CN114577103A - 磁栅精度校准检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁栅精度校准检测装置及其检测方法，属于直线计量元件精度检测设备技术领域，本发明设置有基座，其上部布设有气浮导轨；气浮滑块与所述气浮导轨滑动连接；所述基座上形成有与所述气浮导轨平行的用于容纳待检磁栅带的导向槽，所述气浮滑块装设有磁栅读数头；以及两个光栅带，其装设在所述基座上并对称地分布在所述导向槽两侧，所述光栅带、的光栅读数头、设置于所述气浮滑块上，从而驱动所述气浮滑块使两个所述光栅带、形成第一基准轴线和第二基准轴线双基准校准所述待检磁栅带，本发明实现了在对磁栅尺进行精度检测时，使用双基准来消除阿贝误差，具有提高检测精度的有益效果。

Description

磁栅精度校准检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及直线计量元件精度检测设备技术领域，尤其涉及一种磁栅精度校准检测装置及其检测方法。

背景技术

磁栅尺是一种测量直线位移的元件，通常用于自动化加工设备中，主要由读数头、磁栅组成，磁栅尺作为计量元件，在出厂前需要进行精度检测；

检测方法通常使用更高精度的测量装置对磁栅尺进行精度检测，但是，目前针对磁栅尺精度检测时是在未消除阿贝误差的前提下进行检测，导致磁栅尺精度检测效果差，在精度检测过程中，由测量基准的轴线和被检测轴线不重合所引入的误差叫做阿贝误差，在不解决阿贝误差的前提下，对磁栅尺的精度检测结果有较大影响；

中国公开专利CN 110617758 A提到一种磁栅尺精度检测机，其使用高精度线性模组对磁栅尺精度进行检测，将高精度线性模组作为测量基准，高精度线性模组的轴线和磁栅尺轴线并不重合，因此该装置没有考虑阿贝误差；又如，[1]臧金杰.基于磁栅的高精度位移传感器设计[D].苏州大学.该论文中采用激光干涉仪对磁栅尺进行精度检测，以及，中国公开专利CN 205482772 U中，其利用光栅的精度较高，使用光栅尺对磁栅尺进行精度检测与标定，以上两个文献中也存在同样问题；

因此，就以上问题，本发明提供一种在对磁栅尺进行精度检测时，使用双基准来消除阿贝误差，提高检测精度的磁栅精度校准检测装置及其检测方法是必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种磁栅精度校准检测装置及其检测方法；

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的磁栅精度校准检测装置，包括：

基座，其上部布设有气浮导轨；

气浮滑块，其与所述气浮导轨滑动连接；

所述基座上形成有与所述气浮导轨平行的用于容纳待检磁栅带的导向槽，所述气浮滑块装设有磁栅读数头；以及

两个光栅带，其装设在所述基座上并对称地分布在所述导向槽两侧，所述光栅带、的光栅读数头、设置于所述气浮滑块上，从而驱动所述气浮滑块使两个所述光栅带、形成第一基准轴线和第二基准轴线双基准校准所述待检磁栅带。

进一步的，两个所述光栅读数头中心连线形成第一定位基准线A，所述磁栅读数头的中心重合于所述第一定位基准线A。

进一步的，所述导向槽宽度方向与所述待检磁栅带间隙配合，所述导向槽底壁布设有用于吸附所述待检磁栅带的负压吸附结构。

进一步的，所述负压吸附结构包括沿所述导向槽底壁长度方向开设的吸气孔和布设在所述基座内部并与所述吸气孔连通的负压管路；

所述负压管路通过接头与负压吸附***气路连接。

进一步的，所述基座对应所述导向槽两端均布设有能够旋转的收揽盘，用于收纳所述待检磁栅带，所述收揽盘通过支架与所述基座固定连接。

进一步的，所述导向槽两端均装设有固定扣，用于固定所述待检磁栅带端部。

进一步的，所述基座为大理石工作台。

进一步的，所述光栅带为钢带光栅。

磁栅精度校准检测方法，使用上述所述的磁栅精度校准检测装置，

该方法包括以下步骤：

步骤一，提供所述待检磁栅带；

步骤二，将所述待检磁栅带铺满所述导向槽，测量所述待检磁栅带的实际物理长度为L₂；

步骤三，驱动所述气浮滑块沿所述气浮导轨位移，获取所述第一基准轴线和所述第二基准轴线；

步骤四，获取校核基准轴线长度；

根据公式：

其中，L₁为所述第一基准轴线的长度，L₄为所述第二基准轴线的长度，从而计算出所述校核基准轴线长度为L₃，从而在所述第一定位基准线A上获得L₃和L₂之间的阿贝臂为L₆。

进一步的，所述第一基准轴线和所述第二基准轴线、以及所述待检磁栅带的实际物理长度的测量起点为所述第一定位基准线A；

其中，所述气浮滑块行程末端为第二定位基准线B；

所述第一基准轴线和所述第二基准轴线、以及所述待检磁栅带的实际物理长度的测量终点为所述第二定位基准线B。

在上述技术方案中，本发明提供的磁栅精度校准检测装置及其检测方法，有益效果：

首先，该磁栅精度校准检测装置利用两个光栅带对称地布设在待检磁栅带两侧，形成第一基准轴线和第二基准轴线地双基准校准待检磁栅带，且光栅带为钢带光栅，有利于在高度方向上与待检磁栅带保持一致，将第一基准轴线和第二基准轴线的测量结果求平均后的长度作为校核基准轴线与待检磁栅带的轴线进行对比，实现了将待检磁栅带轴线与第一基准轴线和第二基准轴线之间的阿贝臂L₅降低至待检磁栅带轴线与校核基准轴线之间的阿贝臂L₆，从而最大程度上保证了待检磁栅带轴线与校核基准轴线重合，提高了检测精度；

其次，该磁栅精度校准检测装置的基座导向槽底壁设置有吸气孔，通过吸气孔吸附待检磁栅带，使附待检磁栅带与导向槽固定连接，固定方式简便、快捷无需背胶，无需剪断，即可实现大长度磁栅带的测量，可以实现短磁栅带的测量，具有较高的通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明公开的磁栅精度校准检测装置的轴测图；

图2是本发明公开的磁栅精度校准检测装置基座的轴测图；

图3是本发明公开的磁栅精度校准检测装置基座的局部放大图；

图4是本发明公开的磁栅精度校准检测装置测量方法原理图。

附图标记说明：

1、气浮导轨；2、气浮滑块；3、光栅带；4、光栅读数头；5、磁栅读数头；6、待检磁栅带；7、固定扣；8、支架；9、收纳盘；10、接头；11、光栅带；12、光栅读数头；13、收纳盘；

100、基座；101、导向槽；102、负压管路；103、吸气孔；

第一定位基准线A；

第二定位基准线B。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1所示；

发明磁栅精度校准检测装置，包括：

基座100，其上部布设有气浮导轨1；

气浮滑块2，其与气浮导轨1滑动连接；

基座100上形成有与气浮导轨1平行的用于容纳待检磁栅带6的导向槽101，气浮滑块2装设有磁栅读数头5；以及

两个光栅带3、11，其装设在基座100上并对称地分布在导向槽101两侧，光栅带3、11的光栅读数头4、12设置于气浮滑块2上，从而驱动气浮滑块2使两个光栅带3、11形成第一基准轴线和第二基准轴线地双基准校准待检磁栅带6。

具体的，该结构中基座100为大理石工作台，基座100上形成有两条气浮导轨1，气浮导轨1上滑动连接有气浮滑块2，气浮导轨1和气浮滑块2均为现有技术，驱动原理，气浮导轨1、气浮滑块2组成滑动连接的移动副，气体充斥在气浮导轨1、气浮滑块2之间形成气膜，当用手推气浮滑块2时，气动滑块2能够沿气浮导轨1滑动；

基座100位于两条气浮导轨1之间形成有导向槽101，通过导向槽101容纳待检磁栅带6，且导向槽101与气浮导轨1平行(平行度公差高于待检磁栅带安装公差)，基座100位于导向槽101一侧布设有光栅带3，另一侧布设有光栅带11，光栅带3和光栅带11相对与导向槽101呈对称设置、且均平行于导向槽101(平行度远远高于待检磁栅带6安装公差可忽略不计)；

气浮滑块2对应光栅带3和光栅带11位置设置有光栅读数头4和光栅读数头12，对应待检磁栅带6位置设置有磁栅读数头5，检测时，驱动气浮滑块2，光栅带3、光栅带11形成第一基准轴线和第二基准轴线来双基准校准待检磁栅带6，第一基准轴线和第二基准轴线求和平均获取校核基准轴线，通过校核基准轴线与待检磁栅带6轴线进行对比，从而将待检磁栅带6轴线与第一基准轴线和第二基准轴线之间的阿贝臂L5降低至待检磁栅带轴线与校核基准轴线之间的阿贝臂L6，最大程度上保证了待检磁栅带轴线与校核基准轴线重合，提高了检测精度。

参见图4所示，优选的，两个光栅读数头4、12中心连线形成第一定位基准线A，磁栅读数头5的中心重合于第一定位基准线A。

该结构中，通过将磁栅读数头5的中心设置在光栅读数头4和光栅读数头12中心连线的第一定位基准线A上，进一步提高了该检测装置检测精度；

优选的，导向槽101宽度方向与待检磁栅带6间隙配合，待检磁栅带6通过间隙配合放置在导向槽101内，能够进一步精确待检磁栅带6在基座100上的位置，保持检磁栅带6轴线与第一基准轴线和第二基准轴线平行，有利于提高检测精度，导向槽101底壁布设用于吸附待检磁栅带6的负压吸附结构。以便使待检磁栅带6与导向槽101固定连接，避免了在检测过程中待检磁栅带6位移，使测量基准能够更精准的对待检磁栅带6进行校准；

参见图2-3所示，优选的，负压吸附结构包括若干吸气孔103和与吸气孔103连通的负压管路102，若干吸气孔103间隔地沿导向槽101底壁长度方向分布，负压管路102形成在基座100内部，且两端均通过接头10与外部负压吸附***气路连接，检测时，负压吸附***启动，吸气孔103吸气吸附待检磁栅带6，使待检磁栅带6固定地贴合在导向槽101底壁上；

参见图1所示，优选的，基座100对应导向槽101两端均布设有能够旋转的收揽盘9、13，用于收纳待检磁栅带6，收揽盘9、13通过支架8与基座100固定连接。

具体的，基座100对应导向槽101一端通过支架8固连有收揽盘9，另一端通过支架8固连有收揽盘13，通过收揽盘9上可以缠绕未检测的待检磁栅带6，通过收揽盘13可以收揽检测完毕的磁栅带，便于检测长的磁栅带，使用方便，优选的，导向槽101两端均装设有固定扣7，用于固定待检磁栅带6端部，具体的，固定扣7上设置有通孔，通孔内安装有螺栓，螺栓与基座100上的螺纹孔配合，拧紧螺栓，固定扣7压紧磁栅带6，松开螺栓，固定扣放松磁栅带6，避免待检磁栅带6被检测部分翘曲而影响检测结果；

使用时，当待检磁栅带6从收纳盘9释放时，收纳盘13同时收卷检测完毕的磁栅带，测量磁栅带长度为气浮滑块2的行程长度，当检测完毕的磁栅带收卷到收纳盘13时，此时磁栅带待检部分铺满导向槽101，负压***启动，磁栅带待检部分被吸附到导向槽并固定，同时用固定扣7将磁栅带待检部分在导向槽101两端固定，检测开始，气浮滑块2从基座100的气浮导轨1一端滑到另一端，在滑动过程中光栅读数头4、光栅读数头12和磁栅读数头5同步实时读取数据，输出到数据存储单元并进行计算输出检测结果，完成该段长度磁栅带的精度检测后，负压气路释放，重复以上过程将磁栅带测量完成部分收卷，磁栅带待检部分重新铺满导向槽101，启动负压***吸附，进行下一段待检磁栅带6长度检测，如此循环完成整卷磁栅带检测。

优选的，光栅带3、11为钢带光栅。

具体的，该结构中通过将光栅带3、光栅带11设置为钢带光栅，钢带光栅与磁栅带6能够安装在同一平面上；

发明磁栅精度校准检测方法，使用上述磁栅精度校准检测装置，该方法包括以下步骤：

步骤一，提供待检磁栅带6；

步骤二，将待检磁栅带6铺满导向槽101，测量待检磁栅带6的实际物理长度为L₂；

步骤三，驱动气浮滑块2沿气浮导轨1位移，获取第一基准轴线和第二基准轴线；

步骤四，获取校核基准轴线长度；

根据公式：

其中，L₁为第一基准轴线的长度，L₄为第二基准轴线的长度，从而计算出校核基准轴线长度为L₃，从而在第一定位基准线A上获得L₃和L₂之间的阿贝臂为L₆，进而获得最小阿贝臂。

优选的，第一基准轴线和第二基准轴线、以及待检磁栅带6的实际物理长度的测量起点为两个光栅读数头4、12、以及磁栅读数头5的中心三点连线形成的第一定位基准线A；

其中，气浮滑块2行程末端为第二定位基准线B；

第一基准轴线和第二基准轴线、以及待检磁栅带6的实际物理长度的测量终点为第二定位基准线B。

具体的，光栅读数头4和光栅带3组成第一测量基准形成第一基准轴线，光栅读数头12和光栅带11组成第二测量基准形成第二基准轴线；磁栅带6为待检项；

参见图4所示，第一基准轴线和第二基准轴线相互平行，且距离磁栅读数头5所在轴线距离相等为L₅，此时L₅为实际测量阿贝臂，光栅读数头4与光栅读数头12中心连线过磁栅读数头5的中心，测量时L₁为光栅读数头4读数长度，L₄为光栅读数头12读数长度，L₂为待检磁栅带6的实际物理长度，L₃为第一基准轴线和第二基准轴线合成的校核基准轴线长度，同时也是磁栅读数头5的实际位置距离，可以算得L₃＝(L₁+L₄)/2，此时L₃与L₂之间的阿贝臂为L₆，由此阿贝臂由L₅减小到L₆，从而提高了检测精度；

具体的，假设L₆＝0.1mm(实际安装过程中远小于0.1mm)，a＝1°，可计算由阿贝误差引起的误差为ΔL₆＝L₆×sina＝0.1×sin1°≈0.0017，L₅的实际尺寸由于安装结构及光栅读数头4尺寸限制，往往会在几十毫米，假若取10mm(实际情况下远远比10mm多)，此时ΔL₅＝L₅×sina＝10×sin1°≈0.17，两者之间的数量级相差100倍，而实际情况L₅往往比10mm要大得多，误差也大的多，因此采用L₃来替代L₁或L₄的单独测量值更接近L₂。由于在实际测量中L₂与L₃的夹角a非常小(导向槽可在一定程度上保障待检磁栅带与光栅带的平行程度)，以上述假设为例，cos1°≈0.9998，1mm的长度误差在0.0002mm，由于a在实际应用当中远小于1°，cosa与1极为接近，因此L₂与L₃值可以近似替代，采用L₃＝(L₁+L₄)/2来替代L₂，进一步与磁栅读数头5的读数进行比较，大大减小了阿贝误差的影响因素，采用L₃作为测量基准能够更加精准的对磁栅带进行校准。

利用该磁栅精度校准检测装置于能够大大减小测量基准与待测磁栅带之间的阿贝误差，使测量基准能够更精准的对磁栅带进行校准，同时磁栅带的固定简便快捷无需背胶，无需剪断，又可实现大长度磁栅带的测量。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.磁栅精度校准检测装置，其特征在于，包括：

基座(100)，其上部布设有气浮导轨(1)；

气浮滑块(2)，其与所述气浮导轨(1)滑动连接；

所述基座(100)上形成有与所述气浮导轨(1)平行的用于容纳待检磁栅带(6)的导向槽(101)；

所述气浮滑块(2)装设有磁栅读数头(5)；以及

两个光栅带(3、11)，其装设在所述基座(100)上并对称地分布在所述导向槽(101)两侧，所述光栅带(3、11)的光栅读数头(4、12)设置于所述气浮滑块(2)上，从而驱动所述气浮滑块(2)使两个所述光栅带(3、11)形成第一基准轴线和第二基准轴线双基准校准所述待检磁栅带(6)。

2.根据权利要求1所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

两个所述光栅读数头(4、12)中心连线形成第一定位基准线A，所述磁栅读数头(5)的中心重合于所述第一定位基准线A。

3.根据权利要求1所述的磁栅精度校准检测装置及其检测方法，其特征在于；

所述导向槽(101)宽度方向与所述待检磁栅带(6)间隙配合，所述导向槽(101)底壁布设有用于吸附所述待检磁栅带(6)的负压吸附结构。

4.根据权利要求3所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

所述负压吸附结构包括沿所述导向槽(101)底壁长度方向开设的吸气孔(103)和布设在所述基座(100)内部并与所述吸气孔(103)连通的负压管路(102)；

所述负压管路(102)通过接头(10)与负压吸附***气路连接。

5.根据权利要求1所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

所述基座(100)对应所述导向槽(101)两端均布设有能够旋转的收揽盘(9、13)，用于收纳所述待检磁栅带(6)，所述收揽盘(9、13)通过支架(8)与所述基座(100)固定连接。

6.根据权利要求5所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

所述导向槽(101)两端均装设有固定扣(7)，用于固定所述待检磁栅带(6)端部。

7.根据权利要求1所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

所述基座(100)为大理石工作台。

8.根据权利要求1所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

所述光栅带(3、11)为钢带光栅。

9.磁栅精度校准检测方法，使用权利要求1-8任一项所述的磁栅精度校准检测装置，其特征在于；

该方法包括以下步骤：

步骤一，提供所述待检磁栅带(6)；

步骤二，将所述待检磁栅带(6)铺满所述导向槽(101)，测量所述待检磁栅带(6)的实际物理长度为L₂；

步骤三，驱动所述气浮滑块(2)沿所述气浮导轨(1)位移，获取所述第一基准轴线和所述第二基准轴线；

步骤四，获取校核基准轴线长度；

根据公式：

其中，L₁为所述第一基准轴线的长度，L₄为所述第二基准轴线的长度，从而计算出所述校核基准轴线长度为L₃，从而在所述第一定位基准线A上获得L₃和L₂之间的阿贝臂为L₆。

10.根据权利要求9所述的磁栅精度校准检测方法，其特征在于；

所述第一基准轴线和所述第二基准轴线、以及所述待检磁栅带(6)的实际物理长度的测量起点为所述第一定位基准线A；

其中，所述气浮滑块(2)行程末端为第二定位基准线B；

所述第一基准轴线和所述第二基准轴线、以及所述待检磁栅带(6)的实际物理长度的测量终点为所述第二定位基准线B。

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