面向空间极端环境下复杂精密机构的性能测试需求,研制一种可通过模块选配和拼装实现多种空间机构在极端环境下性能测试的通用精密机构综合性能测试仪,对于我国空间机构地面测试技术的发展具有重要意义。综合性能测试仪在高低温环境下采用光栅尺对位移参量进行测量,但目前国内外对光栅尺的校准均在常温环境下进行,尚未有在高低温环境下的光栅尺校准技术。本文主要对高低温环境下的光栅尺校准技术进行研究,研究工作主要包括以下几部分:(1)高低温环境光栅尺校准装置的设计。设计了高低温箱内部工装结构和外部机械结构;设计了伺服控制子系统以作为校准装置的驱动力源,并通过NI数据采集系统和激光干涉仪以实现对被测位移和标准位移的测量;完成伺服电机的驱动、光栅尺的位移数据实时采集以及人机交互界面的编写。(2)高低温环境光栅尺校准装置热误差补偿方法研究。首先对传动轴热误差进行仿真分析,得到与传动轴热误差相关的影响因素;对传动轴热误差进行理论分析,得到了通过优化布置温度传感器是可以实现预测传动热误差的结论;通过温度传感器和激光干涉仪对高低温校准装置的热误差进行了测量,为传动轴热误差建模提供了实验数据;通过补偿表法和基于SVM回归的方法进行热误差建模,并采用改进网格搜索法、遗传算法、变异粒子群算法进行参数优化,实现传动轴热误差的实时预测。(3)实验设计与不确定度评定。按照JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》对获得的测量数据进行处理,完成高低温环境光栅尺校准装置的测量不确定度评定。结果表明,校准装置的扩展不确定度为1.32μm,达到了预设技术指标的要求,且能对高低温环境下的光栅尺进行校准,被测光栅尺在0℃的最大绝对误差为-4.39μm,在50℃的最大绝对误差为-4.56μm。