一種直線位移通用校準裝置的設計與實現

摘要：為了實現直線位移的量值溯源，設計并實現一種能時直線位移進行校準的通用裝置。該裝置采用光學玻璃的KA-300型直線光柵尺作為測量基準，由光柵尺、測量基座、固定附件、讀數滑臺、讀數頭靠尺、導軌和數顯表等組成；為了實現校準與被校準裝置同時工作在同一基座平臺上，設計了用圓柱的軸向切線與被測件的基準端面進行動態接觸式聯接的耦合方式；分析測量誤差來源，建立了安裝被測件引起的誤差分析模型。結果表明：該裝置能延長直線光柵尺的壽命5倍以上，提高工作效率300％，用于長度測量時最大測量誤差僅為-0．000 7％。
關鍵詞：長度測量；直線位移；校準裝置；光柵尺

直線位移是長度測量中重要的測量參數之一，在機械、電子和航空航天等行業應用非常廣泛，涉及到力學、電學和光學等學科領域。直線位移的量值校準一般有兩種方法：1)通過通用的測長儀進行測量，這種測量方法可取得較高的測量準確度，但是測長儀的安裝復雜、機動性差、讀數困難；2)研制專用的直線位移測量裝置，由于目前直線位移傳感器技術和電子控制技術相對成熟，這種方法能取得較高的測量準確度，也具有靈活機動、操作簡便的優點，但是一般來說，這種裝置只針對某一種設備，不具備通用性，造成資源上浪費。
本文針對上述問題，設計并實現一種高準確度、操作簡便、能進行現場校準、通用的直線位移校準裝置。該裝置研制實現后，對各種直線位移運動支架進行了校準應用，取得了良好的效果。在下文中，本文以某型目標模擬運動支架的校準為例，介紹直線位移通用校準裝置的設計與實現過程。

1 組成結構
直線位移校準裝置采用光學玻璃的光柵尺作為測量基準，由光柵尺、測量基座、固定附件、讀數滑臺、讀數頭靠尺、導軌和數顯表等組成，如圖1所示。

2 工作原理
數顯裝置可任意設置絕對零點及相對零點并顯示被測工件的直線位移距離。測量前，數顯裝置清零設置零點。測量時，用讀數頭靠尺的測量基準線接觸被測移動部件的基準端面，被測工件的直線位移通過連接板帶動讀數頭靠尺移動，便可獲得被測部件任意位置的相對距離。在測量過程中，根據阿貝原理，為了減小誤差，要求被測件移動部件的移動軸線與讀數滑臺移動軸線平行。
以某型目標模擬運動支架的航向機構校準為例，安裝方式如圖2所示。