CN105157661A - 一种大行程亚微米级平面精度测量*** - Google Patents

Abstract

本发明是一种大行程亚微米级平面精度测量***。包括基座、滑台、磁座、气浮滑台上盖板、光栅尺、限位开关感应座、伺服电机、气浮滑台侧板等，接头、气浮滑台上盖板、气浮滑台侧板组成气浮滑台组件，滑台装设在基座上，气浮滑台上盖板装设滑台的顶部，气浮滑台侧板固定在气浮滑台上盖板的两侧，装设在气浮滑台侧板上的接头通入的气体能引导至气浮滑台组件与基座及滑台之间的缝隙，磁座吸附于气浮滑台上盖板顶面，磁座底面与气浮滑台上盖板顶面相吸附接触，测微仪探头固定在磁座上，主动同步带轮安装在伺服电机的输出轴上，限位开关感应座及光栅尺固定在滑台，两个限位开关胶片固定在气浮滑台上盖板的两侧。本发明操作简单，方便实用，测量精度高。

Description

一种大行程亚微米级平面精度测量***

技术领域

本发明是一种大行程亚微米级平面精度测量***，特别是一种低成本大行程亚微米级平面精度测量***，属于大行程亚微米级平面精度测量***的创新技术。

背景技术

工厂中的三坐标测量仪不仅可以测量工件的直线度、平面度还可以测量曲面的相关参数。但是在工厂中应用最多的还是用其测量工件的直线度和平面度。测量精度一般是4微米左右。从某种角度来说，误差值已经比较大了。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种大行程亚微米级平面精度测量***。本发明能保证测量出来的工件的直线度和平面度的精度较高，更加精确。且操作简单，价格低，方便实用。

本发明的技术方案是：大行程亚微米级平面精度测量***，包括有基座、滑台、同步带、测微仪探头、磁座、接头、气浮滑台上盖板、光栅尺、限位开关感应座、伺服电机、气浮滑台侧板、限位开关胶片、测微仪数据处理显示单元、人机交互界面、驱动控制器，其中接头、气浮滑台上盖板、气浮滑台侧板组成气浮滑台组件，滑台装设在基座上，气浮滑台上盖板装设滑台的顶部，气浮滑台侧板固定在气浮滑台上盖板的两侧，且气浮滑台侧板与滑台的两侧触接及气浮滑台侧板与基座之间也触接，接头装设在气浮滑台侧板上，接头通入的高压气体能引导至气浮滑台组件与基座及滑台之间的缝隙，磁座通过磁体吸引力吸附于气浮滑台上盖板的顶面，磁座的底面与气浮滑台上盖板的顶面相吸附接触，测微仪探头固定在磁座上，且测微仪探头能随着滑台变换测量位置，主动同步带轮安装在伺服电机的输出轴上，从动同步带轮安装在张紧机构上，且同步带穿过滑台中所设的沟槽，绕在主动同步带轮及从动同步带轮上组成带传动副，限位开关感应座固定在滑台所设的凹槽内，光栅尺固定在滑台所设的凹槽侧面，两个限位开关胶片固定在气浮滑台上盖板的两侧，光栅尺的读数头及限位开关感应座的信号输出端与驱动控制器的输入输出信号线B连接，测微仪数据处理分析单元的信号输入端与测微仪探头的输出信号线连接，测微仪数据处理显示单元及驱动控制器与人机交互界面连接。

本发明由于气浮***装置本身的直线度误差的均化作用和软件分析***的补偿修正作用，所以能保证测量出来的工件的直线度和平面度的精度能够保证在0.4微米左右，比三坐标测量仪测量出来的结果更加精确。同时，该平台***装置价格相对于三坐标测量仪更便宜，就是说能做到低成本高精度的测量效果。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的大行程平面精度测量***。本发明的大行程平面精度测量***操作简单，方便实用，测量精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中磁座安装在气浮滑台上盖板上的局部放大图；

图3为图1中同步带轮与伺服电机连接的局部放大图；

图4为本发明张紧机构通过螺栓固定在滑台挡板上的结构示意图；

图5为本发明测量延长板通过螺栓固定在气浮滑台上盖板上的结构示意图；

图6为本发明测微仪数据处理显示单元及驱动控制器与人机交互界面连接的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1所示，本发明的大行程亚微米级平面精度测量***，包括有基座1、滑台2、同步带4、测微仪探头5、磁座8、接头9、气浮滑台上盖板10、光栅尺读数头固定连接板11、光栅尺13、限位开关感应座14、伺服电机15、滑台挡板17、气浮滑台侧板18、限位开关胶片23、测微仪数据处理显示单元24、人机交互界面25、驱动控制器26，其中接头9、气浮滑台上盖板10、气浮滑台侧板18组成气浮滑台组件，滑台2装设在基座1上，气浮滑台上盖板10装设滑台2的顶部，气浮滑台侧板18固定在气浮滑台上盖板10的两侧，且气浮滑台侧板18与滑台2的两侧间隙触接，及气浮滑台侧板18与基座1之间也间隙触接，接头9装设在气浮滑台侧板18上，接头9通入高压气体，并将气体引导至气浮滑台组件与基座1之间及气浮滑台组件与滑台2之间的缝隙，在接头9通气的情况下使气浮滑台组件与滑台2和基座1之间的缝隙填充高压气体，在气体向空气中溢出的过程中，形成气膜、气悬浮支撑，使气浮滑台组件在滑台2、基座1上面气悬浮支撑起来，相对自由无摩擦气悬浮滑动，属于气悬浮外包式气浮滑轨平台，磁座8通过本身的磁体吸引力，吸附于气浮滑台上盖板10的顶面，磁座8的底面与气浮滑台上盖板10的顶面相吸附接触，测微仪探头5固定在磁座8上，测微仪探头5能随着滑台2随意变换测量位置，主动同步带轮16安装在伺服电机15的输出轴上，从动同步带轮安装在张紧机构3上，且同步带4穿过滑台2中所设的2条沟槽，绕在主动同步带轮16及从动同步带轮上组成带传动副，限位开关感应座14固定在滑台2所设凹槽内，光栅尺13固定在滑台2所设的凹槽侧面，两个限位开关胶片23对称固定在气浮滑台上盖板10的两侧，光栅尺13的读数头及限位开关感应座14的信号输出端与驱动控制器26的输入输出信号线B连接，测微仪数据处理分析单元24的信号输入端A与测微仪探头5输出的信号线连接，测微仪数据处理显示单元24及驱动控制器26与人机交互界面25连接。

本实施例中，上述气浮滑台上盖板10上设有台阶20，磁座8有一个侧面与气浮滑台上盖板10上设有的台阶20的棱面相接触。这样更能保证磁座8与导轨垂直的方向的位置固定不变。气浮滑台上盖板10通过螺栓21装设滑台2的顶部。

本实施例中，上述限位开关感应座14通过螺栓固定在滑台2的凹槽内，光栅尺13通过光栅尺读数头固定连接板11固定在滑台2所设的凹槽侧面。

本实施例中，上述两个限位开关胶片23通过螺栓22对称固定在气浮滑台上盖板10的两侧。

本实施例中，上述伺服电机15通过螺栓固定在滑台挡板17上，滑台挡板17通过螺栓19固定在基座1上，滑台2通过螺栓固定在基座1上。滑台2是条形大理石滑台，基座1是大理石基座。

本实施例中，上述气浮滑台侧板18通过螺栓固定在气浮滑台上盖板10的两侧。

本实施例中，上述伺服电机15通过螺栓固定在滑台挡板17上；上述张紧机构3通过螺栓30固定在滑台挡板17上。同步带4的张紧力通过张紧机构3来调节。

本实施例中，上述同步带4的两端通过压块12固定在气浮滑台上盖板10上，压块12通过螺栓31固定在气浮滑台上盖板10的两侧。伺服电机15驱动同步带4运动，同步带4带动气浮滑台上盖板10运动。也就是说，同步带4在伺服电机15的带动下能带动上面的气浮滑台组件沿着滑台2运动。

本实施例中，上述测微仪探头5通过光杆7及连接旋钮6固定在磁座8上，其中光杆7固定在磁座8上，测微仪探头5通过连接旋钮6装设在光杆7上。使测微仪探头5能随着滑台2随意变换测量位置，此外，测微仪探头5上装设有测微仪探针27。

本实施例中，上述接头9是快速接头。此外，上述气浮滑台上盖板10上装设有测量延长板28。测量延长板28通过螺栓29固定在气浮滑台上盖板10上。当添加测量延长板28之后，测微仪探头5能大幅度的覆盖测量形状尺寸比较大的工件的平面度和直线度。测量延长板28上也做出有台阶，磁座8有一个侧面与测量延长板28上设有的台阶的棱面相接触，在固定磁座8的时候，就能做到位置的确定，这样更能保证磁座8与导轨垂直的方向的位置固定不变。

本发明的工作原理是：向接头9通入高压气体，气体通过内部的导气管路和节流***，进入到气浮滑台侧板18与滑台2之间的配合间隙、气体通过气浮滑台侧板18与基座1之间的配合间隙，最后向大气溢出，形成气悬浮支撑，此时由接头9、气浮滑台上盖板10、气浮滑台侧板18组成的气浮滑台组件就能被高压气体悬浮支撑起来，同时，由接头9、气浮滑台上盖板10、气浮滑台侧板18组成的气浮滑台组件与滑台2之间的缝隙被气体填满，使由接头9、气浮滑台上盖板10、气浮滑台侧板18组成的气浮滑台组件被气悬浮隔离支撑起来，达到气悬浮的效果。最终能使由接头9、气浮滑台上盖板10、气浮滑台侧板18组成的气浮滑台组件与由基座1、滑台2组成的固定组件之间实现气体悬浮支撑，做到无摩擦运动、误差均化的效果。

当装配调整好整个测量装置***的运行精度之后，就能把被测量的工件放置在基台1上，通过控制伺服电机15和手动调节连接旋钮6，来调整测微仪探头5的测微仪探针27与工件的相对位置，使其处于轻微接触的状态，再通过人机交互装置25及其驱动控制器26向伺服电机15输入信号，使测微仪探头5的测微仪探针27沿着被测量工件的表面移动，测微仪处理显示单元24对输入的信号进行记录，并通过该处理显示单元24将数据传到人机交互装置25，在经过相关的数据处理分析，就能测量出被测量工件在这条线上方向的直线度，通过多次调节测微仪探针27的位置，就能测出来工件不同位置的直线度，根据每次移动测微仪探针27的位置及通过测微仪探针27的往复运动，结合人机交互装置25、以及早先做好的误差数据库就能够精确的衡量出工件的直线度和平面度了。

当工件的尺寸比较大的时候，就把测量延长板28装上去，结合探头就能测量出大型工件的直线度和平面度了。

本发明达到亚微米级测量精度的原理是：

（1）硬件误差均化

本发明的大行程亚微米级平面精度测量***可用于测量工件的直线度和平面度，因为本发明使用的气浮导轨平台，其本身作为导轨的滑台2直线度也就是3个微米左右，但是因为滑轨是气浮滑轨平台，经过误差均化之后就能使由接头9、气浮滑台上盖板10、气浮滑台侧板18组成的气浮滑台组件在滑台2上在俯仰方向和左右偏摆方向的直线度可以达到1个微米以下，大概是0.6-0.8微米左右。因此，以气浮滑台组件作为移动平台的时候，就能高精度的测试出工件的直线度和平面度。

本发明在未加测量延长板28的时候，能够测量小范围工件的直线度和平面度。当工件的尺寸比较大的时候，把测量延长板28装上去，加上测量延长板28后就能测量大型工件的直线度和直线度了。

（2）软件误差补偿

在装配好方案上面所有的配件之后，把磁座8、光杆7和测微仪探头5的测微仪探针27取下，并在滑台上面加上相同重量的配重，用激光干涉仪或者激光尺测量出气浮滑台组件在沿着滑台2运动时的直线度和通过控制***驱动伺服电机带动气浮滑台组件运动的定位精度，并把得到的本身的直线度和定位精度的数值存入数据库，并且编入软件***，在用该平台测量工件的时候，通过分析软件调动数据库里面的数据，来修正所测量出来的直线度数据和平面度数据，这个过程就是软件补偿。

用本发明测量***装置测量工件的直线度和平面度的情况下，通过硬件的误差气浮均化和软件的误差补偿修正，能进行高精度的测量，能保证测量出来的工件的直线度和平面度的精度能够保证在1微米以下，比三坐标测量仪测量出来的结果更加精确。同时，该平台***装置价格相对于三坐标测量仪更便宜，就是说能做到低成本高精度的测量效果。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的大行程平面精度测量***。本发明的大行程平面精度测量***操作简单，方便实用，测量精度高。

Claims (10)

1.一种大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于包括有基座、滑台、同步带、测微仪探头、磁座、接头、气浮滑台上盖板、光栅尺、限位开关感应座、伺服电机、气浮滑台侧板、限位开关胶片、测微仪数据处理显示单元、人机交互界面、驱动控制器，其中接头、气浮滑台上盖板、气浮滑台侧板组成气浮滑台组件，滑台装设在基座上，气浮滑台上盖板装设滑台的顶部，气浮滑台侧板固定在气浮滑台上盖板的两侧，且气浮滑台侧板与滑台的两侧触接及气浮滑台侧板与基座之间也触接，接头装设在气浮滑台侧板上，接头通入的高压气体能引导至气浮滑台组件与基座及滑台之间的缝隙，磁座通过磁体吸引力吸附于气浮滑台上盖板的顶面，磁座的底面与气浮滑台上盖板的顶面相吸附接触，测微仪探头固定在磁座上，且测微仪探头能随着滑台变换测量位置，主动同步带轮安装在伺服电机的输出轴上，从动同步带轮安装在张紧机构上，且同步带穿过滑台中所设的沟槽，绕在主动同步带轮及从动同步带轮上组成带传动副，限位开关感应座固定在滑台所设的凹槽内，光栅尺固定在滑台所设的凹槽侧面，两个限位开关胶片固定在气浮滑台上盖板的两侧，光栅尺的读数头及限位开关感应座的信号输出端与驱动控制器的输入输出信号线B连接，测微仪数据处理分析单元的信号输入端与测微仪探头的输出信号线连接，测微仪数据处理显示单元及驱动控制器与人机交互界面连接。

2.根据权利要求1所述的大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于上述气浮滑台上盖板上设有台阶20，磁座有一个侧面与气浮滑台上盖板上设有的台阶的棱面相接触。

3.根据权利要求1所述的大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于上述光栅尺通过光栅尺读数头固定连接板固定在滑台所设的凹槽侧面。

4.根据权利要求1所述的大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于上述两个限位开关胶片对称固定在气浮滑台上盖板的两侧。

5.根据权利要求1所述的大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于上述伺服电机固定在滑台挡板上，滑台挡板固定在基座上。

6.根据权利要求5所述的大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于上述张紧机构固定在滑台挡板上。

7.根据权利要求1所述的大行程亚微米级平面精度测量***,其特征在于上述同步带的两端通过压块固定在气浮滑台上盖板上。

8.根据权利要求1至7任一项所述的大行程平面精度测量***,其特征在于上述测微仪探头通过光杆及连接旋钮固定在磁座上，使测微仪探头能随着滑台2随意变换测量位置，测微仪探头上装设有测微仪探针。

9.根据权利要求8所述的大行程平面精度测量***,其特征在于上述接头是快速接头。

10.根据权利要求8所述的大行程平面精度测量***,其特征在于上述气浮滑台上盖板上还装设有测量延长板。