确度等级进行分级时，其分度误差、测角重复性要求在制造厂家的

产品标准中规定，也可由用户根据需要确定。

6校准条件

6.1环境条件

校准时的温度及温度变化应满足表2要求。被校准编码器与校准所用标准器具应有

足够的平衡温度时间，通常应不少于2h。被校准编码器应在接通电源10min后开始校

准。

2

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JJF1115-2004

表2校准时的温度及温度变化要求

准确度级别校准时的温度要求1(℃)温度变化/(9C/h)

1

20士2X0.5

2

3

420士3续1

5

6

20士5-}1

7

6.2校准用标准器

校准用标准器见表30

表3校准用标准器

序号标准器分度值/等级

1一3级编码器用分度值为0.1“一0.5“的转台

转台4级编码器用分度值为1”的转台

5一7级编码器用分度值为2”一10"的转台

1一3级编码器用分度值(0.1“的自准直仪

自准直仪4级编码器用分度值为0.2”的自准直仪

5-7级编码器用分度值为1"的自准直仪

1一3级编码器用不少于17面的3等多面棱体

多面棱体4级编码器用不少于16面的4等多面棱体

5一7级编码器用不少于12面的4等多面棱体

7校准项目和校准方法

7.1分度误差

编码器的分度误差可以直接用转台(分度台、测角仪等)校准，也可采用多面棱体

一自准直仪校准，校准点数通常根据被校准编码器的级别而定。1级、2级编码器采用

不少于17面的质数面棱体进行校准，且采用排列互比法;3级、4级编码器校准点数应

不少于16点;5级、6级、7级编码器校准点数应不少于12点。校准点数也可按委托单

位的要求而定。

排列互比法的操作与数据处理方法见JJG472-1997《多齿分度台计量检定规程》。

编码器校准时是否带联轴节由送校单位确定。

7.1.1直接用转台(分度台、测角仪等)校准

将被校准编码器转轴与转台转轴通过联轴节连接在一起，并使被校准编码器主轴轴

JJF1115-2004

线与转台轴线重合，固定编码器不动部分，记下编码器示值a，及转台示值b、。转台转

过一个位置，记下编码器示值a,及转台示值b,，转动转台直至测完所有被测点。再次

转动转台使编码器示值为a，，同时记下转台示值b，，，并记算一测回首尾重合差H二

Ib'，一6,l，各级编码器一测回首尾重合差要求见表40

表4一测回首尾重合差要求

准确度级别首尾重合差/

X0.2

,0.3

,0.5

,15

直接用转台校准编码器示意图如图20

图2直接用转台校准编码器示意图

1一支架;2一被校编码器;3一联轴节;4一转台

编码器各测点的误差值计算公式见下式:

e=(a一al)一((b一b，)(1)

式中:a—编码器第i测点示值，i二1,2，二，n;

—转台第i测点示值;

—被校准编码器第i测点的分度误差值。

7.1.2用多面棱体一自准直仪校准

将多面棱体安装在编码器转轴上，并使多面棱体轴线与编码器旋转轴线重合，同轴

度误差应不大于0.5mm，棱体各工作面与被检编码器的轴线的平行度(塔差)不大于

30气安放自准直仪，使自准直仪视轴垂直于多面棱体工作面并对准多面棱体第一工作

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JJF1115-2004

面中心，自准直仪分划板竖线应与编码器轴线平行;记下编码器示值a，及自准直仪初

始读数。，，旋转编码器主轴使多面棱体第二工作面对准自准直仪，记下编码器示值a2

及自准直仪相应的读数c2，旋转编码器主轴直至校准完所有校准点。再次旋转编码器

主轴使编码器示值为a，同时记下自准直仪示值己，，并计算一测回首尾重合差H=

}，‘，一。.}，各级编码器一测回首尾重合差要求见表4

用多面棱体一自准直仪校准编码器示意图如图3,

图3用多面棱体一白准直仪校准编码器示意图

1-多面棱体;2-多面棱体调整架;3-被校编码器;4-自准直仪

编码器各测点的误差值计算公式见下式:

e=(a一a,)一(b一b.)一(c一。、)(2)

式中:a—编码器第i测点示值，i二1,2,…，侧

b—棱体第i面与第1面夹角;

c—自准直仪第i测点读数;

e—被校准编码器第i测点的误差值。

若被校准编码器含细分处理部分且分度误差校准间隔为细分周期的整数倍时，则应

在误差最大值点及最小值点处校准细分误差，细分误差校准点数为n,n通常不小于

10。校准间隔为△/n(A为一个细分周期)。细分误差校准完后按分度误差计算公式计

算各点误差值。

当被校准编码器有绝对零位时，应以绝对零位为起点进行分度误差的校准，且分度

误差校准结果同时给出误差(含细分点误差)最大值和最小值;当被校准编码器无绝对

零位时，分度误差取各校准点误差(含细分点误差)中最大值尸与最小值V之差(即

尸一V值)作为校准结果。分度误差校准结果形式也可按委托单位的要求而定。

7.2编码器的零位误差

编码器的零位误差的校准装置与分度误差的校准装置相同。

转动编码器回转轴使编码器转至零位位置。转动编码器回转轴，使编码器向示值增

加的方向转过一个角度后再转回至零位，记下测量装置读数值。然后转动编码器回转轴

使编码器向示值减小的方向转过一个角度后再转回至零位，再次记下测量装置读数值。

依此反复测量，共测量10次。取测量装置读数的最大值和最小值之差作为编码器的零

位误差校准结果。

7.3测角重复性

测角重复性的校准装置与分度误差的校准装置相同，按双观测法进行

5

JJF1115-2004

按分度误差校准方法以相同的转动方向重复连续测量两周(第一周、第二周测量点

位置相同)，读取测量装置第一周各测点测量值dd2,…，d，第二周各测点测量值

d'd2,…，do。按公式(3)计算测角重复性。

关=d;十，

fi=d;.,

(3)

,A,=3xVJ2n又(f一f

式中:d—第一周第i测点的测量值，i=1,几nd’ndn--d--d

d',—第二周第i测点的测量值，i=1,

f—第一周相邻测点测量值之差;

f;—第二周相邻测点测量值之差;

n—每周测量点数;

△重—测角重复性。

7.4测角回程误差

测角回程误差的校准装置与分度误差的校准装置相同。

按分度误差校准方法正、反各测量一周(正、反测量点位置相同)，取各测点正、

反读数值之差的绝对值中最大者作为测角回程误差校准结果。

8校准结果表达

经校准的编码器发给校准证书或校准报告。

，复校时间间隔

复校时间间隔由送校单位根据实际使用情况确定，建议为1年。

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工1F1115-2以娜

附录A

分度误差校准实例

A.1采用多面棱体一自准直仪法校准

被校对象:分辨力为0.1"，细分周期为)0，无绝对零位的3级光电轴角编码器。

校准用标准器具:24面棱体(3等);自准直仪，示值误差(PV值)为。2"(t100"范

围内)。

多面棱体一自准直仪法校准数据见表A.1o

表A.1多面棱体一自准直仪法校准数据

编码器示值棱本角度值自准直仪读数/(”)误差值/(”)

纷J〕‘

)了勺

①②③④二①一②一③

100000.00.0

2150150一1.0"0.60.4

3300300一0.夕一0.30.8

445045-+1.4"一1.70.3

560-60'+0.5"一0.2一0.3

6750750一0.9"0.90.0

7900900一0.4"一0.50.9

810501050一0.9"0.30.6

912001200一0.1"一0.50.6

1013501350一0.4"一0.40.8

11巧001500+0.3"一1.00.7

1216501650+1.4"一1.70.3

131800180'+0.0"一0.30.3

1419501950一0.5"0.40.1

1521002100+0.5"0.2一0.7

1622502250一0.2"1.1一0.9

1724002400+0.4"0.3~0.7’

1825502550一4.5"5.0一0.5

1927002700一0.3"1.0一0.7

2028502850+0.6"0.2一0.8

2130003000一0.2"1.0一0.8

2231503150+0.2"0.5一0.7

2333003300+0.6"一0.5~0.1

2434503450+0.1"0.4-0.5

2500000.3一0.3

JJF1115-2以M

表A.1(续)

在误差最大值处校准细分误差

序号编码器示值棱本角度值自准直仪读数/(“)误差值/(“)

19000.0"900一0.4"一0.50.9

29005.0"900一0.4"4.70.7

390010.0"900一0.4"9.60.8

490015.0"900一0.4"14.80.6

590020.0"900一0.4"19.80.6

690025.0"00。一0.4"24.80.6

790030.0"90。一0.4"30.00.4

890035.0"900一0.4"35.00.4

990040.0"驯)。一0.4"39.70.7

1090045.0"喇)。一0.4"44.50.9

1190050.0"900一0.4"49.70.7

1290055.0"90`一0.4"54.90.5

1390060.0"90。一0.4"59.50.6

在误差最小值处校准细分误差

序号编码器示值棱本角度值自准直仪读数/(“)误差值1(”)

122500.0"2250一0.2"1.1一0.9

222505.0"2250一0.2"6.1一0.9

3225010.0"2250一0.2"11.0一0.8

4225015.0"2250一0.2"16.0一08

5225020.0"2250一0.2"21.0一0.8

6225025.0"2250一0.2"25.8一0.6

7225030.0"2250一0.2"30.6一0.4

8225035.0"2250一0.2"35.7一0.5

9225040.0"2250一0.2"41.1一0.9

10225045.0"2250一0.2"46.0一0.8

11‘225050.0"2250一0.2"50.8一0.6

12225055.0"2250一0.2"55.9一0.7

13225060.0"2250一0.2"61.0一0.8

校准结果:0.9一(一0.9)二1.8"(不确定度U二0.6",p=95%)

A.2采用排列互比法校准

被校对象:分辨力为0.1"，细分周期为60"，无绝对零位的2级光电轴角编码器。

校准用标准器具:23面棱体(3等);自准直仪，示值误差(PV值)为0.2"

(土100”范围内)。

排列互比法校准数据见表A.2o

8

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JJF1115-2004

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JJF1115-2004

附录B

测角重复性校准实例

被校对象:分辨力为0.11,，细分周期为501,，无绝对零位的2级光电轴角编码器。

校准用标准器具:23面棱体(3等);自准直仪，示值误差(PV值)为0.2"

(士100'，范围内)。

测角重复性校准数据见表B.1.

表B.1测角重复性校准数据

自准直仪读数/(")相邻差/(“)两周各对应点相

序号编码器示值棱体角度值

第一周一第二周-第一周一第二周邻差之差/(”)

1000'0.0"000'0.0"0.00.11.21.1一0.1

215039'7.扩巧039'7.0"1.21.2一0.4一0.30.1

331018'15.6"31018'15.0"0.80.9一0.4一0.40.0

446057'23.5"46057'23.2"0.40.51.11.0一0.1

562036'31.3"62036'30.4"1.51.50.20.30.1

678015'39.1"78015'17.7"1.71.8一1.2一1.10.1

793054'47.0"93054'46.4"0.50.7一0.4一0.5一0.1

8109033'54.8"109033'54.4"0.10.2一0.6一0.7一0.1

9125013'2.6"125013'3.5"一0.5一0.50.80.80.0

10140052'10.4"140052'10.4"0.30.30.60.70.1

11巧6031'18.3"156031'17.7"0.91.0一0.1一0.2一0.1

12172010'26.1"172010'25.700.80.8一1.5一1.7一0.2

13187049'33.9"187049'35.1"一0.7一0.90.40.60.2

14203028'41.7"203028'42.3"一0.3一0.3一05一050.0

1521907'59.6"21907'51.2"一0.8一0.81.71.6一0.1

16234046'57.4"234046'57.1"0.90.8一2.2一2.4一0.2

17250026'5.2"250026'7.0"一1.3一1.62.22.30.1

1826605'13.0"26605'12.7"0.90.7一1.2一