CN107576270A - 一种机械式位移误差的校正装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明所涉及的机械式位移误差的校正装置，包括测量部、微动部以及校正机构。微动部包括位移输入单元、工件平台、支撑单元、连接单元、变速单元以及第一缓冲单元。变速单元将输入的位移量进行变速后输出；第一缓冲单元设置在变速单元与工作件平台之间，该第一缓冲单元的输入端与变速单元的输出端相连，输出端与工作件平台的输入端相连，第一缓冲单元具有缓冲吸收部件，用于缓冲来自变速单元作用于工件平台的作用力，并减小工件平台的位移量，缓冲吸收部件和工件平台相连。位移输入单元通过校正机构来设定输入位移，使得工件平台的位移量等于工作件的制造累积误差和温度累积误差。

Description

一种机械式位移误差的校正装置

技术领域

本发明涉及属于机械领域，具体涉及一种机械式位移误差的校正装置。

背景技术

机械式位移装置是一种使机械设备的某一部件或零件能精确、微量地移动到特定的位置或作特定的微量运动,常用的位移装置,按照它们的传动原理不同,可分为机械式、热变形式、磁致伸缩式、弹性变形式、压电式等。

用长光栅测量长度时,是利用两块栅距相同的光栅叠合时产生的莫尔条纹效应进行工作的,一称主光栅(或长光栅),二称副光栅(或称指示光栅),当两光栅的线纹方向不平行而相互倾斜一个很小交角时,光线透过时就形成明暗相间的莫尔条纹,若两光栅相对位移一个栅距,则莫尔条纹移动一个条纹间距,通过光电元件接收、计数、显示,准碓地检测出运动件光栅尺(运动件)的位移量。

使用长光栅测量长度的过程中,由于主光栅的加工误差和温度误差等的影响，当副光栅相对主光栅移动(或相反移动)到所要求的位置时，就产生栅距误差和栅距累积误差，光栅制造误差或温度变化越大，长度的定位误差越大。而光栅的线距加工精度是有限的，不可能达到零误差，因此测量一定存在由于加工精度和温度带来的误差。

现有技术的长度测量方法的缺点是：测量精度直接决定于光栅的制造精度，且使用环境温度要求较高，很难应用在精密、超精密设备上。

发明内容

本发明是为了解决上述如何减少光栅尺的误差量的问题而进行的，目的在于提供一种机械式位移误差的校正装置，本发明采用校正光栅栅距制造误差及温度误差的方法来提高长光栅测量精度，本发明采用误差校正法，在原光栅计量基础上，增添了高放大比的机械传动系统，使副光栅到终点定位时增加或减小一个微量，这个量就是光栅尺的误差量，使测量精度达到更高值。本发明项目属机械式装置,采用斜楔、弹簧、悬梁的组合式结构，对在原有装置上添加本发明，可以进一步提高其测量精度达到10nm内的测量精度。本发明除可以应用于光栅测量外，也可以应用在校正磁栅、感应同步器。

本发明提供了一种机械式位移误差的校正装置，具有这样的特征，包括测量部，具有工作件、与工作件相对移动的副件；微动部，设置在工作件的一侧，具有位移输入单元、工件平台，副件设置在工件平台上，位移输入单元用于接收外界的输入位移并驱动副件作微小的移动；以及校正机构，与位移输入单元相连，用于设定输入位移量，其中，微动部还包括：支撑单元，位移输入单元用于接收外界的位移量，与支撑单元滑动连接；连接单元，设置在支撑单元内，工件平台与连接单元相连，副件设置在工件平台上；变速单元，与位移输入单元相连，用于对位移量进行变速后输出；以及第一缓冲单元，设置在变速单元与工作件平台之间，该第一缓冲单元的输入端与变速单元的输出端相连，输出端与工作件平台的输入端相连，第一缓冲单元具有缓冲吸收部件，用于缓冲来自变速单元作用于工作件平台的作用力，并减小工作件平台的位移量，缓冲吸收部件和工作件平台相连，位移输入单元通过校正机构来校正输入位移，使得工件平台的位移量等于工作件的制造累积误差和温度累积误差，位移输入单元包括可滑动的直杆以及套住该直杆的支撑座，设置在支撑单元上，直杆的工作端露出支撑单元，变速单元包括可调倾斜角度的斜楔机构或圆锥机构以及与该斜楔机构或圆锥机构相配合的传递件，斜楔机构或圆锥机构与直杆相连，传递件和缓冲吸收部件相连，斜楔机构包括：斜楔块、调整螺钉、弹簧以及销轴，斜楔块的厚端通过销轴与直杆转动连接，斜楔块的中部通过弹簧与直杆相连，调整螺钉与直杆上设置的螺孔相匹配，其顶端与斜楔块的底面相接触，用于调整斜楔块的斜面相对于直杆的倾斜度。

在本发明提供的机械式位移误差的校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，支撑单元为箱形支架或框架结构，工作件平台为框架结构。

另外，在本发明提供的机械式位移误差的校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，连接单元包括至少一根悬臂梁，该悬臂梁水平设置在支撑单元内，一端与支撑单元固定连接，另一端为悬空的悬臂，工作件平台设置在悬臂上。

另外，在本发明提供的机械式位移误差的校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一缓冲单元包括至少一个弹性体，弹性体为弹簧、波纹管以及膜盒结构中的任意一种。

另外，在本发明提供的机械式位移误差的校正装置中，其特征在于：还包括第二缓冲单元，设置在工作件平台与支撑单元之间，第二缓冲单元的输入端与工作件平台相连，第二缓冲单元的输出端与支撑单元相连。

另外，在本发明提供的机械式位移误差的校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，第二缓冲单元包括至少一个弹性体，弹性体为弹簧、波纹管以及膜盒中的任意一种。

另外，在本发明提供的机械式位移误差的校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，校正机构为具有校正面的校正尺，用于校正输入位移，直杆的工作端与校正面相接触。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的机械式位移误差的校正装置，因为具有微动部，微动部具有与位移输入单元相连的变速单元，因此，变速单元将输入的位移量进行变速后输出；另外，本发明所涉及的机械式位移误差的校正装置还具有和工作件平台相连的缓冲吸收部件，因此，该缓冲吸收部件可以缓冲来自变速单元作用于工件平台的作用力，并减小工件平台的位移量。

附图说明

图1是本发明的实施例中机械式位移误差的校正装置示意图；

图2是本发明的实施例中微动部的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明位移装置作具体阐述。

实施例

如图1所示，机械式位移误差的校正装置100包括测量部20、微动部10以及校正机构30。

测量部20包括光源21、第一透镜22、工作件23、副件24、第二透镜25、光电接收件26以及处理显示装置27。

光源21用于产生直射光。

第一透镜22设置在光源21的正前方。

工作件23在实施例中为主光栅，该主光栅上设置有多条等距的栅条，设置在第一透镜22的正前方。

副件24设置在主光栅的一侧或另一侧，与主光栅相对移动如图1所示箭头V，在实施例中副件24为副光栅，设置在主光栅的前方，主光栅不动，副光栅设置在微动部10中，随微动部10移动；

第二透镜25设置在第一透镜22的正前方，位于副光栅的24前方。

光电接收件26设置在第二透镜25的正前方，用于接收主光栅与副光栅相对移动所产生的莫尔条纹。

处理显示装置27与光电接收件26相连，用于接收和处理来自光电接收件26的信号，并显示主光栅与副光栅相对移动的位移量。

微量位移装置10包括支撑单元、连接单元、工作件平台、位移输入单元、变速单元以及第一缓冲单元。

支撑单元为箱形支架或框架结构，本实施例中，支撑单元为如图2所示的箱形支架11，具有第一支撑座111、第二支撑座112以及第三支撑座113。

连接单元设置在支撑单元内，连接单元包括至少一根悬臂梁，该悬臂梁水平设置在支撑单元内，一端与支撑单元11固定连接，另一端为悬空的悬臂，实施例中，连接单元为如图2所示的四根分别呈矩形设置的悬臂梁12，图中显示的悬臂梁12为梁的截面，悬臂梁12为弹簧片悬臂梁，悬臂梁12的掼性矩尽量设计的足够大。悬臂梁12也是弹性件，具有能量吸收和缓冲的作用。

悬臂梁12也可以为具有弹性的悬臂梁，其截面为矩形、工字形、]形、圆形、椭圆形中的任意一种。

工件平台和连接单元相连，副件24设置在工件平台上，实施例中，工件平台为框架13。框架13设置在悬臂梁12的四根悬臂上。

连接单元也可以包括一根或两根或三根悬臂梁12。

位移输入单元与支撑单元滑动连接，本实施例中，位移输入单元包括可滑动的直杆14以及分别套住该直杆14位于第一支撑座111、第二支撑座112内的轴承，直杆14可以上下滑动，直杆14的工作端露出箱形支架11，直杆14工作端头部呈尖端，用于接收外界的位移量。

变速单元与位移输入单元相连，用于对直杆14接收到的外界的位移量进行变速后输出；变速单元包括可调倾斜角度的斜楔机构或圆锥机构以及与该斜楔机构或圆锥机构相配合的传递件。

实施例中，变速单元为斜楔机构15和传递件，斜楔机构15包括斜楔块151、调整螺钉152、弹簧153以及销轴154，如图2所示，斜楔块151的厚端通过销轴154与直杆14转动连接，斜楔块151的中部通过弹簧153与直杆14相连，调整螺钉152与直杆14上设置的螺孔相匹配，调整螺钉152的顶端与斜楔块151的底面相接触，通过调整螺钉152的伸缩距离使得斜楔块151微转动，从而调整斜楔块151的斜面相对于直杆14的倾斜度。

传递件为传递杆155，传递杆155设置在第三支撑座113中，如图2所示，传递杆155可以在第三支撑座113中水平移动，传递杆155的左端与斜楔块151的斜面即工作面相接触，右端与第一缓冲单元相连。

另外，变速单元也可以采用圆锥机构来代替斜楔机构15，圆锥机构为中心具有通孔的圆锥体。直杆14穿过通孔且与圆锥体连接。

第一缓冲单元具有缓冲吸收部件，用于缓冲来自变速单元作用于工件平台的作用力，并减小工件平台的位移量，第一缓冲单元包括至少一个弹性体，弹性体为弹簧、波纹管以及膜盒中的任意一种。实施例中，第一缓冲单元为弹簧16，弹簧16的输入端与传递杆155的右端相连，弹簧16的输出端与框架13的左端相连。

第一缓冲单元也可以包括两个弹性体或三个弹性体或四个弹性体以及多个弹性体。

实施例的另外一种形式为，在微量位移装置10中设置有第二缓冲单元，第二缓冲单元包括至少一个弹性体，弹性体为弹簧、波纹管以及膜盒中的任意一种，如图2所示，第二缓冲单元为弹簧17，弹簧17的输入端与框架13的右端相连，弹簧13的输出端与箱形支架11相连，弹簧17不仅具有具有能量吸收、缓冲的作用而且对框架13具有反作用力。

第二缓冲单元也可以包括两个弹性体或三个弹性体或四个弹性体以及多个弹性体。

校正机构30与直杆14的工作端相连，用于设定输入位移量，实施例中，校正机构30为具有校正端M的校正尺，用于设定输入位移，直杆14的工作端与校正端M相接触，校正机构30不动。校正机构30的校正端M的投影轮廓为通过计算得到的与直杆14的移动距离、悬臂梁12的掼性矩、斜楔块151的斜面相对于直杆14的倾斜度、第一缓冲单元以及第二缓冲单元的弹性系数等相关的函数曲线。

机械式位移误差的校正装置100的工作原理：

由于制造时加工误差等诸多因素的影响，使得利用光栅尺检测位移时，所显示的测量距离与理论值之间存在误差，如主光栅的分辨率为0.05μm，当测量长度为5μm时，副光栅需向主光栅移动100条刻线(即100条莫尔条纹),而第100条刻线处的累积误差为-0.01μm，则当副光栅在第100条线与主光栅重合时,副光栅的位移量是4.99μm，要校正这个误差,使其达到所需的位移量,就要利用本发明来校正。

首先利用双频激光干涉仪测出主光栅每一条刻线的栅距与理论值之间的误差；然后根据其误差值,设计计算弹簧片悬臂梁截面尺寸、弹簧弹性系数及斜楔角度；最后将校正尺做成高低不平的曲线或直线(校正温度误差时)。斜楔固定在直杆14上，直杆14的下端紧靠在校正尺的校正端，微动部10与直杆14沿x方向移动时，例如100条栅距，实际为4.99μm,直杆14沿y方向上下移动，压缩弹簧和弹簧片悬臂梁，使副光栅朝正向(X轴正方向)移动了0.01μm(即10nm),这样,副光栅的位移量为100个栅距与0.01μm的和,校正了长光栅的制造误差,测量得5mm的理想值。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的机械式位移误差的校正装置，因为具有微动部，微动部具有与位移输入单元相连的变速单元，因此，变速单元将输入的位移量进行变速后输出；另外，本实施例所涉及的机械式位移误差的校正装置还具有和工件平台相连的缓冲吸收部件，因此，该缓冲吸收部件可以缓冲来自变速单元作用于工件平台的作用力，并减小工件平台的位移量。

另外，由于悬臂梁的掼性矩大，所以相同外力推动设置在悬臂梁上的工作件平台的位移就小。

进一步地，可调倾斜角度的斜楔机构具有结构简单，制造方便，变速比大的优点。

进一步地，实施例还包括具有能量吸收功能的第二缓冲单元，增加对工件平台的缓冲并减小工件平台的位移的效果。

进一步地，校正机构设定了输入位移量，使得操作者能够控制工作件平台的位移。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种机械式位移误差的校正装置，用于校正工作件的制造累积误差和温度累积误差，其特征在于，包括：

测量部，具有所述工作件、与所述工作件相对移动的副件；

微动部，设置在所述工作件的一侧，具有位移输入单元、工件平台，所述副件设置在所述工件平台上，所述位移输入单元用于接收外界的输入位移并驱动所述副件作微小的移动；以及

校正机构，与所述位移输入单元相连，用于设定所述输入位移量，

其中，所述微动部还包括：

支撑单元，所述位移输入单元用于接收外界的位移量，与所述支撑单元滑动连接；

连接单元，设置在所述支撑单元内，所述工件平台与所述连接单元相连，所述副件设置在所述工件平台上；

变速单元，与所述位移输入单元相连，用于对所述位移量进行变速后输出；以及

第一缓冲单元，设置在所述变速单元与所述工作件平台之间，该第一缓冲单元的输入端与所述变速单元的输出端相连，输出端与所述工作件平台的输入端相连，所述第一缓冲单元具有缓冲吸收部件，用于缓冲来自所述变速单元作用于所述工作件平台的作用力，并减小所述工作件平台的位移量，所述缓冲吸收部件和所述工作件平台相连，

所述位移输入单元通过所述校正机构来设定所述输入位移，使得所述工件平台的位移量等于所述工作件的所述制造累积误差和所述温度累积误差,

其中，所述位移输入单元包括可滑动的直杆以及套住该直杆的支撑座，设置在所述支撑单元上，所述直杆的工作端露出所述支撑单元,

所述变速单元包括可调倾斜角度的斜楔机构或圆锥机构以及与该斜楔机构或圆锥机构相配合的传递件，

所述斜楔机构或圆锥机构与所述直杆相连，所述传递件和所述缓冲吸收部件相连,

所述斜楔机构包括：斜楔块、调整螺钉、弹簧以及销轴，

所述斜楔块的厚端通过所述销轴与所述直杆转动连接，

所述斜楔块的中部通过所述弹簧与所述直杆相连，

所述调整螺钉与所述直杆上设置的螺孔相匹配，其顶端与所述斜楔块的底面相接触，用于调整所述斜楔块的斜面相对于所述直杆的倾斜度。

2.根据权利要求1所述的机械式位移误差的校正装置，其特征在于：

其中，所述支撑单元为箱形支架或框架结构，

所述工作件平台为框架结构。

3.根据权利要求1所述的机械式位移误差的校正装置，其特征在于：

其中，所述连接单元包括至少一根悬臂梁，该悬臂梁水平设置在所述支撑单元内，一端与所述支撑单元固定连接，另一端为悬空的悬臂，

所述工作件平台设置在所述悬臂上。

4.根据权利要求1所述的机械式位移误差的校正装置，其特征在于：

其中，所述第一缓冲单元包括至少一个弹性体，所述弹性体为弹簧、波纹管以及膜盒结构中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的机械式位移误差的校正装置，其特征在于，还包括：

第二缓冲单元，设置在所述工作件平台与所述支撑单元之间，所述第二缓冲单元的输入端与所述工作件平台相连，所述第二缓冲单元的输出端与所述支撑单元相连。

6.根据权利要求5所述的机械式位移误差的校正装置，其特征在于：

其中，所述第二缓冲单元包括至少一个弹性体，所述弹性体为弹簧、波纹管以及膜盒中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的机械式位移误差的校正装置，其特征在于：

其中，所述校正机构为具有校正面的校正尺，用于设定所述输入位移，所述直杆的工作端与所述校正面相接触。