一种直线位移通用校准装置的设计与实现

摘要：为了实现直线位移的量值溯源，设计并实现一种能时直线位移进行校准的通用装置。该装置采用光学玻璃的KA-300型直线光栅尺作为测量基准，由光栅尺、测量基座、固定附件、读数滑台、读数头靠尺、导轨和数显表等组成；为了实现校准与被校准装置同时工作在同一基座平台上，设计了用圆柱的轴向切线与被测件的基准端面进行动态接触式联接的耦合方式；分析测量误差来源，建立了安装被测件引起的误差分析模型。结果表明：该装置能延长直线光栅尺的寿命5倍以上，提高工作效率300％，用于长度测量时最大测量误差仅为-0．000 7％。
关键词：长度测量；直线位移；校准装置；光栅尺

直线位移是长度测量中重要的测量参数之一，在机械、电子和航空航天等行业应用非常广泛，涉及到力学、电学和光学等学科领域。直线位移的量值校准一般有两种方法：1)通过通用的测长仪进行测量，这种测量方法可取得较高的测量准确度，但是测长仪的安装复杂、机动性差、读数困难；2)研制专用的直线位移测量装置，由于目前直线位移传感器技术和电子控制技术相对成熟，这种方法能取得较高的测量准确度，也具有灵活机动、操作简便的优点，但是一般来说，这种装置只针对某一种设备，不具备通用性，造成资源上浪费。
本文针对上述问题，设计并实现一种高准确度、操作简便、能进行现场校准、通用的直线位移校准装置。该装置研制实现后，对各种直线位移运动支架进行了校准应用，取得了良好的效果。在下文中，本文以某型目标模拟运动支架的校准为例，介绍直线位移通用校准装置的设计与实现过程。

1 组成结构
直线位移校准装置采用光学玻璃的光栅尺作为测量基准，由光栅尺、测量基座、固定附件、读数滑台、读数头靠尺、导轨和数显表等组成，如图1所示。

2 工作原理
数显装置可任意设置绝对零点及相对零点并显示被测工件的直线位移距离。测量前，数显装置清零设置零点。测量时，用读数头靠尺的测量基准线接触被测移动部件的基准端面，被测工件的直线位移通过连接板带动读数头靠尺移动，便可获得被测部件任意位置的相对距离。在测量过程中，根据阿贝原理，为了减小误差，要求被测件移动部件的移动轴线与读数滑台移动轴线平行。
以某型目标模拟运动支架的航向机构校准为例，安装方式如图2所示。