[发明专利]一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法

摘要

本发明属于测量领域，提供一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法，该校准方法采用三坐标测量机作为校准设备，基于小角度测量仪器智能高精度检定装置实现，将整个小角度测量仪器检定装置放置于三坐标测量机上，每复现一个角度时，三坐标测量机和小角度测量仪器检定装置同时测量该角度值。以三坐标测量机测得值作为标准值，检定装置测得值与标准值进行比较，确定小角度测量仪器检定装置的计量特性。本发明简单易行，便于实现，设备操作简单；且测量数据可自动处理，便于后期数据读取和再分析；在保证校准准确性的同时，能够保证校准数据的重现。

主权项

1.一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法，其特征在于，所述的校准方法采用三坐标测量机作为校准设备，基于小角度测量仪器数字化检定装置实现，将整个小角度测量仪器数字化检定装置放置于三坐标测量机上，每复现一个角度时，三坐标测量机和小角度测量仪器数字化检定装置同时测量该角度值；以三坐标测量机测得值作为标准值，小角度测量仪器数字化检定装置测得值与标准值进行比较，以确定小角度测量仪器数字化检定装置的计量特性；所述小角度测量仪器数字化检定装置为左右对称结构，包括光栅式测长传感器(101)、V型支撑装置(102)、角度调节工作台、感器固定装置、底座(112)、工作台水平调节装置；所述的光栅式测长传感器(101)指采用光栅测量原理来感受长度尺寸变化并转换成可用输出信号的长度测量器件，在本专利中属于测量工具；所述的V型支撑装置(102)由V型块和紧定螺钉组成，检定时用于小角度测量仪器数字化检定装置的快速定位装夹；所述的底座(112)用于支承整个小角度测量仪器数字化检定装置，并提供统一的安装基准；所述的传感器固定装置包括立柱(104)、传感器安装座(103)，主要用于将传感器安装到底座上；所述的角度调节工作台包括筋条台面(105)、桥型工作台(106)、工作台V型支撑块(108)、桥型工作台支撑圆柱(107)、升降轴(109)、工作台升降微动螺钉(110)、工作台升降轴紧固螺钉(111)，主要用于手动调节安装到其上的小角度测量仪器数字化检定装置；所述的工作台水平调节装置包括可调底脚螺丝(113)、水准器(114)、仪器支撑垫块(115)，主要用于工作台的水平调节；所述的光栅式测长传感器(101)通过紧定螺钉安装在传感器安装座(103)上，确保光栅式测长传感器(101)与传感器安装座(103)连接可靠，测长传感器安装到传感器安装座的紧定螺钉的旋紧力矩一定，保证光栅式测长传感器(101)的测长杆能够沿竖直方向自由伸缩，同时要求光栅式测长传感器(101)的测长杆垂直于桥型工作台(106)上的小角度测量仪器数字化检定装置的装夹平面；所述的传感器安装座(103)安装在立柱(104)上方，立柱(104)底端固定在筋条台面(105)上，光栅式测长传感器(101)通过数据采集卡与测量控制单元、计算机连接；所述的筋条台面(105)安装在桥型工作台(106)左右两端，V型支撑装置(102)通过紧固螺钉安装到桥型工作台(106)中部；所述的桥型工作台(106)位于底座上方；所述的桥型工作台(106)下方安装两个桥型工作台支撑圆柱(107)，桥型工作台支撑圆柱(107)位于工作台V型支撑块(108)上，工作台V型支撑块(108)通过升降轴(109)安装到底座(112)上；所述的底座(112)上方还设有工作台升降微动螺钉(110)和工作台升降轴紧固螺钉(111)，桥型工作台(106)能够通过工作台升降微动螺钉(110)自由的调节其角度，并确保桥型工作台(106)可以保持在任意位置；所述的底座(112)中部安装水准器(114)，底座(112)下方安装至少两个仪器支撑垫块(115)，仪器支撑垫块(115)上设有可调底脚螺丝(113)，确保底座(112)水平角度可以自由调节；所述校准方法包括以下步骤：(1)选用分辨率在0.01μm以上，测量范围小于2000mm的三坐标测量机作为校准设备；将校准设备开机预热30分钟以上，待预热完成后，联机确认系统的机械部分、电气部分、测量部分均能正常工作后开始校准操作；(2)在小角度测量仪器数字化检定装置的输出范围0‑40'内取20个角度值作为角度复现的目标值，按顺序分别计算出三坐标测量机和小角度测量仪器数字化检定装置对复现角度的测量结果；所述的20个角度值复现方法如下：先不调节左端工作台升降微动螺钉(110)，依次调节右端工作台升降微动螺钉(110)至10个不同高度；再保持桥型工作台(106)右端调高旋钮不动，依次调节左端旋钮至10个不同高度；(3)根据测量数据，通过如下最小二乘法公式计算参比直线方程：Y_i＝Y₀+Kθ_i斜率K及截距Y₀通过如下公式计算：式中：Y_i为被校准小角度测量仪器数字化检定装置在第i个校准角度处输出量的拟合输出值；Y₀为参比直线的截距；K为参比直线的斜率；y_i为被校准的小角度测量仪器数字化检定装置在第i个校准角度的输出值；为被校准小角度测量仪器数字化检定装置各校准角度输出值的平均；L_i为被校准小角度测量仪器数字化检定装置在第i个校准角度的输入位移值；为被校准小角度测量仪器数字化检定装置各校准角度输入位移值的平均值；i为校准角度次序，其中i＝1,2,…,19,20，下同；θ_i为各校准角度的偏差；(4)取上述最小二乘法参比直线计算公式中的斜率作为灵敏度测量结果；通过下述公式计算被校准的小角度测量仪器数字化检定装置在第i个校准角度的误差δ_i，取测量过程中绝对值最大的作为第i个校准角度上的误差值，取各校准角度中误差绝对值最大的作为基本误差测量结果；式中：Y_FS为满量程输出，由下述计算公式确定：Y_FS＝Y_M‑Y_N式中：Y_M为输入位移值至上限值时输出角度值，Y_N为位移值至下限值时输出角度值；由下述公式计算各校准角度的偏差θ_i，取各i校准角度中误差绝对值最大的作为线性度测量结果；