[发明专利]电涡流传感器直线度补偿的电感传感器校准方法与装置

摘要

电涡流传感器直线度补偿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，直流电机与滚珠丝杠作为宏动驱动元件，滚珠导轨作为宏动导向元件，直线光栅尺作为宏动反馈元件进行宏动粗定位；采用音圈电机作为微动驱动元件，气浮导轨作为微动导向元件，双频激光干涉仪与直线光栅尺作为微动反馈元件进行微动精定位，补偿宏动定位误差。利用四个电涡流传感器补偿宏微定位平台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

一种电涡流传感器直线度补偿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(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)运动轴线与双频激光干涉仪(9)的测量光束(9a)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(2)固定在传感器支座(1)的侧面；所述位移传递机构由宏动定位平台与微动定位平台组成，宏动定位平台由滚珠导轨(12)、直流电机(19)、滚珠丝杠(18)、光栅尺支撑板(14)，直线光栅尺读数头(15)，直线光栅尺(16)组成，宏动定位平台安装在基台(11)上，保证宏动定位平台运动方向与双频激光干涉仪(9)的测量光束(9a)平行，直流电机安装板(19a)安装在基台(11)上，直流电机定子(19b)固定在直流电机安装板(19a)上，轴承(19c)安装在基台(11)上，所述滚珠丝杠(18)由螺杆(18a)和螺母(18b)组成，螺杆(18a)一端与直流电机转子固连，另一端固定在轴承(19c)上，螺母(18b)与滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)固连，滚珠导轨(12)的滚珠导轨底座(12b)安装在基台(11)上，直线光栅尺(16)贴在滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)外侧面，保证直线光栅尺(16)与滚珠导轨(12)的运动方向平行，光栅尺支撑板(14)安装在基台(11)上，直线光栅尺读数头(15)安装在光栅尺支撑板(14)上，并位于滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)的外侧，保证直线光栅尺读数头(15)与直线光栅尺(16)等高且平行，微动定位平台由气浮导轨(6)、音圈电机(8)、微动台转接板(5)、传感器校准板(4)和测量反射镜(7)组成，微动定位平台安装在宏动定位平台上，保证微动定位平台的运动方向与双频激光干涉仪(9)的测量光束(9a)平行，微动台转接板(5)安装在气浮导轨(6)上，并与气浮导轨(6)的气浮导轨滑块(6b)固连，测量反射镜(7)位于双频激光干涉仪(9)的测量光路上，且安装在微动台转接板(5)上，传感器校准板(4)安装在微动台转接板(5)上的另一端，保证传感器校准板(4)上的对准刻线(4a)在双频激光干涉仪(9)的测量光束(9a)所在的光轴上，宏动导轨转接板(13)安装在滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)上，所述音圈电机(8)安装在宏动导轨转接板(13)上，音圈电机动子安装板(8a)与气浮导轨(6)的气浮导轨滑块(6b)固连，音圈电机(8)的音圈电机动子(8b)安装在音圈电机动子安装板(8a)上，音圈电机定子安装板(8d)安装在宏动导轨转接板(18)上，音圈电机(8)的音圈电机定子(8c)安装在音圈电机定子安装板(8d)上，所述气浮导轨(6)的气浮导轨底座(6a)安装在宏动导轨转接板(13)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双频激光干涉仪(9)，双频激光干涉仪(9)的测量光束(9a)可以提供整个装置的位移基准，干涉仪支座(10)固装在基台(11)上，双频激光干涉仪(9)固装在干涉仪支座(10)上，电涡流传感器(17)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，所述电涡流传感器(17)两两分布布置在滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)两侧，其中电涡流传感器一(17a)与电涡流传感器二(17b)安装在基台(11)上，保证两电涡流传感器的探头等高，且与滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)侧面平行，电涡流传感器三(17c)与电涡流传感器四(17d)固定在滚珠导轨(12)的滚珠导轨滑块(12a)另一侧面上，保证两电涡流传感器探头等高，且与被测金属板(17e)平行，所述被测金属板(17e)固定在基台(11)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(9)位移测量值s1'、电涡流传感器一(17a)测得位移值s2'、电涡流传感器二(17b)测得位移值s3'、电涡流传感器三(17c)测得位移值s4'、电涡流传感器四(17d)测得位移值s5'与电感位移传感器(3)位移值s；利用电涡流传感器一(17a)测得位移值s2'、电涡流传感器二(17b)测得位移值s3'、电涡流传感器三(17c)测得位移值s4'、电涡流传感器四(17d)测得位移值s5'对双频激光干涉仪(9)位移测量值s1'进行补偿，得到双频激光干涉仪(9)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(3)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(3)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(9)补偿后位移测量值。