技术特征：
1.一种基于时空同步的导轨直线度误差惯性测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤，s1：超低频加速度计紧固于导轨动平台上，超低频加速度计的数据采集卡采集1000-2000hz采样率的直线导轨的直线度误差加速度信号；s2：基于步骤s1成功安装超低频加速度计，设置电涡流位移传感器作为超低频加速度计和其数据采集卡的同步脉冲触发器，通过触发器触发电涡流位移传感器产生标志脉冲信号，设置数据采集卡脉冲触发，实现脉冲信号与超低频加速度计采集信号时域对应，最终实现导轨的直线度误差信号与超低频加速度计采集信号时空一致；s3：基于步骤s2实现同步采集，利用正弦叠加法建立导轨直线度误差模型与导轨倾角误差模型，采样多速测量方案，通过加速度信号积分计算得到带有倾角误差的速度值，消除与导轨位置相关的倾角引入的测量误差，进而得到只由直线度误差引起的加速度；s4：基于步骤s3获得的直线度误差加速度值进行二次积分，使用电涡流位移传感器获取机床首尾及中部多点直线度误差初始值，利用控制点约束调控方法，将积分趋势项数据采用坐标变换的方法进行旋转修正，消除积分趋势项误差；s5：基于步骤s3、s4确定超低频加速度计的解算算法，设置导轨动平台高速运动，超低频加速度计测量其误差低频项、中速测量误差中频项、低速测量误差高频项，相邻测速对应机床误差空间频率数据在空间波段上连续，将分频解算信号融合后得到机床直线度误差。2.根据权利要求1所述的一种基于时空同步的导轨直线度误差惯性测量方法，其特征在于：所述导轨相关位置处倾角误差消除，具体包括：(1)建立直线度误差模型与导轨倾角误差模型式中：e(x)表示导轨在位置x处的直线度误差；a
i
表示导轨误差幅值；f
i
表示导轨直线度误差空间频率；表示导轨初始相位角。θ(x)表示导轨在位置x处的倾角误差；b
j
表示导轨倾角误差幅值；f
j
表示导轨倾角空间频率；表示导轨初始相位角；i表示导轨直线度正弦信号个数；j表示导轨倾角误差正弦信号个数。(2)导轨倾角误差影响消除实际测量带有倾角影响的加速度计实际采集信号如下：式中：a(t)表示实际测量中加速度计采集信号；v表示导轨动平台运动速度；t表示导轨动平台一次运动的时间；θ(x)表示导轨在位置x处的倾角误差将测量加速度数据积分到速度，利用导轨位置与速度的关系x＝vt，得到与位置x相关的速度信号为：
式中：v
e
(x)为与位置x相关的直线度误差速度信号；v
θ
(x)为与位置x相关的导轨倾角引入的积分误差信号；c为由于初值未知引起的积分趋势项误差。由式(3)与式(4)可知积分后直线度误差测量速度信号为v(x)＝v
e
(x)+v
θ
(x)，在采用多速测量方案下，通过式(5)可消除与导轨位置相关的倾角引入的测量误差。式中：v
k
为测量速度；a
k
(x)为消除倾角影响后的直线度误差测量加速度信号。3.根据权利要求1所述的一种基于时空同步的平面运动位移及轨迹测量方法，其特征在于：所述多速测量方案中滤波算法为频域滤波，相应测量速度对应下的截止频率f
cd
和f
cu
：式中：v
k
分别代表高中低三种测量速度；f
cu
、f
cd
分别为滤波上下截止频率；f
i
代表误差空间频率，其中i＝0,1,2。4.根据权利要求1所述基于时空同步的平面运动位移及轨迹测量装置，其特征在于：该装置包括：长冲程直线导轨(1)、工作台面(2)、加速度计(3)、采集卡(4)、数据处理与显示单元(5)、电涡流位移传感器(6)、标志脉冲信号(7)、误差加速度信号(8)、信号传输设备(9)。长冲程直线导轨(1)的工作台面(2)提供多速直线运动；超低频加速度计(3)紧固于工作台面，二者具有一致的运动位移；电涡流位移传感器(6)作为标志脉冲信号源，实现加速度积分多点调控；设置标志脉冲信号(7)作为采集卡(4)触发源，触发采集卡(4)同步采集误差加速度信号(8)；信号传输设备(7)传输时空一致采集的直线度误差加速度信号；处理与显示单元(5)处理采集的误差加速度信号，保存与显示导轨直线度误差测量结果。
技术总结
本发明公开了一种基于时空同步的导轨直线度误差惯性测量方法，该方法主要包括：首先利用采集卡采集紧固于被测导轨运动平台上的低频加速度计信号；其次通过电涡流位移传感器脉冲标志信号触发实现采集卡多组加速度信号的同步采集；然后将采集加速度信号积分速度，基于多速测量方案，消除导轨倾角带来的误差影响；基于多点调控方法，利用电涡流位移传感器实现积分趋势项消除；最后采用多速测量方案，分频段处理融合后得到导轨直线度误差。相比于现有的测量方法，本方法具有低成本、灵活、高效、简单等优势，可实现全频带导轨直线度误差在线测量。在线测量。在线测量。
技术研发人员：刘志华 任子啸 蔡晨光 王海同 吕琦 夏岩
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2023/3/24