动态测量光栅测长仪的位置误差

　　计量光栅是一种利用光栅的莫尔条纹现象进行长度和角度测量的传感器,作为一种将机械位移信号转化为光电信号的手段,光栅位移测量技术在长度与角度的数字化测量、仪器仪表、计量技术、数控机床、应力分析等领域得到了广泛的应用,如三坐标测量机、测长仪和程控机床等。然而这些系统都是在动态条件下进行测量或加工的,所以对光栅系统的动态几何位置误差的研究日渐升温,如对三坐标测量机动态精度的研究[1]。本文设计了一种光栅测长仪动态误差测量系统,以已有的光栅测长仪为研究对象,光栅系统为该测长机的测量系统。由于光栅系统的读数误差反映测长机的动态误差,故用更高精度的测量系统进行实时比对,就可以实现光栅测长机动态误差的评定。

　　1　光栅系统动态测量实验系统

　　1·1　基本原理

　　为本课题动态精度理论研究的需要,设计研制了一套光栅动态精度测定系统。在这套系统中,以长光栅测量机为实验研究对象,而以HP5529A双频激光干涉仪读数为高精度测量基准。利用光栅测长机译码器产生的A-quad-B脉冲信号触发高精度HP5529A双频激光干涉仪,使之与光栅测长仪进行动态同步数据采集,由激光干涉仪附带的软件包,来控制运行过程中目标位置等参数的设置,并将两路信号进行实时比对,绘出光栅测量相对于激光干涉仪测长的误差曲线,该系统的原理框图如图1所示。

　　1·2　系统的结构设计

　　图2所示的就是光栅测长仪测量系统的装置示意图。光栅测长仪的机械部分由本实验室自行设计研制,光栅部分选择中国科学院光电技术研究所研制的GX-6/gs -6型闭式长光栅位移数字显示系统为研究对象。另外校验系统由下列组件构成:一个HP5529A激光头,一个HP10565B线性干涉镜,一个HP10556A反射镜,一张HP10887A激光卡片(接收A-quad-B脉冲信号)和一台计算机。激光干涉镜固定在花岗石台上, HP10556A反射镜贴在与移动工作台相连的目标杆上,计算机用于显示采集的数据及动态误差曲线图。激光干涉仪测量目标杆沿导轨运行的实际位置,目标杆的名义位置是通过光栅(译码器)测出的。译码器产生的A-quad-B脉冲经拾取后传输给激光干涉仪激光卡连接器。为了计算出运行的标准位置,必须对这些信号进行解码和处理。用户首先通过软件指定目标位置,当译码器台到达后,激光干涉仪开始读数。每个译码器脉冲进行一次测量,所以目标位置之间要有均衡的间距。因为这种校准方法使用了测长仪译码器脉冲作为触发参考,因此,目标位置的位置误差被动态评定。

　　1·3　软件包参数设置

　　文献[2]详细地描述了软件的技术发展。在开始这个测试之前,应该设定如下参数: (1)起始位置;(2)终止位置; (3)间隔距离; (4)每个方向的目标位置数; (5)周期数; (6)运行模式。