直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度的非接觸檢測(cè)方法
【專利摘要】一種直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度的非接觸檢測(cè)方法，檢測(cè)裝置包括隔震平臺(tái)、轉(zhuǎn)接架、螺釘、位移傳感器、檢測(cè)基準(zhǔn)塊。檢測(cè)方法包括檢測(cè)裝置安裝、測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明測(cè)量具有分辨率高、精度高、速度快、靈敏度高的特點(diǎn)；對(duì)測(cè)量環(huán)境如潔凈度、振動(dòng)要求相對(duì)較低。
【專利說明】直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度的非接觸檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度的非接觸檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直線位移臺(tái)是用以帶動(dòng)負(fù)載在其運(yùn)動(dòng)平面進(jìn)行直線移動(dòng)的裝置。位移臺(tái)理想的移動(dòng)路徑為直線，沿運(yùn)動(dòng)直線在垂直水平面的偏移量稱為運(yùn)動(dòng)平行度，運(yùn)動(dòng)平行度只能通過機(jī)械加工和裝調(diào)來保證精度，是實(shí)現(xiàn)直線位移臺(tái)高精度的關(guān)鍵。
[0003]現(xiàn)有檢測(cè)方式有接觸式和非接觸式兩種。
[0004]現(xiàn)有接觸式檢測(cè)工具主要是千分表，主要缺點(diǎn)是分辨率和精度低、誤差大，易對(duì)器件造成損傷，另外不能自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，需要大量檢測(cè)時(shí)間。
[0005]現(xiàn)有非接觸式檢測(cè)工具有自準(zhǔn)直儀、干涉儀等等。自準(zhǔn)直儀是基于自準(zhǔn)直原理的高精度角度測(cè)量?jī)x器，再通過換算得到位移變化量，檢測(cè)結(jié)果不直觀。干涉儀是利用干涉原理測(cè)量光程差從而測(cè)定有關(guān)物理量的光學(xué)儀器。二者測(cè)量精度較高，但是比較昂貴，多用于長(zhǎng)行程位移臺(tái)的檢測(cè)，另外對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)、潔凈度等測(cè)量環(huán)境要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度非接觸檢測(cè)方法，該方法應(yīng)具有測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量結(jié)果直觀、成本低廉、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求不高的的特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的被測(cè)物為直線位移臺(tái)，主要包括導(dǎo)軌、絲杠、基座、運(yùn)動(dòng)滑塊、連接孔、電機(jī)。定義XY平面為水平面，基座下底面平行于XY平面，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄向，Z向垂直于XY平面，直線位移臺(tái)在工作的過程中基座靜止不動(dòng)，絲杠在電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌往返運(yùn)動(dòng)，直線位移臺(tái)理想的移動(dòng)路徑為沿X向的直線運(yùn)動(dòng)，在XZ平面上的最大運(yùn)動(dòng)偏移量稱為運(yùn)動(dòng)平行度，即本發(fā)明的被測(cè)量。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0009]一種直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度非接觸檢測(cè)方法，其特點(diǎn)在于檢測(cè)裝置包括隔震平臺(tái)、轉(zhuǎn)接架、螺釘、位移傳感器和檢測(cè)基準(zhǔn)塊，該方法的檢測(cè)步驟如下:
[0010]第一步，檢測(cè)裝置安裝:將所述的隔震平臺(tái)水平放置，調(diào)整上表面平行于水平面XY面，將待測(cè)的直線位移臺(tái)的基座的下底面直接置于所述的隔震平臺(tái)上，待測(cè)的直線位移臺(tái)的導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊的下表面置于所述的隔震平臺(tái)上并與所述的直線位移臺(tái)的側(cè)面留有一定間隙，避免由于直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)而帶來影響，所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊的最長(zhǎng)邊大于待測(cè)的直線位移臺(tái)的全行程且沿X軸方向擺放，調(diào)整至檢測(cè)基準(zhǔn)塊的上表面平行于水平面XY面，將所述的轉(zhuǎn)接架置于所述的直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊上，利用螺釘旋入直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊上的連接孔固定；將所述的位移傳感器與轉(zhuǎn)接架的一側(cè)面通過螺釘剛性固定，使運(yùn)動(dòng)滑塊移動(dòng)到任意位置時(shí)，所述的位移傳感器的傳感面始終處于所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊的上表面的上方，使所述的位移傳感器的傳感面的法線垂直并位于所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊的上表面，所述的直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌的方向移動(dòng)到測(cè)量運(yùn)動(dòng)平行度的起點(diǎn)位置，此時(shí)令位移傳感器的傳感面相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊的上表面的距離為Ztl，在XZ平面內(nèi)的位移變化量為零；
[0011]第二步，測(cè)量:待測(cè)的直線位移臺(tái)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的運(yùn)動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌在行程范圍內(nèi)連續(xù)移動(dòng)，所述的位移傳感器以設(shè)定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄傳感面相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊的上
表面在 XZ 平面內(nèi)的位移量 z,生成 xl、zl, x2、z2, x3、z3, x4、z4, x5、z5,......, xn、zn,變
化量Λ z = z — z0,；
[0012]第三步,數(shù)據(jù)處理:將所述的xl、zl, x2、z2, x3、z3, x4、z4, x5、z5,......, xn、zn
導(dǎo)出，利用最小二乘法擬合出一條直線，該直線向上最大偏離(+ΛΖ1)與直線向下最大偏離(+ΛΖ2)之和，即為所述的直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度。
[0013]所述的隔震平臺(tái)的上表面的平面度小于待測(cè)直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0014]所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊的上表面的平面度要小于待測(cè)直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度兩個(gè)
數(shù)量級(jí)。
[0015]本發(fā)明的工作原理:通常位移傳感器用來測(cè)量被測(cè)物體的位置、位移等變化，本發(fā)明被測(cè)基準(zhǔn)為平面度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度的檢測(cè)基準(zhǔn)面，故直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)位移傳感器測(cè)量出的相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊上表面的在XZ平面上的位移變化量即為與位移傳感器運(yùn)動(dòng)一致的的直線位移臺(tái)在XZ平面上的位移變化量，其最大差值即位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度。
[0016]本發(fā)明的積極效果:
[0017]高精度位移傳感器可以測(cè)得納米級(jí)別的位移變化量，可以測(cè)量出被測(cè)物體位移變化，利用其測(cè)量位移傳感器相對(duì)于理想檢測(cè)基準(zhǔn)塊上表面在XZ平面上的位移變化量從而反向判斷位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度是一種新的非接觸測(cè)量方式。該測(cè)量方法分辨率高、精度高、速度快、靈敏度高；可以連續(xù)測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄測(cè)得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理后生成曲線，直觀明了 ；對(duì)測(cè)量環(huán)境如潔凈度、振動(dòng)要求相對(duì)較低；相比于同精度的干涉儀和自準(zhǔn)直儀等，位移傳感器成本低廉，有很高的性價(jià)比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明待測(cè)直線位移臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明利用位移傳感器檢測(cè)直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度的檢測(cè)方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度計(jì)算方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明待測(cè)直線位移臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本發(fā)明的待測(cè)的直線位移臺(tái)，包括導(dǎo)軌1、絲杠2、基座3、運(yùn)動(dòng)滑塊4、連接孔5、電機(jī)6。定義XY平面為水平面，基座3下底面平行于XY平面，導(dǎo)軌I運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄方向，Z軸垂直于XY平面，直線位移臺(tái)在工作的過程中基座3靜止不動(dòng)，絲杠2在電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)滑塊4沿導(dǎo)軌I往返運(yùn)動(dòng)，直線位移臺(tái)理想的移動(dòng)路徑為沿X向的直線運(yùn)動(dòng)，在XZ平面上的最大運(yùn)動(dòng)偏移量稱為運(yùn)動(dòng)平行度，即本發(fā)明的被測(cè)量。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明的檢測(cè)裝置包括隔震平臺(tái)7、轉(zhuǎn)接架8、螺釘9、位移傳感器10、檢測(cè)基準(zhǔn)塊12。檢測(cè)裝置安裝步驟如下:
[0024]第一步，將隔震平臺(tái)7水平放置，調(diào)整至其上表面平行于水平面XY面，上表面平面度要至少小于直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度一個(gè)數(shù)量級(jí)，以便可以忽略由于上表面不水平及平面度過差而影響放在其上的直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度。
[0025]第二步，將直線位移臺(tái)的基座3的下底面直接與的隔震平臺(tái)7的上表面接觸，導(dǎo)軌I運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄向。
[0026]第三步，將檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的下表面直接與的隔震平臺(tái)7的上表面接觸，檢測(cè)基準(zhǔn)塊12放在直線位移臺(tái)的側(cè)面且留有一定間隙，避免由于直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)而帶來影響，檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的最長(zhǎng)邊要大于直線位移臺(tái)的全行程且沿X方向擺放，使運(yùn)動(dòng)滑塊4移動(dòng)到任意位置傳感面11都在檢測(cè)基準(zhǔn)面12的上表面上方，然后調(diào)整至檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面平行于水平面XY面。這里所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面的平面度要至少小于直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度兩個(gè)數(shù)量級(jí)，以便可以把檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面看成理想的基準(zhǔn)面，忽略由于檢測(cè)基準(zhǔn)塊12上表面變形過大引入的檢測(cè)誤差。
[0027]第四步，將轉(zhuǎn)接架8的一端面14與直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊4根據(jù)連接孔5的位置通過螺釘9剛性連接。
[0028]第五步，將位移傳感器10與轉(zhuǎn)接架8的另一端面13通過螺釘9剛性連接，將位移傳感器10的傳感面11朝向檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面，根據(jù)檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面是漫反射或者鏡面反射調(diào)整傳感面11的朝向。這里所述的轉(zhuǎn)接架8的形狀和尺寸可根據(jù)直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)滑塊4上的連接孔5、直線位移臺(tái)和檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的間隙、位移傳感器10的孔位、傳感面11的工作距離配套設(shè)計(jì)，但是要具有足夠的剛度，以使直線位移臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中可以帶動(dòng)位移傳感器10穩(wěn)定地同步移動(dòng)，以便可以忽略由于轉(zhuǎn)接架8不穩(wěn)帶來的晃動(dòng)誤差。此時(shí)可以把位移傳感器10和直線位移臺(tái)看成一體,故直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)位移傳感器10測(cè)量出的相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊12上表面的在XZ平面上的位移變化量即為與位移傳感器10運(yùn)動(dòng)一致的的直線位移臺(tái)在XZ平面上的位移變化量，其最大差值即位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度。
[0029]檢測(cè)和計(jì)算過程如下:
[0030]首先，使直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊4在電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌I的方向移動(dòng)到需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)平行度的起點(diǎn)位置，此時(shí)令位移傳感器10的傳感面11相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面在XZ平面內(nèi)的位移變化量為零。
[0031]然后，直線位移臺(tái)的電機(jī)6驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)滑塊4沿導(dǎo)軌I在行程范圍內(nèi)連續(xù)移動(dòng)，此時(shí)，位移傳感器10以設(shè)定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄傳感面11相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊12的上表面在XZ平面內(nèi)的位移變化量，并且生成數(shù)據(jù)文件。
[0032]最后，將這些離散數(shù)據(jù)導(dǎo)出利用最小二乘法擬合出一條直線，該直線向上最大偏離(+ΛΖ1)與直線向下最大偏離(+ΛΖ2)之和，即為直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度，如圖3所
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[0033]實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明具有測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量結(jié)果直觀、成本低廉、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求不高的的特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度非接觸檢測(cè)方法，其特征在于檢測(cè)裝置包括隔震平臺(tái)(7)、轉(zhuǎn)接架(8)、螺釘(9)、位移傳感器(10)和檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)，該方法的檢測(cè)步驟如下: 第一步，檢測(cè)裝置安裝:將所述的隔震平臺(tái)(7)水平放置，調(diào)整上表面平行于水平面XY面，將待測(cè)的直線位移臺(tái)的基座(3)的下底面直接置于所述的隔震平臺(tái)(7)上，待測(cè)的直線位移臺(tái)的導(dǎo)軌(I)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的下表面置于所述的隔震平臺(tái)(7)上并與所述的直線位移臺(tái)的側(cè)面留有一定間隙，避免由于直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)而帶來影響，所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的最長(zhǎng)邊大于待測(cè)的直線位移臺(tái)的全行程且沿X軸方向擺放，調(diào)整至檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的上表面平行于水平面XY面，將所述的轉(zhuǎn)接架(8)置于所述的直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊(4)上，利用螺釘(9)旋入直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊(4)上的連接孔(5)固定；將所述的位移傳感器(10)與轉(zhuǎn)接架(8)的一側(cè)面(13)通過螺釘(9)剛性固定，使運(yùn)動(dòng)滑塊(4)移動(dòng)到任意位置時(shí)，所述的位移傳感器(10)的傳感面(11)始終處于所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的上表面的上方，使所述的位移傳感器(10)的傳感面(11)的法線垂直并位于所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的上表面， 所述的直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑塊(4)在電機(jī)(6)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌(I)的方向移動(dòng)到測(cè)量運(yùn)動(dòng)平行度的起點(diǎn)位置，此時(shí)令位移傳感器(10)的傳感面(11)相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的上表面的距離為Ztl，在XZ平面內(nèi)的位移變化量為零； 第二步，測(cè)量:待測(cè)的直線位移臺(tái)的電機(jī)(6)驅(qū)動(dòng)所述的運(yùn)動(dòng)滑塊(4)沿導(dǎo)軌(I)在行程范圍內(nèi)連續(xù)移動(dòng)，所述的位移傳感器(10)以設(shè)定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄傳感面(11)相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的上表面在XZ平面內(nèi)的位移量z，生成xl、zl, x2、z2, x3、z3, x4、z4,x5、z5,......, xn、zn,變化量Λ z = z — z0 ; 第三步，數(shù)據(jù)處理:將所述的 xl、zl, x2、z2, x3、z3, x4、z4, x5、z5,......, xn、zn 導(dǎo)出，利用最小二乘法擬合出一條直線，該直線向上最大偏離(+ΛΖ1)與直線向下最大偏離(+ Δ Z2)之和，即為所述的直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度非接觸檢測(cè)方法，其特征在于所述的隔震平臺(tái)(7)的上表面的平面度小于待測(cè)直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度一個(gè)數(shù)量級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)平行度非接觸檢測(cè)方法，其特征在于所述的檢測(cè)基準(zhǔn)塊(12)的上表面的平面度要小于待測(cè)直線位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平行度兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
【文檔編號(hào)】G01B21/02GK103630098SQ201310565740
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】范李立, 步揚(yáng), 王向朝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所