数字式测高仪的动态特性测试分析

　　测高仪是一种立式单坐标数字化几何量测量仪器，通常是以高精度的光栅、容栅或磁栅作为测量元件，配以DSP 信号处理单元及软件包，可以快速测量高度、平面间距、孔轴直径、中心距及形位误差等[1].由于使用方便、可测量项目多，而广泛应用于制造业中.

　　在快速测量中，保持精度稳定是确保测高仪可靠性的基本要求，为此，测高仪必须具备良好的动态性能. 表征测高仪动态特性的指标很多，其中，测量速度、定位精度和测量力是3 个主要方面. 通过有效的测试方法对上述3 项进行测试，既能评定测高仪的性能，又能将测试结果用于仪器误差修正; 进一步分析误差的来源，可发现测高仪各组成机构的缺陷和不足，对提高测高仪的测量精度具有实际价值.

　　1 动态特性测试方法

　　1. 1 测量速度对测量精度的影响

　　测高仪的测量速度分为10 档，从第1 档到第10档速度依次升高. 可以在其全量程范围内选定一个或几个位置进行动态测量速度对测量精度的影响测试，在同一位置要设定从低到高的速度进行测试. 测试方法为: 设定测高仪的测量速度为第1 档，移动滑块( 如图1 所示) 到某一位置，重复测量n 次长度为L的量块后，测量值为li( i = 1，2，3，…，n) ，取测量值的平均值作为该位置和该测量速度下量块的测量结果，测量误差用式( 1) 计算，在每个速度档位下重复上述测试过程直至遍历10 个速度档位，这样就可以得到该位置下不同速度的测量误差曲线. 把滑块移动到另一位置，即可开始新位置的测量.

　　式中，s 为测量位置; v 为速度档位( v = 1，2，3，…， 10) .

　　1. 2 定位精度

　　测高仪的定位误差是指在垂直方向测头实际的位置和理想位置的差值. 定位误差是一项综合误差，包括了导轨运动误差、阿贝误差和测长系统的误差.

　　定位误差的测量可以采用比对法，比对法的基本原理是用高一级的标准量或仪器对被测量进行比对测量，从而可以得到测量值和理论值的差值. 高一级的标准量可以采用激光干涉仪，测量原理如图2 所示，反射镜固定在测高仪的测杆上，需要注意的是，反射镜应尽量靠近测高仪机身，以减少阿贝误差. 具体测试方法为: 使测高仪自动回复原点，此时测高仪的坐标值为相对零点，同时，置零干涉仪的测量数据，让滑块在某一速度档位下移动一定的距离后读取测高仪测量数据l1和激光干涉仪测量数据L1，计算二者的差值Δl1，然后让滑块移动到另一位置，得到Δl2，待滑块移动到测高仪顶端后，滑块向上移动的定位误差测量结束，绝对值最大的差值为该速度下测高仪向上移动的定位误差. 让滑块从顶端向下滑动，开始另一组数据测量，可得到测高仪向下移动的定位误差，定位误差的计算公式为