[发明专利]超声波电机驱动主从结构电感传感器校准装置

摘要

超声波电机驱动主从结构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三光轴激光干涉仪作为运动基准，超声波电机作为驱动元件，驱动主动双V型槽导轨，主动双V型槽导轨与从动气浮导轨通过柔性铰链相连，驱动从动气浮导轨做直线运动，直线光栅尺作为反馈元件进行大行程、精定位。利用三光轴激光干涉仪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

1.一种超声波电机驱动主从结构电感传感器校准装置，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(3)，电感位移传感器(3)采用传感器夹持臂(2)进行夹持固定，调整电感位移传感器(3)的位置，保证电感位移传感器(3)的测针(3a)运动轴线与三光轴激光干涉仪(14)的光束二(14b)所在光轴共线，传感器支座(1)安装在基台(8)上，传感器夹持臂(2)固定在传感器支座(1)的侧面；所述位移传递机构采用超声波电机驱动主从导轨的结构，位移传递机构由主动双V型槽导轨(9)、从动气浮导轨(6)、柔性铰链(16)、校准平台、超声波电机(18)、直线光栅尺(10)和直线光栅尺读数头(11)组成，主动双V型槽导轨(9)的主动导轨座(9b)安装在基台(8)上，所述主动双V型槽导轨(9)的主动滑块(9a)安装在主动导轨座(9b)上，保证主动双V型槽导轨(9)的运动方向与三光轴激光干涉仪(14)的光束二(14b)平行，所述超声波电机(18)的动子(18a)紧贴主动双V型槽导轨(9)的主动滑块(9a)，保证超声波电机(18)的摩擦力作用在主动双V型槽导轨(9)上时，主动双V型槽导轨(9)能沿运动轴线运动，超声波电机支座(19)安装在基台(8)上，超声波电机(18)的定子(18b)安装在超声波电机支座(19)上，直线光栅尺(10)贴在主动双V型槽导轨(9)的主动滑块(9a)外侧面，保证直线光栅尺(10)与主动双V型槽导轨(9)的运动方向平行，读数头支撑板(12)安装在基台(8)上，直线光栅尺读数头(11)安装在读数头支撑板(12)上，并位于主动双V型槽导轨(9)的主动滑块(9a)的外侧，保证直线光栅尺读数头(11)与直线光栅尺(10)等高且平行，从动导轨左支座(7)与从动导轨右支座(15)安装在基台(8)上，所述从动气浮导轨(6)的一端安装在从动导轨左支座(7)上，另一端安装在从动导轨右支座(15)上，从动气浮导轨(6)的从动导轨座(6b)与从动导轨左支座(7)固连，从动气浮导轨(6)的从动导轨座(6b)与从动导轨右支座(15)固连，并位于主动双V型槽导轨(9)上方，与主动双V型槽导轨(9)通过柔性铰链(16)相连接，保证从动气浮导轨(6)的运动方向与三光轴激光干涉仪(14)的光束二(14b)平行，所述校准平台由转接板(5)、传感器校准板(4)和测量反射镜(17)组成，转接板(5)与从动气浮导轨(6)的从动滑块(6a)固连，测量反射镜(17)位于三光轴激光干涉仪(14)的测量光路上，并安装在转接板(5)上，传感器校准板(4)安装在转接板(5)上的另一端，保证传感器校准板(4)上的对准刻线(4a)在三光轴激光干涉仪(14)的光束二(14b)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(3)校准起始点；所述位移基准仪器采用三光轴激光干涉仪(14)，三光轴激光干涉仪(14)可以提供三束激光光束进行位移测量，即光束一(14a)、光束二(14b)和光束三(14c)，其中光束二(14b)测量位移传递机构运动方向上的位移，光束一(14a)测量位移传递机构运动过程中所产生的俯仰角，光束三(14c)测量位移传递机构运动过程中所产生的偏转角，干涉仪支座(13)固装在基台(8)上，三光轴激光干涉仪(14)固装在干涉仪支座(13)上；控制位移传递机构进行校准运动，在电感位移传感器(3)校准行程内，等间隔选取10个测量点，当位移传递机构运动到选取测量点时，同步采集三光轴激光干涉仪(14)光束一(14a)位移测量值s₁、光束二(14b)位移测量值s₂、光束三(14c)位移测量值s₃与电感位移传感器(3)位移测量值l；利用三光轴激光干涉仪(14)所测得的光束一(14a)位移测量值s₁、光束三(14c)位移测量值s₃对光束二(14b)位移测量值s₂进行补偿，得到三光轴激光干涉仪(14)补偿后位移测量值s'；将采集到的数据l进行线性拟合得到函数y_i＝k×i+b，其中，i＝1，2，…，10，y_i为拟合后电感位移传感器(3)位移测量值，k为拟合系数，b为拟合截距，则校准行程内最大非线性误差max|y_i‑s_i'|与全量程的比值为线性度，其中，i＝1，2，…，10，s_i'为校准行程内选取测量点处三光轴激光干涉仪(14)补偿后位移测量值。