十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪制造技术

十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪属于精密测量设备；本机由主机座、立向支撑柱及轴座构成机架，在主机座上可纵、横向移动配装带有微晶玻璃样品台的十字形运动面，由横向气浮轴套、纵向气浮轴套、横向连接件、纵向连接件组成的横、纵向移动驱动机构安装在运动座上，可驱动十字形运动面于横纵方向高精度移动，在轴座上通过立轴可立向移动安装了第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、纵向激光干涉仪及探针的吊挂架；通过采用上述方案，能够适应和满足对形状复杂零件尺寸及形位误差的微纳米级精密测量使用。差的微纳米级精密测量使用。差的微纳米级精密测量使用。

【技术实现步骤摘要】
十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪


[0001]本专利技术属于精密测量设备
，具体涉及十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪。

技术介绍

[0002]近年来，微电子技术的进步在许多领域引发了一场微小型化革命，以微米加工、纳米结构和系统为目的的微/纳米技术在此背景下应运而生，出现了各种微/纳米级的微器件，如微齿轮、微型孔、微型喷嘴、微型台阶等MEMS产品。
[0003]传统三坐标测量机在面对几何尺寸在数十微米至数毫米之间，尺寸不确定度在数十纳米至数百纳米的微纳米器件测量场景时，测量精度和测量尺寸无法满足这些器件的三维精密测量要求。与此同时，分辨力在纳米和皮米量级的扫描探针显微镜(SPM)、激光外差干涉技术等方法测量范围小，探针短，无法满足微纳米级器件的三维测量要求。因此，现有的工业界和学术界迫切需求一种可测量三维器件尺寸及形位误差、分辨力在微纳米量级的测量设备来可靠的评价形状复杂的微纳米级微器件。
[0004]专利技术专利“小型微纳米级三坐标测量机”(公开号：CN104457563A，李志刚)提供了一种小型微纳米三坐标测量机，该专利技术利用纳米定位工作台、CCD组件和测头，设计了一种小型微纳米级三坐标测量机，该微纳米三坐标测量机成本较低，但是无法测量复杂形状的零件尺寸及形位误差。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪，不仅可以适应和满足对形状复杂零件尺寸及形位误差的微纳米级精密测量使用，而且实现测量精准度高、测量重复性好、测量速度快、效率高的目的。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供的一个技术方案如下：
[0007]一种十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪，在主机座上左右侧分别安装立向支撑柱；轴座支撑配装在立向支撑柱上；
[0008]所述轴座沿竖直方向开设有贯穿的立向连接孔，所述立向连接孔内壁开设有安装槽；在所述立向连接孔上可立向上下移动地插装立轴、在所述立轴下端部上安装吊挂架、探针安装在吊挂架上端；所述立轴竖直两侧，靠近探针的一端分别开设固定槽，所述缓冲气缸由气缸固定块固定安装于所述立向连接孔内壁，且缓冲气缸的伸缩端连接所述固定槽内壁；立轴纳米电机安装于所述安装槽内，所述立轴纳米电机输出轴沿直线移动，且可带动所述立轴沿竖直方向滑动。
[0009]在所述主机座上端面、两根立向支撑柱内侧配装有运动座，在运动座左侧和右侧分别配装横向气浮轴套，利用横向连接件连接左右侧横向气浮轴套，在运动座前侧和后侧分别配装纵向气浮轴套，利用纵向连接件连接前后侧纵向气浮轴套，在所述横纵向气浮轴
套上端安装气浮轴套上盖以固定十字形运动面，在所述十字形运动面上前侧和后侧分别安装样品台支撑面，锥形微晶玻璃样品台固装于样品台支撑面上，所述锥形微晶玻璃样品台为微晶玻璃制成，其三个面分别为第一激光反射面、第二激光反射面、纵向激光反射面，第一激光反射面、第二激光反射面、纵向激光反射面相互垂直；
[0010]所述样品固配面上端位于第一激光反射面、第二激光反射面、纵向激光反射面内侧安装有回转轴；
[0011]在所述立轴下端部安装有吊挂架、探针安装在吊挂架上端部，在吊挂架上安装第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、纵向激光干涉仪，所述第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、纵向激光干涉仪发射出的激光光线分别对应垂直于第一激光反射面、第二激光反射面、纵向激光反射面，且三束激光光线中的测距功能光束正交汇集在探针的测球中心。
[0012]优选的，所述第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、纵向激光干涉仪发射出的激光光线包含测距功能激光光束及测角度功能激光光束。
[0013]优选的，工作时，探针测头位于第一激光反射面、第二激光反射面、纵向激光反射面相对内侧部位；
[0014]优选的，所述十字形运动面带动锥形微晶玻璃样品台在横向和纵向移动，所述立向移动机构控制所述立轴在竖直方向移动探针；
[0015]所述纵向激光干涉仪获取位移为x
″
，获取偏航角为r
y
，获取俯仰角为r
z
；
[0016]所述第二激光干涉仪获取位移为y
″
，获取旋转角r
x
；
[0017]所述第一激光干涉仪通过获取立向轴位移为z
″
；
[0018]根据补偿公式计算被测样件补偿后的横向轴位移x
′
、纵向轴位移y
′
、立向轴位移z
′
；
[0019]所述补偿公式为：
[0020][0021]优选的，在待测件坐标系中，对待测件进行测量时，所述十字形运动面带动锥形微晶玻璃样品台在横向和纵向移动，所述立向移动机构控制所述立轴在竖直方向移动探针，得到第i次待检测位置点的坐标(a
i
′
，b
i
′
，c
i
′
)，i＝1，...，N；
[0022]第i次待检测位置点的坐标(a
i
′
，b
i
′
，c
i
′
)，i＝1，...，N需要通过转换公式转换至标准坐标系中，得到坐标(a
i
，b
i
，c
i
)，i＝1，...，N转换公式为：
[0023][0024]其中：θ＝
‑
45
°
[0025]回转轴带动待测样件转动角度转动角度后，所述十字形运动面带动锥形微晶玻璃样品台在横向和纵向移动，所述立向移动机构控制所述立轴在竖直方向移动探针，在仪器坐标系下获取第j次待检测位置点的坐标(a2
j
，b2
j
，c2
j
)，j＝N+1，...，N+K，其中，N、K为整数；
[0026]将表面坐标(a2
j
，b2
j
，c2
j
)通过转换公式转换至所述标准坐标系中，得到坐标(a
j
，b
j
，c
j
)；其中，转换公式为：
[0027][0028]若干待检测位置点坐标(a
j
，b
j
，c
j
)和若干待检测位置点坐标值(a
i
，b
i
，c
i
)结合，获取一组待测件表面坐标集(a
i
，b
i
，c
i
)，i＝1，...，N+K。
[0029]本专利技术提供了一种十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪，通过设置的移动机构和立轴，当其移动过程中，可分别带动第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、纵向激光干涉仪、第一激光反射面、第二激光反射面、纵向激光反射面移动。第一激光反射面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种十字运动面及斜置正交测量基准配合的形位误差测量仪，其特征在于：在主机座(1
‑
3)上左右侧分别安装立向支撑柱(1
‑
2)；轴座(1
‑
1)支撑配装在立向支撑柱(1
‑
2)上；所述轴座(1
‑
1)沿竖直方向开设有贯穿的立向连接孔(4
‑
5)，所述立向连接孔(4
‑
5)内壁开设有安装槽(4
‑
6)；在所述立向连接孔(4
‑
5)上可立向上下移动地插装立轴(4
‑
1)、在所述立轴(4
‑
1)下端部上安装吊挂架(2
‑
1)、探针(2
‑
2)安装在吊挂架(2
‑
2)上端；所述立轴(4
‑
1)竖直两侧，靠近探针(2
‑
2)的一端分别开设固定槽(4
‑
7)，所述缓冲气缸(4
‑
3)由缓冲气缸固定块(4
‑
4)固定安装于所述立向连接孔(4
‑
5)内壁，且缓冲气缸(4
‑
3)的伸缩端连接所述固定槽(4
‑
7)内壁；立轴纳米电机(4
‑
2)安装于所述安装槽(4
‑
6)内，所述立轴纳米电机(4
‑
2)输出轴沿直线移动，且可带动所述立轴(4
‑
1)沿竖直方向滑动。在所述主机座(1
‑
3)上端面、两根立向支撑柱(1
‑
2)内侧配装有运动座(3
‑
5)，在运动座(3
‑
5)左侧和右侧分别配装横向气浮轴套(3
‑
3)，利用横向连接件(3
‑
7)连接左右侧横向气浮轴套(3
‑
3)，在运动座(3
‑
5)前侧和后侧分别配装纵向气浮轴套(3
‑
9)，利用纵向连接件(3
‑
8)连接前后侧纵向气浮轴套(3
‑
9)，在所述横纵向气浮轴套上端安装气浮轴套上盖(3
‑
4)以固定十字形运动面(3
‑
6)，在所述十字形运动面(3
‑
6)上前侧和后侧分别安装样品台支撑面(3
‑
2)，锥形微晶玻璃样品台(3
‑
1)固装于样品台支撑面(3
‑
2)上，所述锥形微晶玻璃样品台(3
‑
1)为微晶玻璃制成，其三个面分别为第一激光反射面(3
‑1‑
2)、第二激光反射面(3
‑1‑
3)、纵向激光反射面(3
‑1‑
4)，第一激光反射面(3
‑1‑
2)、第二激光反射面(3
‑1‑
3)、纵向激光反射面(3
‑1‑
4)相互垂直；所述样品固配面(3
‑1‑
1)上端位于第一激光反射面(3
‑1‑
2)、第二激光反射面(3
‑1‑
3)、纵向激光反射面(3
‑1‑
4)内侧安装有回转轴(3
‑
10)；在所述立轴(4
‑
1)下端部安装有吊挂架(2
‑
1)、探针(3
‑
3)安装在吊挂架(2
‑
1)上端部，在吊挂架(2
‑
1)上安装第一激光干涉仪(2
‑
3)、第二激光干涉仪(2
‑
4)、纵向激光干涉仪(2
‑
5)，所述第一激光干涉仪(2
‑
3)、第二激光干涉仪(2
‑
4)、纵向激光干涉仪(2
‑
5)发射出的激光光线分别对应垂直于第一激光反射面(3
‑1‑
2)、第二激光反射面(3
‑1‑
3)、纵向激光反射面(3
‑1‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东方，崔俊宁，边星元，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：