[发明专利]一种高低温环境光栅位移传感器的校准方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅位移传感器校准装置，尤其是涉及一种高低温环境光栅位移传感器校准方法及装置。

背景技术

随着我国工业的快速发展，越来越多的精密、复杂仪器机构的应用环境从常温扩展到了高低温环境(-100～100℃)。为了保证机构的可靠性和稳定性，必须对其进行装配精度、传动效率、振动、力和力矩、刚度以及电性能参数多性能测试。由于光栅位移传感器的环境抗干扰性较好，其在高低温环境下的应用越来越广泛。

目前，国内对光栅位移传感器的检定主要是依据JJG 341-1994《光栅线位移测量装置》检定规程，使用激光干涉测长仪或长光栅比长仪对光栅位移传感器进行检定。用激光干涉测长仪检定光栅装置的准确度时，需使光栅尺在工作台上至少等温(20℃)1h，达到一次测量中对尺温波动和气温波动的要求后方可进行校准；用长光栅比较仪检定光栅装置的准确度时，需将标准光栅装置与被检光栅装置安装在长光栅比较仪上，采用并联纵动或串联纵动的方式进行比较测量，且需平衡温度(20℃)2h，待温度达到一次测量中对尺温波动和气温波动的要求后方可进行校准。

综上所述，目前我国现有的光栅位移传感器检定方法仅能对20℃时的光栅位移传感器进行检定，尚不能在高低温环境下完成对光栅位移传感器的检定。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种高低温环境光栅位移传感器校准方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明中的校准装置，包括上位机、恒温箱、第一轴承、刚性轴、高低温环境试验箱、第一支撑杆、多孔状工作平台、激光头、分光镜、反射镜、第二轴承、第二支撑杆、第一微调整平台、环境补偿器和第二微调整平台。

所述的激光头固定在第二微调整平台上，所述的第二微调整平台固定在第二平台固定架上；所述的第二平台固定架固定在恒温箱内部底板上。

所述的分光镜固定在第一微调整平台上，参考镜固定在所述的分光镜的一侧；所述的第一微调整平台通过固定在第一平台固定架上；所述的第一平台固定架固定在恒温箱内部底板上。

所述的反射镜固定在反射镜固定架上；所述的反射镜固定架与刚性轴的一端相连接；所述的刚性轴通过第二轴承与第二支撑杆的一端相连接；所述的第二支撑杆的另一端与第二支撑杆固定台连接，所述的第二支撑杆固定台固定在所述的恒温箱内部底板上。

所述的刚性轴通过第一轴承与第一支撑杆的一端相连接；所述的第一支撑杆的一端与第一支撑杆固定台连接，所述的第一支撑杆固定台固定在多孔状工作平台上；所述的多孔状工作平台放置于大理石台上。

所述的刚性轴的另一端与高低温环境实验箱内的光栅位移传感器的读数头相连接；环境补偿器直接固定在所述的恒温箱内部底板上，所述的环境补偿器的输入端分别与材料温度传感器和空气温度传感器相连，所述的环境补偿器的输出端与上位机相连；所述的材料温度传感器固定在所述的恒温箱内部底板上；所述的空气温度传感器固定在所述的恒温箱内部底板上；所述的恒温箱放置于所述的多孔状工作平台上。

所述的刚性轴由两段不同材料的刚性轴连接而成，一段为低导热系数材料，该段的一部分位于高低温环境实验箱内，即左半段，另一部分暴露于空气中，即过渡段，另一段为低膨胀系数材料，即右半段，位于恒温箱内；刚性轴作为机械传动部件将高低温环境试验箱内的位移量传递至箱外。

进一步说，所述的光栅位移传感器为光栅线位移传感器、敞开式光栅位移传感器、封闭式光栅位移传感器或增量式光栅位移传感器。

高低温环境光栅位移传感器校准方法，采用上述校准装置：

首先保持被测件不动，在设定温度、检定位置下，利用激光干涉仪以及环境补偿器测量出刚性轴的热变形量，并依据刚性轴左半段、过渡段和右半段的材料特性，推导出刚性轴左半段材料的膨胀系数和过渡段材料的热变形量各自与温度变化量间的函数多项式。

然后在各温度测量点下，被测件缓慢移动到各检定位置，记录下光栅位移传感器的读数头的读数和激光干涉仪的读数；依据推导出的函数多项式将各检定位置的热变形量计算出，并补偿到激光干涉仪测得的位移值中；再用光栅位移传感器的读数减去修正后的激光干涉仪读数，即可得到光栅位移传感器在各测量条件下的示值误差，完成对光栅位移传感器的校准。

进一步说，可以将光栅位移传感器的测量结果溯源至国家长度基准。

进一步说，所述的光栅位移传感器为光栅线位移传感器、敞开式光栅位移传感器、封闭式光栅位移传感器或增量式光栅位移传感器。

与背景技术相比，本发明的有益效果是：