一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，包括扫描传感器、X轴导轨直线系统、Y轴导轨直线系统；X轴导轨直线系统包括X轴导轨、X轴滑块与X轴驱动，Y轴导轨直线系统包括Y轴导轨、Y轴滑块与Y轴驱动；扫描传感器与待测工件中的一个设在X轴滑块上，另一个设在Y轴滑块上，扫描传感器在X轴滑块和/或Y轴滑块滑动的过程中扫描待测工件的轮廓；X轴导轨与Y轴导轨中的至少一个由光学材料加工制成。通过采用光学材料加工制成X轴导轨与Y轴导轨，基于光学精度导轨能够大幅提高运动轴的精度，减小单轴导轨的直线度误差以提升系统测量精度；采用低阿贝误差结构设计测量机床，使其满足高精度的轮廓扫描测量。使其满足高精度的轮廓扫描测量。使其满足高精度的轮廓扫描测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台


[0001]本技术涉及光学加工、光学测量、纳米坐标测量等领域，具体涉及一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，涉及光学材料加工制成的导轨在超精密测量机床的运用。

技术介绍

[0002]当前，科技生产的发展都与测量技术是相辅相成的，前者的发展为测量技术的发展提供必备的物质条件，而测量技术水平的提高又会促进前者发展，如今测量技术已成为科技生产发展的重要技术基础。随着超精密制造技术的发展，光学元件的精度得到大幅度提升，但超精密加工尽管可以达到很高的尺寸精度，同时也对加工环境和加工稳定性有很高的要求。实际加工过程中存在诸多因素影响形状精度，如机床本身的精度、机床的振动、金刚石刀具的磨损、以及夹具的端面误差等，所以要对加工表面采取多次“成型-测量-补偿”的生产过程，最终获得满足精度要求的面形。纳米级测量是光学自由曲面加工中面形评价和修正的基础，超精密加工精度急需有效的测量方法来检验，所以超精密测量是超精密加工的重要一个环节，对于超精密加工具有重要的意义。
[0003]现在光学自由曲面测量方法主要有波面干涉法、探针扫描法和三坐标测量法等，这些方法都不能完全满足自由曲面检测需求，限制了自由曲面在光学系统中的推广应用，如在在空间预警、高分观测领域，由于受检测精度限制，目前只应用于长波红外相机领域，需要进一步提升自由曲面元件加工检测精度，才能推广到短波红外和可见光甚至紫外光领域。
[0004]三坐标测量机的基本测量原理是将各种几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再由软件按一定的评定准则计算出这些几何元素的尺寸、形状、相对位置等等。这一原理给了三坐标测量机很大的通用性和柔性，三坐标测量机种类繁多，形式各样，主要有移动桥式、龙门式、悬臂式、水平臂式、坐标镗式、仪器台式等。三坐标测量机通常由主机、测头系统、测量系统、驱动控制系统和测量软件五大部分组成。针对这五个部分，世界各国的科研院所和生产厂商，竞相开展深入研究，不断采用新技术、新材料、新工艺，整个行业呈现出非常迅猛的发展态势。例如在采用工程陶瓷、磁力封闭新材料、新结构等方面的进展；微型测头技术的发展，多测头的集成，测量功能的扩展；控制系统的不断开放，软件技术的智能化发展；多功能、高精度、多坐标综合测量仪的出现；只需一次装卡就可完成工件多种几何参数的检测，有效提高测量精度和效率；以及对测量环境、误差分离和修正技术等问题的不断深入研究。
[0005]轮廓测量是测量各种机械零件素线形状和截面轮廓形状的坐标数据。传统轮廓仪是2D截线测量，需要附加另一维坐标轴才能重构出三维面形。例如英国Taylor Hobson公司在其Form Talysurf系列相位光栅干涉PGI轮廓仪的基础上，集成高精度气浮转台，组成圆柱坐标测量系统PGI 3D Optics，可实现测量重复性0.1μm的三维面形测量，测量口径200mm，为了实现复杂曲面轮廓的三维高精度测量，多国开发了超精密纳米三坐标测量系统
(Nano-CMM)，典型纳米三坐标测量系统有英国国家物理实验室(National Physical Lab，NPL)研制的小型三维测量机；德国联邦物理技术研究所(PTB，Physikalisch-Technische Bundesanstalt)研制的Special CMM，采用传统的高精度CMM机台，新开发接触式的光纤感应及非接触式CCD感应的双探头系统，测量范围为25
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25mm，总体测量不确定度为100nm；可以看出，这些纳米三坐标测量系统虽然测量精度高，但是测量范围小，无法满足大口径测量需求。大口径轮廓超精密扫描测量技术需要大行程超精密多轴轮廓扫描平台，难度大，只有荷兰、英国等少数精密工程
发展水平高的国家开展了相关研究，并取得较好的进展，但是这些平台由于采用零阿贝误差结构设计或者利用运动结构框和测量功能框分离结构，整个装置结构复杂，有效利用工作空间小，成本高昂。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中的不足，本技术提供一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，基于光学精度导轨能够大幅提高运动轴的精度，减小单轴导轨的直线度误差以提升系统测量精度；采用低阿贝误差结构设计测量机床，使其满足高精度的轮廓扫描测量。
[0007]为实现上述目的，本技术提供一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，包括扫描传感器、X轴导轨直线系统、Y轴导轨直线系统；
[0008]所述X轴导轨直线系统包括X轴导轨、X轴滑块与X轴驱动，所述X轴滑块在X轴驱动的作用下滑动连接在X轴滑块上；
[0009]所述Y轴导轨直线系统包括Y轴导轨、Y轴滑块与Y轴驱动，所述Y轴滑块在Y轴驱动的作用下滑动连接在Y轴滑块上；
[0010]所述扫描传感器与待测工件中的一个设在X轴滑块上，所述扫描传感器与待测工件中的另一个设在Y轴滑块上，所述扫描传感器在X轴滑块和/或Y轴滑块滑动的过程中扫描待测工件的轮廓；
[0011]所述X轴导轨与Y轴导轨中的至少一个由光学材料加工制成。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，还包括Z轴导轨直线系统；
[0013]所述扫描传感器通过Z轴导轨直线系统连接在X轴滑块或Y轴滑块上，以便于调节扫描传感器与待测工件之间的间距。
[0014]作为上述技术方案的进一步改进，所述Z轴导轨直线系统包括Z轴导轨与Z轴滑块；
[0015]所述Z轴滑块滑动连接在Z轴导轨上，所述Z轴导轨固定设在X轴滑块或Y轴滑块上，所述扫描传感器固定设在Z轴滑块上；
[0016]所述Z轴导轨为机械导轨。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，所述X轴驱动、Y轴驱动均通过皮带电机传动或丝杆电机传动驱动X轴滑块、Y轴滑块滑动。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进，所述X轴导轨直线系统、Y轴导轨直线系统上均设有限位机构，以用于限制X轴滑块、Y轴滑块的行程，保证运行安全。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，还包括基座以及垂直设在基座上的支撑梁；
[0020]所述X轴导轨设在基座上，所述Y轴导轨设在支撑梁的顶部。
[0021]作为上述技术方案的进一步改进，所述X轴导轨直线系统还包括X轴导轨底座，所
述Y轴导轨直线系统还包括Y轴导轨底座；
[0022]所述X轴导轨通过X轴导轨底座固定设在基座上，所述Y轴导轨通过Y轴导轨底座固定设在支撑梁的顶部。
[0023]作为上述技术方案的进一步改进，所述X轴导轨底座、Y轴导轨底座上均设有光栅尺，以用于减小阿贝误差。
[0024]作为上述技术方案的进一步改进，所述基座、支撑梁、X轴滑块、X轴导轨底座、Y轴滑块、Y轴导轨底座均采用大理石材料制成。
[0025]本技术提供一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，通过采用光学材料加工制成X轴导轨与Y轴导轨，基于光学精度导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，其特征在于，包括扫描传感器、X轴导轨直线系统、Y轴导轨直线系统；所述X轴导轨直线系统包括X轴导轨、X轴滑块与X轴驱动，所述X轴滑块在X轴驱动的作用下滑动连接在X轴滑块上；所述Y轴导轨直线系统包括Y轴导轨、Y轴滑块与Y轴驱动，所述Y轴滑块在Y轴驱动的作用下滑动连接在Y轴滑块上；所述扫描传感器与待测工件中的一个设在X轴滑块上，所述扫描传感器与待测工件中的另一个设在Y轴滑块上，所述扫描传感器在X轴滑块和/或Y轴滑块滑动的过程中扫描待测工件的轮廓；所述X轴导轨与Y轴导轨中的至少一个由光学材料加工制成。2.根据权利要求1所述基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，其特征在于，还包括Z轴导轨直线系统；所述扫描传感器通过Z轴导轨直线系统连接在X轴滑块或Y轴滑块上，以便于调节扫描传感器与待测工件之间的间距。3.根据权利要求2所述基于玻璃导轨的高精度三维轮廓扫描测量平台，其特征在于，所述Z轴导轨直线系统包括Z轴导轨与Z轴滑块；所述Z轴滑块滑动连接在Z轴导轨上，所述Z轴导轨固定设在X轴滑块或Y轴滑块上，所述扫描传感器固定设在Z轴滑块上；所述Z轴导轨为机械导轨。4.根据权利要求1或2或3所述基于玻璃导轨的高精...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴一帆，彭小强，赖涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：