本發(fā)明涉及一種精密測量儀器的檢測技術(shù)，主要涉及一種直線光柵尺的檢測方法。

背景技術(shù)：

光柵線位移傳感器與直線移動導軌機構(gòu)組成光柵線位移測量裝置，諸如：光柵萬能工具顯微鏡、光柵測長機、比長儀、三坐標測量機、齒輪測量中心、輪對壓裝機、數(shù)控加工中心、數(shù)控機床、磨床、銑床，自動卸貨機、金屬板壓制和焊接機、機器人和其他自動化科技裝置。光柵線位移測量裝置屬于精密測量儀器，其廣泛應(yīng)用于我國的裝備制造業(yè)，在精密機械加工、工業(yè)生產(chǎn)、計量檢定等行業(yè)均占有重要的地位。

我國對光柵線位移傳感器的檢測工作主要集中在計量部門，目前，還沒有統(tǒng)一的對光柵線位移傳感器的測量儀器設(shè)備，大都是各自搭建的測量系統(tǒng)，測量原理是利用雙頻激光作為標準器在測量平臺上讀取被檢光柵線位移傳感器的數(shù)據(jù)與雙頻激光進行比較。目前國內(nèi)的技術(shù)指標能夠在在200mm有效量程內(nèi)測量精度可以達到±1μm。

而且目前的檢測設(shè)備不能實現(xiàn)光柵線位移傳感器的自動化測量，在測量直線光柵尺的指標時只能依靠手動找點，并且測量都是人工測量，人為因素對測量結(jié)果影響很大并且工作效率極低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前的直線光柵尺的檢測方法存在的只能依靠手動找點的問題和人為因素對測量結(jié)果影響較大的問題。

直線光柵尺的檢測方法，是基于一維直線光柵尺的檢測裝置實現(xiàn)的；一維直線光柵尺的檢測裝置包括基臺、位移基準機構(gòu)、位移傳遞機構(gòu)和三光軸激光干涉儀；

所述位移基準機構(gòu)包括第一夾持滑塊、第一夾持機構(gòu)、第二夾持滑塊、第二夾持機構(gòu)和滑塊導軌座；

所述位移傳遞機構(gòu)包括電機、滾珠絲杠、滾珠導軌座、滾珠滑塊、光柵讀數(shù)頭、軸承座；

所述的滑塊導軌座和滾珠導軌座設(shè)置在基臺上；滑塊導軌座與滾珠導軌座平行設(shè)置，也就是滑塊導軌座與滾珠導軌座的導向方向上的軸線平行；

第一夾持滑塊和第二夾持滑塊均設(shè)置在滑塊導軌座上，并能沿著滑塊導軌座運動；第一夾持機構(gòu)設(shè)置在第一夾持滑塊上，第二夾持機構(gòu)設(shè)置在第二夾持滑塊上；第一夾持機構(gòu)和第二夾持機構(gòu)分別夾持住被檢測直線光柵尺的兩端；

滾珠導軌座上設(shè)置滾珠滑塊，滾珠滑塊上設(shè)置絲杠運動螺孔，滾珠絲杠穿過絲杠運動螺孔，且滾珠絲杠的軸線與滾珠導軌座導向方向上的軸線平行，滾珠絲杠驅(qū)動滾珠滑塊沿著滾珠絲杠的軸線方向運動；

滾珠滑塊上設(shè)有光柵讀數(shù)頭，且光柵讀數(shù)頭垂直指向被檢測直線光柵尺的光柵面，光柵讀數(shù)頭讀取被檢測直線光柵尺上的光柵距離數(shù)據(jù)；反射鏡設(shè)置在滾珠滑塊的上表面；

滾珠絲杠的一端連接電機，另一端設(shè)置在軸承座上；

三光軸激光干涉儀設(shè)置在基臺上，三光軸激光干涉儀的激光射出方向與滾珠絲杠的軸線平行，且能夠垂直射到反射鏡上。

所述直線光柵尺的檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：將被檢測直線光柵尺安裝在第一夾持機構(gòu)和第二夾持機構(gòu)上，保證被檢測直線光柵尺與光柵讀數(shù)頭運動方向平行；

步驟二：控制位移傳遞機構(gòu)進行回零運動，使光柵讀數(shù)頭回到被檢測直線光柵尺的初始零點；

位移傳遞機構(gòu)中的光柵讀數(shù)頭找到被檢測直線光柵尺的零位，作為初始零點；

步驟三：控制位移基準機構(gòu)進行清零；

控制位移基準機構(gòu)進行清零的過程：滾珠滑塊與光柵讀數(shù)頭從初始零點出發(fā)，運動到被檢測直線光柵尺檢測行程起始點；

步驟四：控制位移傳遞機構(gòu)進行檢測運動：

被檢測直線光柵尺的檢測距離對應(yīng)滾珠滑塊的檢測行程，滾珠滑塊的檢測行程記為總量程A；在滾珠滑塊的檢測行程內(nèi)，等間隔選取N個測量點，當滾珠滑塊運動到選取的每個測量點時，同步采集三光軸激光干涉儀三束激光測量的位移測量值sαi'、sβi'、sγi'和被檢測直線光柵尺上的光柵距離數(shù)據(jù)s_i；三光軸激光干涉儀射出的三束激光分別記為第一光束、第二光束和第三光束，sαi'、sβi'、sγi'分別為第一光束、第二光束、第三光束的位移測量值；

步驟五：針對第i個測量點，利用三光軸激光干涉儀所測得的位移值sαi'、sγi'對sβi'進行補償?shù)玫絪_i′；

步驟六：將各個測量點補償后的數(shù)據(jù)s_i′進行線性擬合得到函數(shù)

y＝k*s′+b；i＝1，2，…，N；

其中k、b分別為擬合后的參數(shù)；

利用y＝k*s'+b對每個測量點補償后的數(shù)據(jù)的s_i'進行修正，得到s_i'對應(yīng)的修正后的值y_i；

步驟七：將max|y_i-s_i|與總量程A的比值作為被檢測直線光柵尺的檢測標準，實現(xiàn)對直線光柵尺的檢測。

優(yōu)選地，步驟五所述的針對第i個測量點，利用三光軸激光干涉儀所測得的位移值sαi'、sγi'對sβi'進行補償?shù)玫絪_i′的過程包括以下步驟：

針對第i個測量點，根據(jù)第二光束與第三光束之間的距離D得到偏轉(zhuǎn)角

然后根據(jù)距離D和偏轉(zhuǎn)角θ計算出偏轉(zhuǎn)所引起的第二光束上的位移偏差e，再通過公式s_i′＝sβi′-e對sβi'進行補償?shù)玫絪_i′。

優(yōu)選地，步驟五所述的e＝Dsinθ。

優(yōu)選地，所述的N＝10。

優(yōu)選地，所述檢測方法還包括以下步驟：

步驟八：將max|y_i-s_i|與總量程A的比值記為λ，當λ小于設(shè)定的閾值時，被檢測直線光柵尺的檢測為合格；當λ大于等于設(shè)定的閾值時，被檢測直線光柵尺的檢測為不合格。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明直線光柵尺的檢測方法，是基于直線光柵尺的檢測裝置實現(xiàn)的，不但能夠?qū)崿F(xiàn)光柵線位移傳感器的自動化檢測，而且無需手動找點不但檢測方便，而且排除了人為因素對測量結(jié)果的影響，提高了直線光柵尺的檢測的準確度。

本發(fā)明采用三光軸激光干涉儀提供位移基準，保證了檢測裝置具有較高的精度，從而保證了檢測方法的精度。三光軸激光干涉儀能夠?qū)崟r監(jiān)測檢測裝置在運動過程中的姿態(tài)，并進行位移補償處理，從而消除了檢測裝置在運動過程中偏轉(zhuǎn)和俯仰帶來的誤差，進一步保證了檢測精度。相比現(xiàn)有最高精度的檢測方法，本發(fā)明能夠在有效量程內(nèi)將檢測精度提高50％以上。

附圖說明

圖1是直線光柵尺的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是三光軸激光干涉儀射出的三束激光的示意圖；

圖3是具體實施方式二中的位移補償原理示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：

直線光柵尺的檢測方法，是基于一維直線光柵尺的檢測裝置實現(xiàn)的；

如圖1所示，一維直線光柵尺的檢測裝置包括基臺1、位移基準機構(gòu)、位移傳遞機構(gòu)和三光軸激光干涉儀16；

所述位移基準機構(gòu)包括第一夾持滑塊2、第一夾持機構(gòu)3、第二夾持滑塊7、第二夾持機構(gòu)6和滑塊導軌座8；

所述位移傳遞機構(gòu)包括電機15、滾珠絲杠13、滾珠導軌座12、滾珠滑塊10、光柵讀數(shù)頭5、軸承座9；

所述的滑塊導軌座8和滾珠導軌座12設(shè)置在基臺1上；滑塊導軌座8與滾珠導軌座12平行設(shè)置，也就是滑塊導軌座8與滾珠導軌座12的導向方向上的軸線平行；

第一夾持滑塊2和第二夾持滑塊7均設(shè)置在滑塊導軌座8上，并能沿著滑塊導軌座8運動；第一夾持機構(gòu)3設(shè)置在第一夾持滑塊2上，第二夾持機構(gòu)6設(shè)置在第二夾持滑塊7上；第一夾持機構(gòu)3和第二夾持機構(gòu)6分別夾持住被檢測直線光柵尺4的兩端；

滾珠導軌座12上設(shè)置滾珠滑塊10，滾珠滑塊10上設(shè)置絲杠運動螺孔，滾珠絲杠13穿過絲杠運動螺孔，且滾珠絲杠13的軸線與滾珠導軌座12導向方向上的軸線平行，滾珠絲杠13驅(qū)動滾珠滑塊10沿著滾珠絲杠13的軸線方向運動；

滾珠滑塊10上設(shè)有光柵讀數(shù)頭5，且光柵讀數(shù)頭5垂直指向被檢測直線光柵尺4的光柵面，光柵讀數(shù)頭5讀取被檢測直線光柵尺4上的光柵距離數(shù)據(jù)；反射鏡11設(shè)置在滾珠滑塊10的上表面，也就是設(shè)置在滾珠滑塊10上與滾珠導軌座12相接觸表面的相對的表面上；

滾珠絲杠13的一端連接電機15，另一端設(shè)置在軸承座9上；所述電機15通過電機固定座14固定在基臺1上；

三光軸激光干涉儀16設(shè)置在基臺1上，三光軸激光干涉儀16的激光射出方向與滾珠絲杠13的軸線平行，且能夠垂直射到反射鏡11上。

如圖2所示，三光軸激光干涉儀16射出的三束激光分別記為第一光束16a、第二光束16b和第三光束16c；所述三光軸激光干涉儀16射出的第二光束16b通過照射到反射鏡11上測量滾珠滑塊10的運動距離。

所述直線光柵尺的檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：將被檢測直線光柵尺4安裝在第一夾持機構(gòu)3和第二夾持機構(gòu)6上，保證被檢測直線光柵尺4與光柵讀數(shù)頭5運動方向平行；

步驟二：控制位移傳遞機構(gòu)進行回零運動，使光柵讀數(shù)頭5回到被檢測直線光柵尺4的初始零點；

位移傳遞機構(gòu)中的光柵讀數(shù)頭5找到被檢測直線光柵尺4的零位，作為初始零點；

步驟三：控制位移基準機構(gòu)進行清零；

控制位移基準機構(gòu)進行清零的過程：滾珠滑塊10與光柵讀數(shù)頭5從初始零點出發(fā)，運動到被檢測直線光柵尺4檢測行程起始點；

步驟四：控制位移傳遞機構(gòu)進行檢測運動：

被檢測直線光柵尺4的檢測距離對應(yīng)滾珠滑塊10的檢測行程，滾珠滑塊10的檢測行程記為總量程A；在滾珠滑塊10的檢測行程內(nèi)，等間隔選取N個測量點，當滾珠滑塊10運動到選取的每個測量點時，同步采集三光軸激光干涉儀16三束激光測量的位移測量值sαi'、sβi'、sγi'和被檢測直線光柵尺4上的光柵距離數(shù)據(jù)s_i；三光軸激光干涉儀16射出的三束激光分別記為第一光束16a、第二光束16b和第三光束16c，要保證第二光束16b和第三光束16c所形成的平面與滾珠滑塊10的平面平行；sαi'、sβi'、sγi'分別為第一光束16a、第二光束16b、第三光束16c的位移測量值；

步驟五：針對第i個測量點，利用三光軸激光干涉儀所測得的位移值sαi'、sγi'對sβi'進行補償?shù)玫絪_i′；

步驟六：將各個測量點補償后的數(shù)據(jù)s_i′進行線性擬合得到函數(shù)

y＝k*s′+b；i＝1，2，…，N；

其中k、b分別為擬合后的參數(shù)；

利用y＝k*s'+b對每個測量點補償后的數(shù)據(jù)的s_i'進行修正，得到s_i′對應(yīng)的修正后的值y_i；

之所以要對每個測量點的s_i′進行修正，是因為每個測量點的s_i′不一定在y＝k*s′+b上，會因為誤差致使s_i′偏離y＝k*s′+b，為了排除誤差利用y＝k*s′+b對每組的s_i′進行修正，就是在線性擬合得到的函數(shù)y＝k*s′+b上找到每個測量點s_i′應(yīng)該對應(yīng)在直線y＝k*s′+b上的值。

步驟七：將max|y_i-s_i|與總量程A的比值作為被檢測直線光柵尺4的檢測標準，實現(xiàn)對直線光柵尺的檢測。

基于直線光柵尺的檢測裝置，本發(fā)明直線光柵尺的檢測方法不但能夠?qū)崿F(xiàn)光柵線位移傳感器的自動化檢測，而且無需手動找點不但檢測方便，而且排除了人為因素對測量結(jié)果的影響，提高了直線光柵尺的檢測的準確度。

本發(fā)明采用三光軸激光干涉儀提供位移基準，保證了檢測裝置具有較高的精度，從而保證了檢測方法的精度。三光軸激光干涉儀能夠?qū)崟r監(jiān)測檢測裝置在運動過程中的姿態(tài)，并進行位移補償處理，從而消除了檢測裝置在運動過程中偏轉(zhuǎn)和俯仰帶來的誤差，進一步保證了檢測精度。相比現(xiàn)有最高精度的檢測方法，本發(fā)明能夠在有效量程內(nèi)將檢測精度提高50％以上。

具體實施方式二：結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，

本實施方式所述的步驟五所述的針對第i個測量點，利用三光軸激光干涉儀所測得的位移值sαi'、sγi'對sβi'進行補償?shù)玫絪_i′的過程包括以下步驟：

針對第i個測量點，根據(jù)第二光束16b與第三光束16c之間的距離D得到偏轉(zhuǎn)角

然后根據(jù)距離D和偏轉(zhuǎn)角θ計算出偏轉(zhuǎn)所引起的第二光束16b上的位移偏差e，再通過公式s_i′＝sβi′-e對sβi'進行補償?shù)玫絪_i′。

其他步驟和參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：

本實施方式所述的步驟五所述的e＝Dsinθ。

其他步驟和參數(shù)與具體實施方式二相同。

具體實施方式四：

本實施方式所述的N＝10。

其他步驟和參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：

本實施方式所述檢測方法還包括以下步驟：

步驟八：將max|y_i-s_i|與總量程A的比值記為λ，當λ小于設(shè)定的閾值時，被檢測直線光柵尺4的檢測為合格；當λ大于等于設(shè)定的閾值時，被檢測直線光柵尺4的檢測為不合格。

其他步驟和參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。