CN108981641A - 一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量领域，提供一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法，该校准方法采用三坐标测量机作为校准设备，基于小角度测量仪器智能高精度检定装置实现，将整个小角度测量仪器检定装置放置于三坐标测量机上，每复现一个角度时，三坐标测量机和小角度测量仪器检定装置同时测量该角度值。以三坐标测量机测得值作为标准值，检定装置测得值与标准值进行比较，确定小角度测量仪器检定装置的计量特性。本发明简单易行，便于实现，设备操作简单；且测量数据可自动处理，便于后期数据读取和再分析；在保证校准准确性的同时，能够保证校准数据的重现。

Description

一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法

技术领域

本发明属于测量领域，涉及小角度测量仪器检定装置的高精度校准，具体地说是一种利用三坐标测量机，通过角度复现的方式实现对小角度测量仪器检定装置进行校准的方法。

背景技术

近年来随着计算机技术应用的不断拓展，很多传统的机械式计量设备开始逐渐向数字化方向发展。小角度测量仪器检定设备作为一种角度检定的计量设备也在陆续开展数字化改造。小角度测量仪器数字化检定装置是一种能自动感知角度变化，并通过人机交互界面显示检定结果的智能化测量设备，它可用于水平仪、光学准直仪等常用小角度测量仪器的校准。

为了保证小角度测量仪器检定装置的检定精度，需要对检定装置做定期校准，目前国内外还没有专门的校准方法。因此，建立一套可实现小角度测量仪器检定装置主要计量性能指标高精度校准的方法，对提高小角度测量仪器数字化检定装置的应用水平将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三坐标测量机的小角度测量仪器检定装置的校准方法，根据小角度测量仪器检定装置的工作原理，采用三坐标测量机作为校准设备，通过计算复现的角度值并与小角度测量仪器检定装置计算的角度相比较，确定是否满足小角度测量仪器检定装置的计量性能要求，以解决目前无法对小角度测量仪器检定装置进行校准的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法，该校准方法采用三坐标测量机作为校准设备，基于小角度测量仪器智能高精度检定装置实现，将整个小角度测量仪器检定装置放置于三坐标测量机上，每复现一个角度时，三坐标测量机和小角度测量仪器检定装置同时测量该角度值。以三坐标测量机测得值作为标准值，检定装置测得值与标准值进行比较，以确定小角度测量仪器检定装置的计量特性。

该校准方法包括以下步骤：

(1)选用分辨率在0.01μm以上，测量范围小于2000mm的三坐标测量机作为校准设备。目测检查被校准的小角度测量仪器检定装置的外观，确定没有影响校准计量特性的因素后再执行校准操作。将校准测量设备开机预热30分钟以上，待预热完成后，联机确认系统的机械部分、电气部分、测量部分均能正常工作后开始校准操作。

(2)在小角度测量仪器检定装置的输出范围(0-40')内取20个角度值作为角度复现的目标值，按顺序分别计算出三坐标测量机和检定装置对复现角度的测量结果。所述的20个角度值复现方法如下：

先不调节左端工作台升降微动螺钉110，依次调节右端工作台升降微动螺钉110至10个不同高度。再保持桥型工作台106右端调高旋钮不动，依次调节左端旋钮至10个不同高度。

(3)根据测量数据，通过如下最小二乘法公式计算参比直线方程：

Y_i＝Y₀+Kθ_i

斜率K及截距Y₀通过如下公式计算：

式中：Y_i为被校准小角度测量仪器检定装置在第i个校准角度处输出量的拟合输出值；Y₀为参比直线的截距；K为参比直线的斜率；y_i为被校准的检定装置在第i个校准角度的输出值；为被校准小角度检定系统各校准角度输出值的平均；L_i为被校准小角度检定系统在第i个校准角度的输入值；为被校准小角度检定系统各校准点输入位移值的平均；i为校准点次序，其中i＝1,2,…,19,20，下同。

(4)取上述最小二乘法参比直线计算公式中的斜率作为灵敏度测量结果。通过下述公式计算被校准的检定装置在第i个校准点的误差δ_i，取测量过程中绝对值最大的作为第i个校准点上的误差值，取各点中绝对值最大的作为基本误差测量结果。

式中：Y_FS为满量程输出，由下述计算公式确定：

Y_FS＝Y_M-Y_N

式中：Y_M为位移至上限值时角度值，Y_N为位移至下限值时角度值。

由下述公式计算各校准点的偏差θ_i，取各i点中绝对值最大的作为线性度测量结果。

所述的校准方法针对的小角度测量仪器智能高精度检定装置为小角度检查仪的数字化改造产品，其主要功能描述如下：

1)光栅式测长传感器：是指采用光栅测量原理来感受长度尺寸变化并转换成可用输出信号的长度测量器件，在本专利中属于测量工具；2)V型支撑装置：由V型块和紧定螺钉组成，检定时可用于小角度测量仪器的快速定位装夹；3)角度调节工作台：包括筋条台面、桥型工作台支撑圆柱、升降轴工作台升降微动螺钉以及工作台升降紧固螺钉等组成部分，主要用于手动调节安装到其上的小角度测量仪器；4)传感器固定装置：包括立柱以及传感器安装座等组成部分，主要用于传感器安装到底座上；5)底座：支承整个检定装置，并提供统一的安装基准。6)工作台水平调节装置：由仪器支撑垫块、可调底脚螺丝及水准器等零件组成，主要用于工作台的水平调节。

本发明的有益效果为：本发明从小角度测量仪器检定装置的工作特点出发，能够充分发挥了三坐标测量机的高精度测量和数据自动保存的特点，该方法简单易行，便于实现，设备操作简单；同时三坐标测量机具有高精度测量的特点，且测量数据可自动处理，便于后期数据读取和再分析；在保证校准准确性的同时，也保证了校准数据的重现。

附图说明

图1是本发明针对的小角度测量仪器检定装置示意图；

图中：101光栅式测长传感器；102V型支撑装置；103传感器安装座；104立柱；105筋条台面；106桥型工作台；107桥型工作台支撑圆柱；108工作台V型支撑块；109升降轴；110工作台升降微动螺钉；111工作台升降轴紧固螺钉；112底座；113可调底脚螺丝；114水准器；115仪器支撑垫块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利“一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法”的过程进行说明。

一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法，该校准方法基于小角度测量仪器智能高精度检定装置实现，整个装置为左右对称结构，包括光栅式测长传感器101、V型支撑装置102、角度调节工作台、感器固定装置、底座112、工作台水平调节装置。

所述的光栅式测长传感器101指采用光栅测量原理来感受长度尺寸变化并转换成可用输出信号的长度测量器件，在本专利中属于测量工具。所述的V型支撑装置102由V型块和紧定螺钉组成，检定时用于小角度测量仪器的快速定位装夹。所述的底座112用于支承整个检定装置，并提供统一的安装基准。所述的传感器固定装置包括立柱104、传感器安装座103，主要用于将传感器安装到底座上。所述的角度调节工作台包括筋条台面105、桥型工作台106、工作台V型支撑块108、桥型工作台支撑圆柱107、升降轴109、工作台升降微动螺钉110、工作台升降轴紧固螺钉111，主要用于手动调节安装到其上的小角度测量仪器。所述的工作台水平调节装置包括可调底脚螺丝113、水准器114、仪器支撑垫块115，主要用于工作台的水平调节。

所述的光栅式测长传感器101通过紧定螺钉安装在传感器安装座103上，确保光栅式测长传感器101与传感器安装座103连接可靠，测长传感器安装到传感器安装座的紧定螺钉的旋紧力矩一定，保证光栅式测长传感器101的测长杆能够沿竖直方向自由伸缩，同时要求光栅式测长传感器101的测长杆垂直于桥型工作台106上的小角度测量仪的装夹平面。所述的传感器安装座103安装在立柱104上方，立柱104底端固定在筋条台面105上，光栅式测长传感器101通过数据采集卡与测量控制单元、计算机连接。所述的筋条台面105安装在桥型工作台106左右两端，V型支撑装置102通过紧固螺钉安装到桥型工作台106中部。所述的桥型工作台106位于底座上方。所述的桥型工作台106下方安装两个桥型工作台支撑圆柱107，桥型工作台支撑圆柱107位于工作台V型支撑块108上，工作台V型支撑块108通过升降轴109安装到底座112上。所述的底座112上方还设有工作台升降微动螺钉110和工作台升降轴紧固螺钉111，桥型工作台106能够通过工作台升降微动螺钉110自由的调节其角度，并确保桥型工作台106可以保持在任意位置。所述的底座112中部安装水准器114，底座112下方安装至少两个仪器支撑垫块115，仪器支撑垫块115上设有可调底脚螺丝113，确保底座112水平角度可以自由调节。

检定过程具体为：

校准前，操作人员要选用满足要求的三坐标测量机并按照三坐标测量机操作规范使用三坐标测量机。操作人员要将被校准的小角度测量仪器检定装置开机预热30分钟以上，待预热完成后，确保检定装置能够在其要求的工作环境下正常运行。

校准时，操作人员首先将小角度测量仪器检定装置放置到三坐标测量机的工作台上。然后在小角度测量仪器检定装置的输出范围(0-40')内取20个角度值作为角度复现的目标值，按顺序分别计算出三坐标测量机和检定装置对复现角度的测量结果。这20个角度值复现方法为：先不调节左端工作台升降微动螺钉，依次调节右端工作台升降微动螺钉至10个不同高度。再保持工作台右端调高旋钮不动，依次调节左端旋钮至10个不同高度。最后，根据上述计算公式分别计算小角度测量仪器检定装置的灵敏度、基本误差以及线性度等特性参数。

一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法包括以下步骤：

(1)选用分辨率在0.01μm以上，测量范围小于2000mm的三坐标测量机作为校准设备。将校准测量设备开机预热30分钟以上，待预热完成后，联机确认系统的机械部分、电气部分、测量部分均能正常工作后开始校准操作。

(2)在小角度测量仪器检定装置的输出范围(0-40')内取20个角度值作为角度复现的目标值，按顺序分别计算出三坐标测量机和检定装置对复现角度的测量结果。所述的20个角度值复现方法如下：

先不调节左端工作台升降微动螺钉110，依次调节右端工作台升降微动螺钉110至10个不同高度。再保持桥型工作台106右端调高旋钮不动，依次调节左端旋钮至10个不同高度。

(3)根据测量数据，通过如下最小二乘法公式计算参比直线方程：

Y_i＝Y₀+Kθ_i

斜率K及截距Y₀通过如下公式计算：

式中：Y_i为被校准小角度测量仪器检定装置在第i个校准角度处输出量的拟合输出值；Y₀为参比直线的截距；K为参比直线的斜率；y_i为被校准的检定装置在第i个校准角度的输出值；为被校准小角度检定系统各校准角度输出值的平均；L_i为被校准小角度检定系统在第i个校准角度的输入值；为被校准小角度检定系统各校准点输入位移值的平均；i为校准点次序，其中i＝1,2,…,19,20，下同。

(4)取上述最小二乘法参比直线计算公式中的斜率作为灵敏度测量结果。通过下述公式计算被校准的检定装置在第i个校准点的误差δ_i，取测量过程中绝对值最大的作为第i个校准点上的误差值，取各点中绝对值最大的作为基本误差测量结果。

式中：Y_FS为满量程输出，由下述计算公式确定：

Y_FS＝Y_M-Y_N

式中：Y_M为位移至上限值时角度值，Y_N为位移至下限值时角度值。

由下述公式计算各校准点的偏差θ_i，取各i点中绝对值最大的作为线性度测量结果。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于小角度测量仪器数字化检定装置的校准方法，其特征在于，所述的校准方法采用三坐标测量机作为校准设备，基于小角度测量仪器智能高精度检定装置实现，将整个小角度测量仪器检定装置放置于三坐标测量机上，每复现一个角度时，三坐标测量机和小角度测量仪器检定装置同时测量该角度值；以三坐标测量机测得值作为标准值，检定装置测得值与标准值进行比较，以确定小角度测量仪器检定装置的计量特性；该校准方法包括以下步骤：

(1)选用分辨率在0.01μm以上，测量范围小于2000mm的三坐标测量机作为校准设备；将校准测量设备开机预热30分钟以上，待预热完成后，联机确认系统的机械部分、电气部分、测量部分均能正常工作后开始校准操作；

(2)在小角度测量仪器检定装置的输出范围(0-40')内取20个角度值作为角度复现的目标值，按顺序分别计算出三坐标测量机和检定装置对复现角度的测量结果；所述的20个角度值复现方法如下：

先不调节左端工作台升降微动螺钉，依次调节右端工作台升降微动螺钉至10个不同高度；再保持桥型工作台右端调高旋钮不动，依次调节左端旋钮至10个不同高度；

(3)根据测量数据，通过如下最小二乘法公式计算参比直线方程：

Y_i＝Y₀+Kθ_i

斜率K及截距Y₀通过如下公式计算：

式中：Y_i为被校准小角度测量仪器检定装置在第i个校准角度处输出量的拟合输出值；Y₀为参比直线的截距；K为参比直线的斜率；y_i为被校准的检定装置在第i个校准角度的输出值；为被校准小角度检定系统各校准角度输出值的平均；L_i为被校准小角度检定系统在第i个校准角度的输入值；为被校准小角度检定系统各校准点输入位移值的平均；i为校准点次序，其中i＝1,2,…,19,20，下同；

(4)取上述最小二乘法参比直线计算公式中的斜率作为灵敏度测量结果；通过下述公式计算被校准的检定装置在第i个校准点的误差δ_i，取测量过程中绝对值最大的作为第i个校准点上的误差值，取各点中绝对值最大的作为基本误差测量结果；

式中：Y_FS为满量程输出，由下述计算公式确定：

Y_FS＝Y_M-Y_N

式中：Y_M为位移至上限值时角度值，Y_N为位移至下限值时角度值；

由下述公式计算各校准点的偏差θ_i，取各i点中绝对值最大的作为线性度测量结果；