一種直線位移通用校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)直線位移的量值溯源，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種能時(shí)直線位移進(jìn)行校準(zhǔn)的通用裝置。該裝置采用光學(xué)玻璃的KA-300型直線光柵尺作為測(cè)量基準(zhǔn)，由光柵尺、測(cè)量基座、固定附件、讀數(shù)滑臺(tái)、讀數(shù)頭靠尺、導(dǎo)軌和數(shù)顯表等組成；為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)與被校準(zhǔn)裝置同時(shí)工作在同一基座平臺(tái)上，設(shè)計(jì)了用圓柱的軸向切線與被測(cè)件的基準(zhǔn)端面進(jìn)行動(dòng)態(tài)接觸式聯(lián)接的耦合方式；分析測(cè)量誤差來源，建立了安裝被測(cè)件引起的誤差分析模型。結(jié)果表明：該裝置能延長(zhǎng)直線光柵尺的壽命5倍以上，提高工作效率300％，用于長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)最大測(cè)量誤差僅為-0．000 7％。
關(guān)鍵詞：長(zhǎng)度測(cè)量；直線位移；校準(zhǔn)裝置；光柵尺

直線位移是長(zhǎng)度測(cè)量中重要的測(cè)量參數(shù)之一，在機(jī)械、電子和航空航天等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，涉及到力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。直線位移的量值校準(zhǔn)一般有兩種方法：1)通過通用的測(cè)長(zhǎng)儀進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量方法可取得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，但是測(cè)長(zhǎng)儀的安裝復(fù)雜、機(jī)動(dòng)性差、讀數(shù)困難；2)研制專用的直線位移測(cè)量裝置，由于目前直線位移傳感器技術(shù)和電子控制技術(shù)相對(duì)成熟，這種方法能取得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，也具有靈活機(jī)動(dòng)、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但是一般來說，這種裝置只針對(duì)某一種設(shè)備，不具備通用性，造成資源上浪費(fèi)。
本文針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種高準(zhǔn)確度、操作簡(jiǎn)便、能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、通用的直線位移校準(zhǔn)裝置。該裝置研制實(shí)現(xiàn)后，對(duì)各種直線位移運(yùn)動(dòng)支架進(jìn)行了校準(zhǔn)應(yīng)用，取得了良好的效果。在下文中，本文以某型目標(biāo)模擬運(yùn)動(dòng)支架的校準(zhǔn)為例，介紹直線位移通用校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。

1 組成結(jié)構(gòu)
直線位移校準(zhǔn)裝置采用光學(xué)玻璃的光柵尺作為測(cè)量基準(zhǔn)，由光柵尺、測(cè)量基座、固定附件、讀數(shù)滑臺(tái)、讀數(shù)頭靠尺、導(dǎo)軌和數(shù)顯表等組成，如圖1所示。

2 工作原理
數(shù)顯裝置可任意設(shè)置絕對(duì)零點(diǎn)及相對(duì)零點(diǎn)并顯示被測(cè)工件的直線位移距離。測(cè)量前，數(shù)顯裝置清零設(shè)置零點(diǎn)。測(cè)量時(shí)，用讀數(shù)頭靠尺的測(cè)量基準(zhǔn)線接觸被測(cè)移動(dòng)部件的基準(zhǔn)端面，被測(cè)工件的直線位移通過連接板帶動(dòng)讀數(shù)頭靠尺移動(dòng)，便可獲得被測(cè)部件任意位置的相對(duì)距離。在測(cè)量過程中，根據(jù)阿貝原理，為了減小誤差，要求被測(cè)件移動(dòng)部件的移動(dòng)軸線與讀數(shù)滑臺(tái)移動(dòng)軸線平行。
以某型目標(biāo)模擬運(yùn)動(dòng)支架的航向機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)為例，安裝方式如圖2所示。