1991年德国联邦物理技术研究院(PTB)开展了高分辨率高精度的新型角度比较仪的研制。其原因是，近年来角度测量技术已获得很大的进展，用于测量与生产技术的新型数字测角系统，受到了现有校准可能性的限制。大型望远镜新的测角系统，一再实现了更为精确的测量步骤。此外，惯性一角度测量技术，如激光陀螺仪和光纤陀螺仪，要求更高级的检测与校准设备。
比较仪的结构
比较仪坐在一块坚固的花岗岩板上，再用空气弹簧元件与底板隔振，机械结构如下(图1):
1.轴承结构:
比较仪用的是精密空气轴承。轴向端而轴承达到高承载能力;而柱状的径向轴承，保证高的径向振摆精度。径向振摆误差在。.1um之内。
2.利用相栅划分的角度测量系统
基准测标在分体扫描头的传送过程中，相对于精确定义的零位产生一个参考信号。
动态测量用的传动装置
比较仪的驱动机构是专为动态测量所设的，在缓慢的旋转过程中，测量值从检测系统和比较仪调出并存储。以此方式可快速获得大量的数据，这样做有高的测量可靠性。为此，比较仪台的旋转速度是无级可控的，调节范围在7.5转/min到7.5aresee/min。最小的旋转速度，相当于四个月旋转一转。
传动机构无间隙，并能有限均匀的速度，因此，滞后误差根据运转的时间，在检测系统内动态测量过程中保持足够小的值。此外，还注意到传动的高效率，因为，损耗的功率会转换为热，并引起温度梯度变化。作为最佳的解决办法是选用了摩擦轮传动。一个带有可开关级的三级传动机构，保证了大部分调节范围。驱动马达是串联的小型直流电机，功率在ZW以上。马达通过皮带传动作用于高速比封闭的摩擦轮传动系统(变速比约为1:700)，它能以气动方式按1:1进行转换。传动机构的驱动轮作用到驱动罩的范围。在快速行程中，马达与比较仪转台之间的变速比约为1:500。在马达上用法兰连接一个自动同步发送机，它能够对马达的转数进行数字控制。这种数字转速计在马达轴每转一周提供20000脉冲。这一驱动单元的结构是这样的，即无外力作用于轴承，且只传输驱动力矩。
此外，压电驱动装置受限调节范围约为6arosec。用于压电驱动装置的控制信号的lbit，相当于一个步进角度，为0.0001arc see
1.计算机系统
计算机系统是用以486处理机为基础的VME计算机而实现的。集成VME总线接口能 够实现16bit格式的快速数据传输。在计算机壳体内，还有带判读电子学系统的IK32o的接 口卡，其中，每个卡构成适用于两个扫描单元的测量值。每个卡都装备自己的处理器，为得是能够并行和快速进行扫描信号的校正和插值，以及信号周期的计数。在计算机中，对那些在校准过程得出分度误差的测量值完成修正。此外，计算机还用来评价分析测量数据，将测量结果显示在荧光屏上并接打印机输出。
2.检测系统的固定
承载台可轻易地调到垂直于比较仪的旋转方向。为了接纳检测系统的旋转部件，承载台装配有一块可更换的平面度很高的玻璃板。为了装配检测系统的稳定部件，对着承载 台的中心装一个钢圈，钢圈以很小的应力与花岗岩板连接，即使在温度变化的情况下，也保持其角度位置。较大的构件以相应大小尺寸的花岗岩板上占具位置。
3.精度与校准
在用一个扫描头测量时，度盘的测量误差约计<0.15(Za.值)。八重扫描消除了偏心度的影响，并消除了第8，第16，第24等高次谐波。因此，含最大振幅的误差份额得到补偿。对 这样一种分度的分析，在消除1至7高次谐波之后，得出的剩余误差<0.015ar。ge。。因为它们的可再现性很好，所以，这些误差能够通过一个校正过程测得，并在计算机内得到修正。
校准精度的先决条件是插值法的质量。已选的干涉扫描方法，为内插的高稳定性和高精度提供了良好条件。在判读电子学系统中，干涉而产生的扫描信号小的内插误差，得到校正。这些误差产生于经过度盘范围微小的表面和分度缺陷。因此，校正是以分段方式进行的。新的方法采用了内插误差的付立叶分析，并能得到直至信号形式一误差的3级高次谐波的补偿。其中，可以达到最大为4096校准段。然后，在8个扫描头中，还留有约为0.0006arc see的内插误差(标准误差)。
在“扫描信号校准”的工作方式中，分度盘以固定的速度旋转360。，这时记录并中间存储下4百万以上的测量值。内插电子学系统中的微处理器计算出每个分度段的最大信号形式一误差的付立叶系数。
在“测量”工作方式中，处理器从已存储的数据中，计算出校准值和内插值。为了进行比较仪的校准，用小更精确的尺寸标准，然而，这种尺寸标准实际上并不存在。
所以，人们便采用了具有高分辨率和高的位置可再现性的尺寸标准，其中，通过多次的测量使可再现性进一步得到改善。这方面，显得较为合适的是标准光电测角系统，它带有一个玻璃度盘和两个非接触式扫描头。
测量原理是这样的:将欲校准度盘分度的360/n每个分度角与第2个度盘同样大小的角度间隔进行比较，并从测量中得出平均值，这样便不会出现第二次分度的不完整现象，因为 通过360度的位置误差之和，以及所有分度角平均值的误差都等于零。
在新的比较仪中，集成了这种校准装置。在比较仪的转动部分，安装了第二个精密轴承系统，它具有自已的一套角度测量系统。这一轴承结构，轴向用的是空气轴承;径向用的是滚珠轴承。轴承转动件承载着检测系统用的载物台和一个分36000刻度的分度盘。只要轴向空气轴承不受压，则校准装置与比较仪的转动件是固定连接的。如果轴向轴承结构被供以压缩空气，测校准装置的转动件相对于比较仪的转动件而旋转。如比较仪转动件以马达旋转，而校准装置的转动件由一制动杠停止。旋转角度可用比较仪测量系统和校准装置的测量系统非常精确地测得。
为了插补校准一测角系统的信号，采用了与比较仪测量系统中一样的带有4096因子的电子学系统。测步约为0.009aresee。如果校准选择的角度问隔为360。/1024，并完成1024 测量序列，这样，校准系统位置的统计测量不准度，减小到<0.0001arc see(标准误差)。校准装置的测角系统内位置的可再现性误差，由于求得平均值，在统计学方面已足够减小。
第二个校准可能性是测量比较仪测量系统本身的分度，为此，这样安排了8个另外的扫描头，即由两个相对而置扫描头所确定的方向，包括了所有3600/2“分度角(n~1至7)。在校准 过程中，比较仪每旋转一次，在预定的角度位置便读出和存储该扫描单元的测量值。接着，由此算出校正值。因此，可以清除序数<128的位置误差之高次谐波。这种方法在联邦物理技术研究院所开展的研制阶段进行了试验。
为复查精度，在比较仪完成并校准之后，装配上一个合适的高分辨测角系统作为检测系统，并重复进行测量，同时，在测量中间将检测系统对着比较仪的测量系统旋转一定角度。经校准无误差的比较仪，在任何位置均得出相同的结果，当然，检测系统要有足够的可再现性。 利用安装其上的校准装置，可对比较仪测角系统的检测系统，以计算机控制方式加以旋转，使其不用手动，任意在相对于比较仪测量系统的不同角度位置可进行测量。从这一系列测量结果中，使可得出比较仪测量不准度的结论。
通过恒温保证测量精度
高的测量精度，只有通过对仪器和整个测量环境保持恒温才能达到。安装地点选择在联邦物理技术研究院新建超净室中心的测量实验室，其空调与防振设备是按最新的技术要求和知识而设计的。在设计中避免了热源和冷却源或加以补偿。计算机和整个电子学系统安装在离开测量台的地方。这样，能将排出的热量分别排出。在空气轴承中，由于在供气膨胀时的焦耳一汤姆逊效应产生了冷却能力，通过在空气管道中加以加热电阻而给予补偿。扫描头上LED的损耗功率，在对喷咀做冷却效应的校正时已给予考虑。利用“拍耳贴”致冷元件对驱动马达的损耗功率进行补偿。通过抽气装置对传动机构进行冷却，同时，抽气装置也负责不让摩擦轮的磨损物进入洁净区。在空气轴承的外壳和驱动单元均有散热孔，它们用来使拍耳贴元件的调节特性曲线得到最佳调节，并使轴承用的供气的预热得到最佳调节。
大舟 编译
