角度是制造业、医疗业、科学仪器和航空航天等国民经济重要领域中的关键测量参量。角度测量结果的可靠性是影响检定结果、产品质量的关键因素,因此必须通过有效的方法对角度测量工具进行角度量值溯源与传递。角度编码器是当前市面上较为普及的线角度测量工具,其出厂或使用过程中可能会出现一些无法肉眼观察的内部问题,影响测量精度甚至无法正常使用。为减少由于角度测量错误导致的损失,角度编码器的精度校准是一个不可或缺的环节。在分析国内外角度编码器校准仪发展现状的基础上,本文依据现有国标设计一种基于自校准法的角度编码器校准仪,主要研究内容如下:(1)依据国标《光电轴角编码器校准规范》,建立高精度编码器校准模型,仿真验证校准模型的可行性;分析基于自校准法的光栅系统在校准模型中的谐波抑制效果;以小型化、高精度、校准多样性和普适性为创新点进行校准仪机械、电路、上位机三部分模块化设计。(2)根据编码器检定指标进行光栅系统选型;设计气浮回转轴以降低轴系摩擦引起的误差;设计尺寸、同轴可调的被校编码器夹持装置。(3)研制基于FPGA的数字处理电路,实现读数头和编码器信号的采集、处理与上传功能。验证浮点数除法对提升系统精度的有效性;自校准算法在FPGA数字电路中的功能实现;开发Slave FIFO状态机控制USB通信,确保电路系统与上位机稳定的数据传输。(4)开发集设备自检、校准模式选择、数据采集、编码器校准、数据导出、图表显示功能为一体的人机交互程序。开发电机驱动程序有效控制转台自动化旋转;开发USB通信程序,实现与电路系统数据配接;根据国标检定规范设计编码器校准程序,实现校准自动化。(5)依据国标《测量不确定度评定与表示》,开展校准仪的棱体标定误差、读数头一致性、读数头相位关系、电路系统精度误差与同轴度误差研究,合成整体性能不确定度。针对增量式有轴光电编码器进行校准实验,验证校准仪功能有效性。