[发明专利]双气浮导轨导向的电感传感器校准方法与装置

摘要

双气浮导轨导向的电感传感器校准方法与装置属于精密测量技术领域。其校准方法与装置以双频激光干涉仪作为运动基准，直线音圈电机作为驱动元件，气浮导轨作为导向元件，直线光栅尺作为反馈元件进行大行程、精定位。利用四个电容位移传感器补偿位移传递机构运动的俯仰与偏航误差；本发明可以有效解决位移传感器校准装置行程与精度之间的矛盾，实现大行程、高精度电感位移传感器的动静态校准。

主权项

一种双气浮导轨导向的电感传感器校准方法与装置，其特征在于：该校准装置主要包括被校准位移传感器、位移传递机构和位移基准仪器三部分，所述被校准位移传感器为电感位移传感器(6)，电感位移传感器(6)采用传感器夹持臂(5)进行夹持固定，调整电感位移传感器(6)的位置，保证电感位移传感器(6)的测针(6a)运动轴线与双频激光干涉仪(10)的测量光束(10a)所在光轴共线，传感器支座(1)安装在基台(11)上，传感器夹持臂(5)固定在传感器支座(1)的侧面；所述位移传递机构采用直线音圈电机(3)直接驱动气浮导轨(2)的结构，位移传递机构由气浮导轨(2)、直线音圈电机(3)、直线光栅尺(13)、直线光栅尺读数头(11)和校准平台组成，所述气浮导轨(2)由气浮轴杆与气浮轴套组成，气浮轴套一(2e)与气浮轴套三(2f)套装在气浮轴杆一(2i)上，气浮轴套二(2g)与气浮轴套四(2h)套装在气浮轴杆二(2j)上，气浮轴杆安装座一(2a)与气浮轴杆安装座三(2c)安装在底板(16)上，所述气浮轴杆一(2i)一端固定在气浮轴杆安装座一(2a)上，另一端固定在气浮轴杆安装座三(2c)上，气浮轴杆安装座二(2b)与气浮轴杆安装座四(2d)安装在底板(16)上，所述气浮轴杆二(2j)一端固定在气浮轴杆安装座二(2b)上，另一端固定在气浮轴杆安装座四(2d)上，直线音圈电机(3)由音圈电机动子(3a)、音圈电机定子(3b)、音圈电机动子安装板(3c)和音圈电机定子安装板(3d)组成，音圈电机定子安装板(3d)安装在底板(16)上，所述音圈电机定子(3b)安装在音圈电机定子安装板(3d)上，音圈电机动子安装板(3c)与转接板(12)固连，音圈电机动子(3a)安装在音圈电机动子安装板(3c)上，并沿着气浮导轨(2)运动轴线对称安装，所述直线光栅尺(13)贴在转接板(12)底面，保证直线光栅尺(13)与气浮导轨(2)的运动方向平行，读数头支撑板(15)安装在底板(16)上，直线光栅尺读数头(14)安装在读数头支撑板(15)上，并位于直线光栅尺(13)下面，保证直线光栅尺读数头(14)与直线光栅尺(13)平行，所述校准平台由转接板(12)、传感器校准板(4)和测量反射镜(8)组成，转接板(12)与气浮轴套固连，测量反射镜(8)位于双频激光干涉仪(10)的测量光路上，并安装在转接板(12)上，传感器校准板(4)安装在转接板(12)上的另一端，保证传感器校准板(4)上的对准刻线(4a)在双频激光干涉仪(10)的测量光束(10a)所在的光轴上；控制位移传递机构进行回零运动，使其回到校准装置的初始零点；控制位移传递机构进行压表运动，使其运动到电感位移传感器(6)校准起始点；所述位移基准仪器采用双频激光干涉仪(10)，双频激光干涉仪(10)可以提供整个装置的位移基准，干涉仪支座(9)固装在基台(11)上，双频激光干涉仪(10)固装在干涉仪支座(9)上，电容位移传感器(7)用来测量位移传递机构运动过程中所产生的偏转角和俯仰角，所述电容位移传感器(7)两两分布布置在气浮导轨(2)的右侧和上侧，电容位移传感器安装板一(7c)安装在基台(11)上，电容位移传感器一(7a)安装在电容位移传感器安装板一(7c)上，并位于气浮导轨(2)的右侧，电容位移传感器二(7b)安装在电容位移传感器安装板一(7c)上，并位于气浮导轨(2)的上侧，保证两电容位移传感器与被测面平行，电容位移传感器安装板二(7f)安装在基台(11)上，电容位移传感器三(7d)安装在电容位移传感器安装板二(7f)上，并位于气浮导轨(2)的右侧，电容位移传感器四(7e)安装在电容位移传感器安装板二(7f)上，并位于气浮导轨(2)的上侧，保证两电容位移传感器与被测面平行，同时保证电容位移传感器一(7a)与电容位移传感器三(7d)右对齐，保证电容位移传感器二(7b)与电容位移传感器四(7e)等高；控制位移传递机构进行校准运动，在电感位移传感器(6)校准行程内，等间隔选取10个点，当位移传递机构运动到选取测量点时，同步采集双频激光干涉仪(10)位移测量值s1'、电容位移传感器一(7a)测得位移值s2'、电容位移传感器二(7b)测得位移值s3'、电容位移传感器三(7d)测得位移值s4'、电容位移传感器四(7e)测得位移值s5'与电感位移传感器(6)位移值s；利用电容位移传感器一(7a)测得位移值s2'、电容位移传感器二(7b)测得位移值s3'、电容位移传感器三(7d)测得位移值s4'、电容位移传感器四(7e)测得位移值s5'对双频激光干涉仪(10)位移测量值s1'进行补偿，得到双频激光干涉仪(10)补偿后位移测量值s'；将采集到的数据进行线性拟合得到函数yi＝k×si+b，其中，i＝1，2，…，10，yi为拟合后电感位移传感器(6)位移测量值，k为拟合系数，b为拟合截距，si为拟合前电感位移传感器(6)位移测量值，则校准行程内最大非线性误差max|yi‑si'|与全量程的比值为线性度，其中，i＝1，2，…，10，si'为校准行程内选取测量点处双频激光干涉仪(10)补偿后位移测量值。