CN107063078A - 一种水平直线度测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平直线度测量装置，包括支座、导轨、气浮上滑台、固定组件、平面平晶、第一电位传感器、第二电位传感器、调节装置和探头，所述气浮上滑台可滑动安装于所述导轨上，所述导轨固定安装于所述支座上；所述平面平晶固定安装于所述固定组件上，所述平面平晶的工作面与固定组件的侧面平行；所述固定组件设于所述气浮上滑台上，所述第一电位传感器和第二电位传感器分别正对于所述固定组件侧面的首、尾端设置；所述调节装置顶压所述固定组件滑动而调节固定组件侧面的首端或尾端；所述探头与所述平面平晶的工作面相接触。本发明还提供一种水平直线度测量方法，具有测量方便、快速和精度高的有益效果。

Description

一种水平直线度测量装置及其方法

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，涉及一种测量装置及其方法，尤其是指一种水平直线度测量装置及其方法。

背景技术

随着超精密技术设备发展的需要，很多超精密设备中需采用高精度的气浮导轨实现高直线度的运动，便如光刻机上采用的超精密气浮导轨。由于气浮导轨的直线度的极大地影响了设备的精密程度，因为在将气浮导轨加工完成后，需对气浮导轨的直线度是否达到加工要求进行测量。

激光干涉仪是现有测量直线度最常用的设备，但是激光干涉仪在测量过程中容易受外界环境的干扰，比如人员的随意走动、设备噪音和光照等。此外激光干涉仪测量直线度首先要调节光路，特别对于刚接触激光干涉仪设备的人员来说，光路调节难度大且耗时很长，严重影响测量结果和工作效率。

而自准直仪是依据光学自准直成像原理进行测量，但测量结果为角度值，比如角秒，在得出直线度时，需要将角度值、换算出直线度，这样的计算存在将误差扩大化的情况。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种测量方便、快速和精度高的水平直线度测量装置及其方法。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种水平直线度测量装置，包括支座、导轨、气浮上滑台、固定组件、平面平晶、第一电位传感器、第二电位传感器、调节装置和探头，所述气浮上滑台可滑动安装于所述导轨上，所述导轨固定安装于所述支座上；所述平面平晶固定安装于所述固定组件上，所述平面平晶的工作面与固定组件的侧面平行；所述固定组件设于所述气浮上滑台上，所述第一电位传感器和第二电位传感器分别正对于所述固定组件侧面的首、尾端设置；在所述固定组件侧面的首、尾端分别与第一电位传感器和第二电位传感器之间距离不相等时，所述调节装置顶压所述固定组件滑动而调节固定组件侧面的首端或尾端；所述探头与所述平面平晶的工作面相接触。

进一步地，所述固定组件包括第一连接块、第二连接块和垫块，所述第一连接块通过垫块与所述第二连接块可拆卸连接，所述第一连接块与第二连接块的上部设有用于安装所述平面平晶的凹槽；所述垫块配套有多个，且与平面平晶厚度相适应，所述第一连接块通过相应的垫块与所述第二连接块连接而将凹槽与平面平晶相适应。

作为一种优选的方案，所述第一连接块和第二连接块上设有用于将第一连接块和第二连接块分开或吸附在一起的磁吸装置。

进一步地，所述调节装置包括第一电机、第二电机、第一顶块和第二顶块，所述第一电机和第二电机的输出轴分别通过第一顶块和第二顶块顶压固定组件侧面的首、尾端；所述第一电位传感器和第二电位传感器分别固定安装于所述第一顶块和第二顶块上。

作为一种优选的方案，所述支座上可拆卸安装有支架，所述探头固定安装于所述支架上。

作为一种优选的方案，所述支架通过磁座可拆卸安装于所述支座上。

作为一种优选的方案，所述第一电机和第二电机为音圈电机。

所述探头为测微仪探头。

一种水平直线度测量方法，包括以下步骤：

1)控制器通过第一电位传感器和第二电位传感器分别测出其各自到固定组件侧面的首、尾端的距离；

2)以两距离差值的二分之一为依据，控制器控制距离较小的电位传感器的顶块压固定组件的首端或尾端。

3)重复步骤1)和2)，直到两距离相等；

4)控制器控制气浮上滑台单向行进，通过探头测出相应的位移数据，则可得到直线度值。

作为一种优选的方案，所述步骤4)的具体内容为：

控制器控制气浮上滑台单向行进100mm，每间隔10mm停留3s，停留期间待探头测得的读数稳定后，将采集的位移数据传输给控制器；从测出的位移数据中找出最大值和最小值，进行加减运算并取绝对值。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明通过第一电位传感器和第二电位传感器分别测出其各自到固定组件侧面的首、尾端的距离，并通过调节装置推动固定组件的首端或尾端，使固定组件的侧面与第一电位传感器和第二电位传感器的端面平行，整个过程无需人手调节，即可完成固定组件的对位和基准调节，极大地减少了测量手动调节基准的时间，大大提高了测量的工作效率。在自动调节使固定组件的侧面与第一电位传感器和第二电位传感器的端面平行后，气浮上滑台开始滑动而带动平面平晶运动，并通过探头测出平面平晶的位移数据，然后从测出的位移数据中找出最大值和最小值，进行加减运算并取绝对值，即可得到导轨的直线度值。整个过程自动对位调节、检测和计算，无需人力去完成，测量方便、快速和精度高。

2、本发明通过磁吸装置可实现磁性的相引或相斥。相引时，可将第一连接块、垫块和第二连接块紧固到一起，简单且快速进行安装。当需要更换垫块时，磁吸装置只需实现相斥，则可将第一连接块和第二连接块拆卸下来。通过更换不同厚度的垫块，可调节凹槽的大小，使凹槽能适应不同厚度规格的平面平晶的安装需要，通用性高、结构简单且使用方便，极大地提高了测量的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明水平直线度测量装置的结构示意图；

图2是图1的侧视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参照图1和图2，本实施例涉及水平直线度测量装置，可对花岗岩导轨的直线度进行测量，也适用于对钢铁材料制成的导轨的直线度进行测量，本装置包括支座1、导轨2、气浮上滑台3、固定组件4、平面平晶5、第一电位移传感器6、第二电位移传感器7、调节装置和探头9，所述气浮上滑台3可滑动安装于所述导轨2上，所述导轨2固定安装于所述支座1上；所述平面平晶5固定安装于所述固定组件4上，所述平面平晶5的工作面与固定组件4的侧面平行；所述固定组件4设于所述气浮上滑台3上，所述第一电位移传感器6和第二电位移传感器7分别正对于所述固定组件4侧面的首、尾端设置；在所述固定组件4侧面的首、尾端分别与第一电位移传感器6和第二电位移传感器7之间距离不相等时，所述调节装置顶压所述固定组件4滑动而调节固定组件4侧面的首端或尾端；所述探头9与所述平面平晶5的工作面相接触。所述探头9为测微仪探头9。

该装置通过第一电位移传感器6和第二电位移传感器7分别测出其各自到固定组件4侧面的首、尾端的距离，并通过调节装置推动固定组件4的首端或尾端，使固定组件4的侧面与第一电位移传感器6和第二电位移传感器7的端面平行，整个过程无需人手调节，即可完成固定组件4的对位和基准调节，极大地减少了测量手动调节基准的时间，大大提高了测量的工作效率。在自动调节使固定组件4的侧面与第一电位移传感器6和第二电位移传感器7的端面平行后，气浮上滑台3开始滑动而带动平面平晶5运动，并通过探头9测出平面平晶5的位移数据，然后从测出的位移数据中找出最大值和最小值，进行加减运算并取绝对值，即可得到导轨2的直线度值。整个过程自动对位调节、检测和计算，无需人力去完成，测量方便、快速和精度高。

所述固定组件4包括第一连接块41、第二连接块42和垫块43，所述第一连接块41通过垫块43与所述第二连接块42可拆卸连接，所述第一连接块41与第二连接块42的上部设有用于安装所述平面平晶5的凹槽；所述垫块43配套有多个，且与平面平晶5厚度相适应，所述第一连接块41通过相应的垫块43与所述第二连接块42连接而将凹槽与平面平晶5相适应。所述第一连接块41和第二连接块42上设有用于将第一连接块41和第二连接块42分开或吸附在一起的磁吸装置44。

该结构通过磁吸装置44可实现磁性的相引或相斥。相引时，可将第一连接块41、垫块43和第二连接块42紧固到一起，简单且快速进行安装。当需要更换垫块43时，磁吸装置44只需实现相斥，则可将第一连接块41和第二连接块42拆卸下来。通过更换不同厚度的垫块43，可调节凹槽的大小，使凹槽能适应不同厚度规格的平面平晶5的安装需要，通用性高、结构简单且使用方便，极大地提高了测量的效率。

所述调节装置包括第一电机81、第二电机82、第一顶块83和第二顶块84，所述第一电机81和第二电机82的输出轴分别通过第一顶块83和第二顶块顶压固定组件4侧面的首、尾端；所述第一电位移传感器6和第二电位移传感器7分别固定安装于所述第一顶块83和第二顶块上。第一电位移传感器6和第二电位移传感器7在分别对固定组件4的首端和尾端的距离进行检测后，若S₁小于S₂，则控制第一顶块83顶压固定组件4的首端滑行∣S₂-S₁∣/2的距离，然后再次通过第一电位移传感器6和第二电位移传感器7检测S₁和S₂的值，然后控制第一顶块83或第二顶压顶压固定组件4滑行∣S₂-S₁∣/2的距离，直至S₁＝S₂，则此时固定组件4的侧面与第一电位移传感器6和第二电位移传感器7的端面平行，保证了测量地精度和准确性。整个过程自动进行检测、对位和调节，使用简单和方便。

所述支座1上可拆卸安装有支架11，所述探头9固定安装于所述支架11上。所述支架11通过磁座12可拆卸安装于所述支座1上。该支架11可通过磁座12灵活地安装于支座1的不同位置上，极大地方便了对探头9与平面平晶5接触点的选择，可适应于不同规格的平面平晶5的需要，通用性高，使用快捷和方便。

所述第一电机81和第二电机82为音圈电机。音圈电机具有高频响和高精度的特性，可保证顶压固定组件4滑行的距离的精度和准确性，有利于提高对位和基准调节的效率。

本实施例还提供一种水平直线度测量方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

1)控制器通过第一电位移传感器6和第二电位移传感器7分别测出其各自到固定组件4侧面的首、尾端的距离；

2)以两距离差值的二分之一为依据，控制器控制距离较小的电位传感器的顶块压固定组件4的首端或尾端。

3)重复步骤1)和2)，直到两距离相等；

4)控制器控制气浮上滑台3单向行进，通过探头9测出相应的位移数据，则可得到直线度值。

该方法基于平面平晶5和测微仪的配合和直线度两端点法原理，通过第一电位移传感器6和第二电位移传感器7分别测出其各自到固定组件4侧面的首、尾端的距离，并通过调节装置推动固定组件4的首端或尾端，使固定组件4的侧面与第一电位移传感器6和第二电位移传感器7的端面平行，整个过程无需人手调节，即可完成固定组件4的对位和基准调节，极大地减少了测量手动调节基准的时间，大大提高了测量的工作效率。在自动调节使固定组件4的侧面与第一电位移传感器6和第二电位移传感器7的端面平行后，气浮上滑台3开始滑动而带动平面平晶5运动，并通过探头9测出平面平晶5的位移数据，计算后即可得到导轨2的直线度值。整个过程自动对位调节、检测和计算，无需人力去完成，测量方便、快速和精度高。

所述步骤4)的具体内容为：

控制器控制气浮上滑台3单向行进100mm，每间隔10mm停留3s，停留期间待探头9测得的读数稳定后，将采集的位移数据传输给控制器；从测出的位移数据中找出最大值和最小值，进行加减运算并取绝对值。

更佳的，为达到更高精度的要求，也可以将测出的位移数据通过最小二乘法进行计算，可得到更加准确的气浮导轨2水平方向的直线度的数值。

本发明的工作原理：

在工作时，首先第一电位移传感器6和第二电位移传感器7分别测出其各自端面到固定组件4端面的距离，将测量到的距离数据传输到控制器中。控制器比较两距离数据后，控制远距离端的第一压块(第二压块)不运动，近距离端第二压块(第一压块)推动固定组件4滑动，固定组件4滑动的距离为远端距离减去近端距离所得值的一半。

由于误差存在会存在，第一电机81和第二电机82存在距离推多和没有推到位两种情况。当没有推到位时，即重复上述的步骤。若距离推多了，则将原远端侧作为近端，继续重复上述的步骤，直到两距离的数值相等，则此时固定组件4的端面和第一电位移传感器6和第二电位移传感器7的端面理想平行。

然后，再手动将磁座12吸附到支座1的相应位置上，使测微仪探头9接触到平面平晶5的最大水平直径处，测微仪的示数在0μm左右(不超过2μm)，即可开始控制气浮上滑台3滑动，测量导轨2的直线度。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种水平直线度测量装置，其特征在于，包括支座、导轨、气浮上滑台、固定组件、平面平晶、第一电位传感器、第二电位传感器、调节装置和探头，所述气浮上滑台可滑动安装于所述导轨上，所述导轨固定安装于所述支座上；所述平面平晶固定安装于所述固定组件上，所述平面平晶的工作面与固定组件的侧面平行；所述固定组件设于所述气浮上滑台上，所述第一电位传感器和第二电位传感器分别正对于所述固定组件侧面的首、尾端设置；在所述固定组件侧面的首、尾端分别与第一电位传感器和第二电位传感器之间距离不相等时，所述调节装置顶压所述固定组件滑动而调节固定组件侧面的首端或尾端；所述探头与所述平面平晶的工作面相接触。

2.根据权利要求1所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述固定组件包括第一连接块、第二连接块和垫块，所述第一连接块通过垫块与所述第二连接块可拆卸连接，所述第一连接块与第二连接块的上部设有用于安装所述平面平晶的凹槽；所述垫块配套有多个，且与平面平晶厚度相适应，所述第一连接块通过相应的垫块与所述第二连接块连接而将凹槽与平面平晶相适应。

3.根据权利要求2所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述第一连接块和第二连接块上设有用于将第一连接块和第二连接块分开或吸附在一起的磁吸装置。

4.根据权利要求1所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述调节装置包括第一电机、第二电机、第一顶块和第二顶块，所述第一电机和第二电机的输出轴分别通过第一顶块和第二顶块顶压固定组件侧面的首、尾端；所述第一电位传感器和第二电位传感器分别固定安装于所述第一顶块和第二顶块上。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述支座上可拆卸安装有支架，所述探头固定安装于所述支架上。

6.根据权利要求5所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述支架通过磁座可拆卸安装于所述支座上。

7.根据权利要求4所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述第一电机和第二电机为音圈电机。

8.根据权利要求1至4任一所述的一种水平直线度测量装置，其特征在于，所述探头为测微仪探头。

9.一种水平直线度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制器通过第一电位传感器和第二电位传感器分别测出其各自到固定组件侧面的首、尾端的距离；

2)以两距离差值的二分之一为依据，控制器控制距离较小的电位传感器的顶块压固定组件的首端或尾端。

3)重复步骤1)和2)，直到两距离相等；

4)控制器控制气浮上滑台单向行进，通过探头测出相应的位移数据，则可得到直线度值。

10.根据权利要求9所述的一种水平直线度测量方法，其特征在于，所述步骤4)的具体内容为：

控制器控制气浮上滑台单向行进100mm，每间隔10mm停留3s，停留期间待探头测得的读数稳定后，将采集的位移数据传输给控制器；从测出的位移数据中找出最大值和最小值，进行加减运算并取绝对值。