光电定角比相法检测圆光栅测量精度的提高

　　1　引　　言

　　光电定角比相法是检测圆光栅或码盘刻划误差的一种动态测试方法。这种方法是在常规的光学定角检验法[1]启示下试验成功的。它把光学读数显微镜换成莫尔条纹读数头,按照常角法的组合规则检测出圆光栅或码盘的刻划误差。光电定角比相法的装置主要由精密主轴、传动系统、读数系统、前置放大、比相器和记录仪组成。如配上计算机数据处理,可在φ-V转换后,经采样保持器,数据采集系统,由计算机给出误差数据(见图1)。光电定角比相法原于光学检验法,但又和光学检验法不同,主要特点为:

　　(a)提高刻线读数的精度。光电定角比相法的读数系统与圆光栅的使用条件基本一致,具有莫尔条纹的平均效应,而用光学显微镜只能瞄准一根刻线。而且人眼读数和光学显微镜的自身误差也比较大。

　　b)测量时间大大缩短。用光电定角比相法检测圆光栅,一个人操作用五分钟左右的时间就可以把圆光栅的刻划误差信息全部采集下来,而光学检验法,当测量间隔为3°时,三个人至少用两天的时间。这样人员疲乏和记录失误造成的误差也在所难免。

　　c)光电定角比相法可以反映被测盘的长周期误差,中周期误差和局部跳动等误差,而光学检测法不易反映出中周期误差和局部跳动误差。用光电定角比相法检测圆光栅的刻划误差比用光学检验法要优越得多。但是用光电定角比相法和比较法的光电检验仪(如我所研制的六十进制光电圆分度检验仪等)相比是怎样的呢?从原理可知,光电定角比相法的测量精度不能做得较高,其主要原因是:光电定角比相法受常角的限制,检测精度具有不等权性等。但光电定角比相法也有其可取之处,如装置简单、建置费用较少(与比较法光电检验仪相比少一倍之多)。维护方便,能检测各种进制的圆光栅和码盘,在我国发展市场经济的今天,探索其测量精度的提高是十分重要的。

　　2　推导分析

　　检测圆光栅的光电定角比相法,是将被测盘与一个接近等大的固定角相比较。那么这种方法影响测量精度的因素是什么呢?

　　光电定角比相法所测曲线包括被测盘刻划误差、主轴晃动、偏心差等。按测量间隔将一周曲线分点,再对径处理。这样既去掉了偏心,又找出对径处理后的观测值。

　　常角法求解圆分度件直径间隔误差的一般表示式为[2]:

　　式中Ai为对径处理的观测值;Vi表示观测值Ai的误差;f(i+i+1)是直径间隔误差;δβ是个常量,它是实摆常角与理论名义角相关的值。

　　由(1)式写出下列方程式组:

　　由圆分度件直径间隔误差的闭合条件(即 = 0,S是被测直径间隔数),取(2)式等号两边和,求出δβ,并令C=δβ,那么: