大尺寸計量校準技術研究及在量值傳遞中的應用.pdf

1、隨著科學技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的量值傳遞系統(tǒng)已不能滿足當今國防工業(yè)的生產需求。從幾何量計量的角度看，盡管對于兩米以下直至微米量級的計量器具已有比較完整的計量標準及檢定規(guī)程，但對于長到幾十米的大尺寸卻沒有統(tǒng)一的計量手段和標準。存在的問題是校準裝置的尺寸越大精度越難保證。首先是長直導軌的設計，要求拼接環(huán)節(jié)少、直線度高，導軌的穩(wěn)定性要好；其次是測量標準的設計，通常采用標準雙頻激光干涉儀可以在30m～40m的范圍內實現(xiàn)高精度長度測量，但采用雙頻激

2、光干涉儀作為標準測量必須解決阿貝誤差問題，否則無法提高測量精度。另外現(xiàn)有的大尺寸便攜式坐標測量儀器的校準方法中，校準要素單一，還沒有合適的方法可以直接解決坐標校準。這些問題使得通用的大尺寸計量校準裝置很難實現(xiàn)。 本文以多種大尺寸計量器具的校準要求為依據，結合大尺寸計量器具的共性問題建立一套大尺寸校準裝置。該套裝置的研究分兩部分，第一部分是關于一維大尺寸長度校準技術的研究，通過建立“高精度大尺寸長度校準系統(tǒng)”，比較完整地解決了標準

3、鋼卷尺、基線尺、激光干涉儀、測距儀等的長距離校準問題；第二部分是關于激光平面校準技術的研究，在一維大尺寸長度校準的基礎上提出了基于坐標面的校準策略，建立了“大尺寸平面坐標校準系統(tǒng)”，解決了激光跟蹤儀、經緯儀組合系統(tǒng)等便攜式坐標測量儀器的實驗室校準問題。 “高精度大尺寸長度校準系統(tǒng)”的主體是花崗巖直線導軌，總長36米，由九塊花崗巖拼接而成，位于獨立的地基上，并由千斤頂支撐；采用的測量標準為原美國惠普公司的長距離雙頻激光干涉儀，由于

4、采用三路激光干涉同時測長的方法，可以實時測量導軌的直線度并補償阿貝誤差，使得在工作臺的任意位置上都能達到同軸同向的測量精度。 “大尺寸平面坐標校準系統(tǒng)”以“高精度大尺寸長度校準系統(tǒng)”為基礎，將花崗巖長導軌作為坐標面水平軸，在氣浮工作臺上增加了金屬導軌作為坐標面豎直軸，使用兩套雙頻激光干涉儀作為測量標準，其中原有的三路激光干涉測長系統(tǒng)用來測量水平軸的運動距離；增加的一套激光干涉儀則通過一個 90°轉向棱鏡將光路由水平軸轉向豎直軸，

5、同時測量兩個軸的運動距離，并且確定了一個直角坐標光學平面，利用該光學坐標面可以直接對被校系統(tǒng)進行坐標比較。由于采用兩軸同測的測量方案，因此兩個軸的測量精度水平一致。 本文還對所建立的一維和二維大尺寸校準系統(tǒng)進行了不確定度分析和相應的精度測試，結果表明長度校準裝置的擴展不確定度優(yōu)于 3.2×10<'-7>(U<,95>)，位于世界前列水平，坐標校準裝置的擴展不確定度約為 1.0×10<'-6>(U<,95>)，是目前尺寸最大、精度