一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，解決現(xiàn)有光柵測量技術(shù)中出現(xiàn)的熱膨脹的問題，包括恒溫裝置、測長裝置、光柵尺固定架及信號處理電路，其中，恒溫裝置包括溫度測量元件，一溫度控制元件。測長裝置用于測量光柵尺讀數(shù)頭的經(jīng)過溫度修正的位置值，光柵尺固定架用于固定待測光柵尺，待測光柵尺是能夠提供未經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)奈恢米x數(shù)的光柵尺，信號處理電路用于處理來自光柵尺和測長裝置的長度信號，來自溫度傳感器的溫度信號，進(jìn)而得到該待測光柵尺的熱膨脹系數(shù)。
【專利說明】一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，用于準(zhǔn)確測量光柵尺的熱膨脹系數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]光柵尺(也稱光柵線位移傳感器)是現(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用的位置讀出裝置，從結(jié)構(gòu)上分為敞開式和封閉式，從材料上分包括鋼帶光柵尺和玻璃光柵尺，從功能上來分包括增量式光柵尺和絕對式光柵尺，這些類型的光柵尺廣泛使用在機(jī)床工業(yè)及其它加工、操縱和試驗(yàn)系統(tǒng)中，由于加工環(huán)境復(fù)雜多樣，溫度差異大，加工時(shí)產(chǎn)生溫度的局部不均勻等，都存在熱膨脹效應(yīng)，如果沒有對熱膨脹進(jìn)行補(bǔ)償，加工精度將受到較大的影響。
[0003]對熱膨脹進(jìn)行補(bǔ)償，首先要知道光柵尺的熱膨脹系數(shù)，通過熱膨脹系數(shù)就可以對光柵尺讀數(shù)進(jìn)行修正。
[0004]典型的熱膨脹系數(shù)的測量包括光杠桿測金屬線膨脹系數(shù)，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是恒溫箱中干涉法測量熱膨脹系數(shù)。但是這些測量方法主要是都是針對特定的材料，而且往往針對的是一種物質(zhì)，而光柵尺則往往是多種物質(zhì)的復(fù)合體，比如封閉式玻璃光柵尺是玻璃粘貼到金屬尺殼的復(fù)合體，其熱膨脹系數(shù)不再是單一化學(xué)成分時(shí)的熱膨脹系數(shù)，而是多種材料相互影響的結(jié)果，其次，光柵尺整體形狀不規(guī)則，玻璃主尺在尺殼內(nèi)部，要檢測光柵尺中玻璃的熱膨脹系數(shù)用通常的方法有較大難度，甚至不適用。如果能利用光柵尺本身特征和讀數(shù)，結(jié)合激光干涉儀檢測熱膨脹系數(shù)，那么不僅結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且結(jié)果可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有光柵測量技術(shù)中出現(xiàn)的熱膨脹的問題，提供可靠的熱膨脹補(bǔ)償系數(shù)，提供一種基于光柵尺產(chǎn)品的用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置。
[0006]一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，包括封閉式箱體，所述箱用于恒定箱體內(nèi)空氣溫度的恒溫裝置，用于測量待測光柵尺讀數(shù)頭位置的標(biāo)準(zhǔn)測長裝置，用于測量待測光柵尺的主尺材料溫度的第二溫度測量元件以及信號處理裝置；其特征是，將待測光柵尺讀數(shù)相同的點(diǎn)定位主尺上不同溫度的同一待測點(diǎn)；標(biāo)準(zhǔn)測長裝置測量待測光柵尺上不同待測點(diǎn)間的距離，所述信號處理裝置根據(jù)在不同的溫度點(diǎn)上，標(biāo)準(zhǔn)測長裝置測量的測量點(diǎn)之間的距離和該距離在不同溫度下的變化量計(jì)算該兩個(gè)測量點(diǎn)之間光柵尺段的熱膨脹系數(shù)。
[0007]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的裝置的構(gòu)造和測量方法專門針對光柵尺復(fù)合材料的特點(diǎn)，利用光柵尺讀數(shù)本身的定位功能，有效的解決了熱膨脹測量技術(shù)中關(guān)鍵的兩端定位問題，配合標(biāo)準(zhǔn)測長裝置，利用多點(diǎn)測量，不僅能測量光柵尺的熱膨脹系數(shù)，而且能夠得到熱膨脹系數(shù)在光柵尺上的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；[0009]圖2為本發(fā)明所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置中信號連接示意圖；
[0010]圖3為采用本發(fā)明所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置的操作流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，包括，一檢測裝置箱體1，作為整個(gè)裝置的封閉箱體；一恒溫裝置2，用于恒定檢測裝置箱體I內(nèi)部的空氣溫度，該恒溫裝置進(jìn)一步包括第一溫度測量元件2-2，用于測量該測量箱體內(nèi)部的空氣溫度，一溫度控制元件2-1，根據(jù)第一溫度測量元件的讀數(shù)，對該檢測裝置箱體進(jìn)行加溫或者制冷；一標(biāo)準(zhǔn)測長裝置3，測量待測光柵尺5讀數(shù)頭位置；一光柵尺固定裝置6，用于固定待檢測光柵尺5 ;固定在工作臺7上；一第二溫度測量元件，用于測量待測光柵尺主尺的材料溫度；一信號處理裝置，用于處理來自待檢測光柵尺5、標(biāo)準(zhǔn)側(cè)長裝置3、溫度測量元件的信號并得到熱膨脹系數(shù)值；把待檢測光柵尺5讀數(shù)相同的點(diǎn)定位待檢測光柵尺主尺5-1上不同溫度下的同一待測點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)測長裝置3測量待測光柵尺5上不同待測點(diǎn)間的距離，第二溫度測量元件4測量待測光柵尺主尺5-1的材料溫度，信號處理裝置9根據(jù)在不同的溫度點(diǎn)上，標(biāo)準(zhǔn)測長裝置3測量的測量點(diǎn)之間的距離和該距離在不同溫度下的變化量計(jì)算該兩個(gè)測量點(diǎn)之間光柵段的熱膨脹系數(shù)。
[0012]本實(shí)施方式所述的待測光柵尺為絕對式光柵尺，或者為帶參考標(biāo)記的增量式光柵尺。所述的標(biāo)準(zhǔn)測長裝置3可以是具有溫度補(bǔ)償功能的激光干涉儀或者光柵尺。所述的待測光柵尺可以是反射式的或者透射式的。
[0013]本實(shí)施方式中，在同一溫度點(diǎn)附近，對于待檢測的一光柵尺段的兩個(gè)的待測點(diǎn)，兩個(gè)不同溫度，分別測量該兩個(gè)溫度值和該兩個(gè)待測點(diǎn)之間的距離，作為一組測量數(shù)據(jù)，并計(jì)算對應(yīng)的熱膨脹系數(shù)，重復(fù)該過程共η次(η大于等于2)，把η次得到的熱膨脹系數(shù)的算術(shù)平均值作為該兩個(gè)待測點(diǎn)間的熱膨脹系數(shù)。同一溫度附近，在待測光柵尺上設(shè)置m個(gè)待測點(diǎn)(m大于等于3)，對相鄰的待測點(diǎn)測量熱膨脹系數(shù)，該溫度下不同區(qū)段的熱膨脹系數(shù)。
[0014]結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，所述信號處理裝置9，用于處理來自待測光柵尺、標(biāo)準(zhǔn)側(cè)長裝置3、第二溫度測量元件4的信號并得到熱膨脹系數(shù)值；把待測光柵尺讀數(shù)相同的點(diǎn)定位待測光柵尺主尺5上不同溫度下的同一待測點(diǎn)，在本實(shí)施方式的實(shí)際操作當(dāng)中，可以把讀數(shù)相差遠(yuǎn)小于膨脹量的兩個(gè)不同讀數(shù)近似為同一個(gè)點(diǎn)，比如，對于鋁材，膨脹系數(shù)約為
2.3X IO-5oC 對于測量Im的光柵尺，1°C 1的膨脹量為23微米，所述判斷標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)定為小于等于0.1微米，即把相差絕對值小于等于0.1微米的點(diǎn)近似為同一個(gè)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)測長裝置3測量待測光柵尺5上兩個(gè)不同待測點(diǎn)間的距離，第二溫度測量元件4測量待測光柵尺5中玻璃主尺的材料溫度，信號處理裝置9根據(jù)在兩個(gè)不同的溫度點(diǎn)上，標(biāo)準(zhǔn)測長裝置3測量的測量點(diǎn)之間的距離和該距離的在這兩個(gè)不同溫度點(diǎn)間的變化量計(jì)算該兩個(gè)測量點(diǎn)之間光柵段的熱膨脹系數(shù)。操作過程結(jié)合圖3，
[0015]在本實(shí)施方式中，假設(shè)第一次測量中，將整個(gè)測量系統(tǒng)恒溫至20攝氏度，第二溫度測量元件4測得溫度為Tl (改溫度測量值很接近20攝氏度)，在待測光柵尺段，標(biāo)準(zhǔn)測量裝置3測得該段兩端讀數(shù)分別為Sl_l，Sl_2,而待測光柵尺5測得該段兩端讀數(shù)分別為D1_1，D1_2。改變溫度，在本實(shí)施方式中，溫度改變的相對值應(yīng)該大于等于2攝氏度，例如溫度升高約5攝氏度，此時(shí)第二溫度測量元件4測得溫度為T2，在待測光柵尺段，標(biāo)準(zhǔn)測量裝置3測得該段兩端讀數(shù)分別為S2_l，S2_2,而待測光柵尺5測得該段兩端讀數(shù)分別為D2_l(與Dl_l相差不到0.1微米)，D2_2 (與D2_l相差不到0.1微米)。則對于本次測量，在信號處理裝置9中將實(shí)現(xiàn)以下計(jì)算，得到該光柵尺段的熱膨脹系數(shù)It為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，包括封閉式箱體(1)，所述箱用于恒定箱體(I)內(nèi)空氣溫度的恒溫裝置(2)，用于測量待測光柵尺讀數(shù)頭位置的標(biāo)準(zhǔn)測長裝置(3)，用于測量待測光柵尺的主尺(5-1)材料溫度的第二溫度測量元件(4)以及信號處理裝置；其特征是，將待測光柵尺讀數(shù)相同的點(diǎn)定位主尺(5-1)上不同溫度的同一待測點(diǎn)；標(biāo)準(zhǔn)測長裝置測量待測光柵尺上不同待測點(diǎn)間的距離，所述信號處理裝置(9)根據(jù)在不同的溫度點(diǎn)上，標(biāo)準(zhǔn)測長裝置(3)測量的測量點(diǎn)之間的距離和該距離在不同溫度下的變化量計(jì)算該兩個(gè)測量點(diǎn)之間光柵尺段的熱膨脹系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所述恒溫裝置(2)包括第一溫度測量元件(2-2)，用于測量該測量箱體內(nèi)部的空氣溫度，溫度控制元件(2-1 )，根據(jù)第一溫度測量元件(2-2)的讀數(shù)，對箱體(I)進(jìn)行加溫或者制冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，還包括光柵尺固定裝置(6)，用于固定待檢測光柵尺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，待測光柵尺為絕對式光柵尺，或者為帶參考標(biāo)記的增量式光柵尺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)測長裝置(3)為具有溫度補(bǔ)償功能的激光干涉儀或者光柵尺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所述待檢測光柵尺(5)為反射式的或者透射式的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，在同一溫度點(diǎn)附近，對于待檢測的光柵尺(5)的兩個(gè)的待測點(diǎn)，以兩個(gè)不同溫度，分別測量兩個(gè)溫度值和兩端的待測點(diǎn)之間的距離，作為一組測量數(shù)據(jù)，并計(jì)算對應(yīng)的熱膨脹系數(shù)，重復(fù)測量η次，η大于等于2，將η次得到的熱膨脹系數(shù)的算術(shù)平均值作為該兩個(gè)待測點(diǎn)間的熱膨脹系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測光柵尺熱膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，在同一溫度附近，在待檢測光柵尺(5)上設(shè)置m個(gè)待測點(diǎn)，m大于等于3 ;對相鄰的待測點(diǎn)測量熱膨脹系數(shù)，獲得該溫度下不同區(qū)段的熱膨脹系數(shù)。
【文檔編號】G01N25/16GK103913479SQ201410116780
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】曾琪峰, 楊帆, 吳宏圣, 牛文達(dá), 孫強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所