大尺寸計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)研究及在量值傳遞中的應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的量值傳遞系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)今國(guó)防工業(yè)的生產(chǎn)需求。從幾何量計(jì)量的角度看，盡管對(duì)于兩米以下直至微米量級(jí)的計(jì)量器具已有比較完整的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢定規(guī)程，但對(duì)于長(zhǎng)到幾十米的大尺寸卻沒有統(tǒng)一的計(jì)量手段和標(biāo)準(zhǔn)。存在的問題是校準(zhǔn)裝置的尺寸越大精度越難保證。首先是長(zhǎng)直導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，要求拼接環(huán)節(jié)少、直線度高，導(dǎo)軌的穩(wěn)定性要好；其次是測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，通常采用標(biāo)準(zhǔn)雙頻激光干涉儀可以在30m～40m的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度長(zhǎng)度測(cè)量，但采用雙頻激

2、光干涉儀作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量必須解決阿貝誤差問題，否則無法提高測(cè)量精度。另外現(xiàn)有的大尺寸便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)方法中，校準(zhǔn)要素單一，還沒有合適的方法可以直接解決坐標(biāo)校準(zhǔn)。這些問題使得通用的大尺寸計(jì)量校準(zhǔn)裝置很難實(shí)現(xiàn)。 本文以多種大尺寸計(jì)量器具的校準(zhǔn)要求為依據(jù)，結(jié)合大尺寸計(jì)量器具的共性問題建立一套大尺寸校準(zhǔn)裝置。該套裝置的研究分兩部分，第一部分是關(guān)于一維大尺寸長(zhǎng)度校準(zhǔn)技術(shù)的研究，通過建立“高精度大尺寸長(zhǎng)度校準(zhǔn)系統(tǒng)”，比較完整地解決了標(biāo)準(zhǔn)

3、鋼卷尺、基線尺、激光干涉儀、測(cè)距儀等的長(zhǎng)距離校準(zhǔn)問題；第二部分是關(guān)于激光平面校準(zhǔn)技術(shù)的研究，在一維大尺寸長(zhǎng)度校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出了基于坐標(biāo)面的校準(zhǔn)策略，建立了“大尺寸平面坐標(biāo)校準(zhǔn)系統(tǒng)”，解決了激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀組合系統(tǒng)等便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)問題。 “高精度大尺寸長(zhǎng)度校準(zhǔn)系統(tǒng)”的主體是花崗巖直線導(dǎo)軌，總長(zhǎng)36米，由九塊花崗巖拼接而成，位于獨(dú)立的地基上，并由千斤頂支撐；采用的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為原美國(guó)惠普公司的長(zhǎng)距離雙頻激光干涉儀，由于

4、采用三路激光干涉同時(shí)測(cè)長(zhǎng)的方法，可以實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)軌的直線度并補(bǔ)償阿貝誤差，使得在工作臺(tái)的任意位置上都能達(dá)到同軸同向的測(cè)量精度。 “大尺寸平面坐標(biāo)校準(zhǔn)系統(tǒng)”以“高精度大尺寸長(zhǎng)度校準(zhǔn)系統(tǒng)”為基礎(chǔ)，將花崗巖長(zhǎng)導(dǎo)軌作為坐標(biāo)面水平軸，在氣浮工作臺(tái)上增加了金屬導(dǎo)軌作為坐標(biāo)面豎直軸，使用兩套雙頻激光干涉儀作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，其中原有的三路激光干涉測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)用來測(cè)量水平軸的運(yùn)動(dòng)距離；增加的一套激光干涉儀則通過一個(gè) 90°轉(zhuǎn)向棱鏡將光路由水平軸轉(zhuǎn)向豎直軸，

5、同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)軸的運(yùn)動(dòng)距離，并且確定了一個(gè)直角坐標(biāo)光學(xué)平面，利用該光學(xué)坐標(biāo)面可以直接對(duì)被校系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)比較。由于采用兩軸同測(cè)的測(cè)量方案，因此兩個(gè)軸的測(cè)量精度水平一致。 本文還對(duì)所建立的一維和二維大尺寸校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行了不確定度分析和相應(yīng)的精度測(cè)試，結(jié)果表明長(zhǎng)度校準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度優(yōu)于 3.2×10<'-7>(U<,95>)，位于世界前列水平，坐標(biāo)校準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度約為 1.0×10<'-6>(U<,95>)，是目前尺寸最大、精度