CN113340195A - 一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置及应用方法 - Google Patents

一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置及应用方法，本发明的装置包括气浮平台和分别设于气浮平台上的气浮承载滑动机构及干涉测量机，所述气浮承载滑动机构上设有用于安装采用玻璃制成的被测量的大行程长条形导轨的二维倾斜调整台，所述气浮承载滑动机构一侧设有用于限制气浮承载滑动机构做单轴向直线运动的长条形参考物；本发明的应用方法包括利用气浮承载滑动机构针对被测量的大行程长条形导轨的各个测量位置进行面形误差测量并拼接得到全口径测量结果。本发明结构简单、经济性好、操作方便，可实现大行程长条形导轨的高精度测量，为大行程高精度导轨的研制提供保障。

Description

一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置及应用方法
技术领域
本发明涉及平面导轨的干涉测量领域，具体涉及一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置及应用方法。
背景技术
目前对工件尺寸大于参考镜的干涉检测方法主要有：瑞奇-康芒检测法、斜入射法、以及子孔径拼接方法。瑞奇-康芒法能实现大行程长条形导轨面形检测，但光路比较复杂，需要两块高精度的大口径球面镜，由于该方法光路较长受环境影响大，瑞奇角转换复杂，大行程导轨面若使用这种检测方法，精度还有待提升；斜入射法同样需要两块高精度平面镜，光路复杂，要严格的控制两平面镜与导轨面的角度关系，若斜入射角度过大，则检测分辨率下降；子孔径拼接方法由于被测大行程长条形导轨面具有较大的重叠区域能更准确的反映大行程导轨面的面形信息而被采用，但如何实现各个子孔径的测量是个问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有大行程长条形导轨面各子孔镜干涉测量难题，提供一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置及应用方法，本发明结构简单、经济性好、操作方便，可实现大行程长条形导轨的高精度测量，为大行程高精度导轨的研制提供保障。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，包括气浮平台和分别设于气浮平台上的气浮承载滑动机构及干涉测量机，所述气浮承载滑动机构上设有用于安装采用玻璃制成的被测量的大行程长条形导轨的二维倾斜调整台，所述气浮承载滑动机构一侧设有用于限制气浮承载滑动机构做单轴向直线运动的长条形参考物。
可选地，所述气浮承载滑动机构包括长条形承载台和两个气浮导轨，所述长条形承载台的两端各支承在一个气浮导轨的滑块上，两个气浮导轨分别支承布置在气浮平台上。
可选地，所述两个气浮导轨相对长条形承载台的中心对称布置。
可选地，所述二维倾斜调整台包括支撑台和与支撑台活动连接的三根支撑螺杆，所述支撑螺杆分别与气浮承载滑动机构螺纹连接，且所述支撑螺杆上套设有螺纹配合的调节螺母。
可选地，所述长条形参考物通过一个侧面贴紧气浮承载滑动机构，其余三个侧面均通过吸附固定在气浮平台上的磁铁块抵触固定。
可选地，所述长条形参考物上沿着长度方向上标设有刻度。
可选地，所述气浮平台上放置在隔震地基上。
此外，本发明还提供一种前述大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置的应用方法，包括：
1)将被测量的大行程长条形导轨放置在二维倾斜调整台上，并调节气浮承载滑动机构使得干涉测量机对准被测量的大行程长条形导轨一端的初始位置；
2)通过干涉测量机针对被测量的大行程长条形导轨的当前测量位置发出干涉光束并接收被测量的大行程长条形导轨的返回光束，调节二维倾斜调整台使得发出的干涉光束、返回光束两者的光斑重合，获得当前测量位置的测量结果；
3)判断被测量的大行程长条形导轨是否已经测量完毕，若尚未测量完毕，则调节气浮承载滑动机构使得干涉测量机对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置，跳转执行步骤2)；否则，跳转执行下一步；
4)将所有测量位置的测量结果拼接得到被测量的大行程长条形导轨的全口径测量结果。
可选地，步骤3)中调节气浮承载滑动机构使得干涉测量机对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置的步骤包括：首先给气浮承载滑动机构通上指定大小的气压，使得气浮承载滑动机构紧贴长条形参考物，然后通过人工移动的方法使气浮承载机构的滑块紧贴长条形参考物向前移动指定的距离，使得干涉测量机对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置，再关闭气浮承载滑动机构的气源。
可选地，步骤3)中调节气浮承载滑动机构使得干涉测量机对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置时，被测量的大行程长条形导轨的长度为800～1200mm，且相邻测量位置之间的间距为200～300mm。
和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：
1、本发明的装置包括气浮平台和分别设于气浮平台上的气浮承载滑动机构及干涉测量机，气浮承载滑动机构上设有用于安装采用玻璃制成的被测量的大行程长条形导轨的二维倾斜调整台，气浮承载滑动机构一侧设有用于限制气浮承载滑动机构做单轴向直线运动的长条形参考物，从而可利用气浮承载滑动机构针对被测量的大行程长条形导轨的各个测量位置进行面形误差测量，本发明结构简单、经济性好、操作方便，可实现大行程长条形导轨的高精度测量，为大行程高精度导轨的研制提供保障。
2、本发明采用气浮承载低摩擦的特点，可通过人工的简单操作实现大行程长条形导轨面的分区域测量，具有经济性高、操作便捷等特点。
3、本发明结构简单，可实现大行程长条形导轨的高精度测量，为大行程高精度导轨的研制提供保障。
附图说明
图1为本发明实施例装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中玻璃导轨子孔径1干涉测量结果。
图3为本发明实施例中玻璃导轨子孔径2干涉测量结果。
图4为本发明实施例中玻璃导轨子孔径3干涉测量结果。
图5为本发明实施例中玻璃导轨全口径干涉拼接测量结果。
图例说明：1、气浮平台；2、气浮承载滑动机构；21、长条形承载台；22、气浮导轨；3、干涉测量机；4、二维倾斜调整台；41、支撑台；42、支撑螺杆；43、调节螺母；5、长条形参考物；51、磁铁块。
具体实施方式
如图1所示，本实施例大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置包括气浮平台1和分别设于气浮平台1上的气浮承载滑动机构2及干涉测量机3，所述气浮承载滑动机构2上设有用于安装采用玻璃制成的被测量的大行程长条形导轨的二维倾斜调整台4，所述气浮承载滑动机构2一侧设有用于限制气浮承载滑动机构2做单轴向直线运动的长条形参考物5。
由于导轨行程大、质量大以及支撑导轨的支撑台质量较大(总质量接近1000kg)，普通的移动机构无法方便的承载、移动、调整导轨，实现拼接测量。为了实现对较长的被测量的大行程长条形导轨的有效支撑，参见图1，本实施例中的气浮承载滑动机构2包括长条形承载台21和两个气浮导轨22，所述长条形承载台21的两端各支承在一个气浮导轨22的滑块上，两个气浮导轨22分别支承布置在气浮平台1上。本实施例中，被测量的大行程长条形导轨的大小为1000mm×240mm×160mm，长条形承载台21的大小为1000mm×240mm，即与被测量的大行程长条形导轨的长宽相等。
为了提高气浮承载滑动机构2做单轴向直线运动的精确度以提升将所有测量位置的测量结果拼接时的精确度，本实施例中两个气浮导轨22相对长条形承载台21的中心对称布置。
干涉测量机3又称波面干涉仪，其在测量过程中，通过所连计算机的屏幕上可查看两个光斑，一个干为干涉测量机3固定的光斑，一个是干涉测量机3的入射光经被测平面反射进入干涉仪的光斑，两个光斑重合时即可实现面形误差的干涉测量。
二维倾斜调整台4可根据需要采用现有的XYZ三轴调整台来实现，但是考虑到XYZ三轴调整台结构复杂、成本较高，本实施例中采用了一种非常经济且方便的调节结构。如图1所示，该二维倾斜调整台4包括支撑台41和与支撑台41活动连接的三根支撑螺杆42，所述支撑螺杆42分别与气浮承载滑动机构2螺纹连接，且支撑螺杆42上套设有螺纹配合的调节螺母43，通过转动支撑螺杆42和调节螺母43的位置调节，可使得三根支撑螺杆42实现与气浮承载滑动机构2连接的高度调节，且通过三根支撑螺杆42的不同高度调节，即可实现对被测量的大行程长条形导轨的二维倾斜调整，二维倾斜是指在水平面内俯仰角和倾斜角两个方向,保证干涉测量机3能够实现对被测量的大行程长条形导轨不同子孔径的干涉测量。
为了便于长条形参考物5的安装和拆卸，以及确保在限制气浮承载滑动机构2做单轴向直线运动时的可靠性，本实施例中长条形参考物5通过一个侧面贴紧气浮承载滑动机构2，其余三个侧面均通过吸附固定在气浮平台1上的磁铁块51抵触固定，此外磁铁块51采用强力磁铁(铷磁铁)，可确保磁力吸附牢固可靠，防止长条形参考物5位置发生偏移。
为了实现被测量的大行程长条形导轨的各个测量位置的精确调整以保证拼接的有效性，以及提高测量效率，本实施例中，长条形参考物5上沿着长度方向上标设有刻度(图中省略)。参见图1可知，本实施例中长条形参考物5为两个子块堆叠的结构，此外还可以根据需要采用更多或更少的子块，来满足不同高度的测量需求。
为了防止外部震动对大行程长条形导轨干涉拼接测量的影响，本实施例中气浮平台1上放置在隔震地基上，通过隔震地基可有效防止外部震动传递给气浮平台1上的设备，从而防止外部震动对大行程长条形导轨干涉拼接测量的影响。
本实施例还提供一种前述大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置的应用方法，包括：
1)将被测量的大行程长条形导轨放置在二维倾斜调整台4上，并调节气浮承载滑动机构2使得干涉测量机3对准被测量的大行程长条形导轨一端的初始位置(每一个位置即为一个子孔径)；
2)通过干涉测量机3针对被测量的大行程长条形导轨的当前测量位置发出干涉光束并接收被测量的大行程长条形导轨的返回光束，调节二维倾斜调整台4使得发出的干涉光束、返回光束两者的光斑重合，获得当前测量位置的测量结果；
3)判断被测量的大行程长条形导轨是否已经测量完毕，若尚未测量完毕，则调节气浮承载滑动机构2使得干涉测量机3对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置，跳转执行步骤2)；否则，跳转执行下一步；
4)将所有测量位置的测量结果拼接得到被测量的大行程长条形导轨的全口径测量结果。
为了确保气浮承载滑动机构2带动被测量的大行程长条形导轨精确地沿着长条形参考物5做单轴向直线运动，本实施例中，步骤3)中调节气浮承载滑动机构2使得干涉测量机3对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置的步骤包括：首先给气浮承载滑动机构2通上指定大小的气压，使得气浮承载滑动机构2紧贴长条形参考物5，然后通过人工移动的方法使气浮承载机构3的滑块紧贴长条形参考物5向前移动指定的距离，使得干涉测量机3对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置，再关闭气浮承载滑动机构2的气源，通过上述过程，使得气浮承载滑动机构2在运动时紧贴长条形参考物5，从而能够确保气浮承载滑动机构2带动被测量的大行程长条形导轨精确地沿着长条形参考物5做单轴向直线运动，可提升子孔径拼接(将所有测量位置的测量结果拼接得到被测量的大行程长条形导轨的全口径测量结果)的精确度。当给气浮承载滑动机构2通气时，整个气浮承载滑动机构2与气浮平台1间的摩擦变小，通过人工操作使气浮承载滑动机构2沿着标有刻度值的长条形参考物5做单轴度的直线运动，实现大行程长条形导轨的分孔径测量，最终使用干涉拼接算法完成大行程长条形导轨面的测量。本实施例中，前述给气浮承载滑动机构2通上指定大小的气压具体是指给气浮承载滑动机构2通上0.2MPa的气压。
步骤3)中调节气浮承载滑动机构2使得干涉测量机3对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置时，被测量的大行程长条形导轨的长度为800～1200mm，且相邻测量位置之间的间距为200～300mm，经过验证，该测量位置的划分方式可针对1m长度级别的被测量的大行程长条形导轨，确保测量精确度。例如，本实施例中被测量的大行程长条形导轨的大小为1000mm×240mm×160mm，且相邻测量位置之间的间距为250mm，最终采用前述大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置的应用方法测得三个测量位置(子孔径)的测量结果如图2、3、4所示，PV(面形)值分别为0.658λ、0.416λ、1.454λ，最终干涉拼接结果如图5所示PV(面形)值为1.446λ。综上所述，本实施例前述大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置结构简单、经济性好、操作方便，可实现大行程长条形导轨的高精度测量，为大行程高精度导轨的研制提供保障。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，包括气浮平台(1)和分别设于气浮平台(1)上的气浮承载滑动机构(2)及干涉测量机(3)，所述气浮承载滑动机构(2)上设有用于安装采用玻璃制成的被测量的大行程长条形导轨的二维倾斜调整台(4)，所述气浮承载滑动机构(2)一侧设有用于限制气浮承载滑动机构(2)做单轴向直线运动的长条形参考物(5)。
2.根据权利要求1所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，所述气浮承载滑动机构(2)包括长条形承载台(21)和两个气浮导轨(22)，所述长条形承载台(21)的两端各支承在一个气浮导轨(22)的滑块上，两个气浮导轨(22)分别支承布置在气浮平台(1)上。
3.根据权利要求2所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，所述两个气浮导轨(22)相对长条形承载台(21)的中心对称布置。
4.根据权利要求1所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，所述二维倾斜调整台(4)包括支撑台(41)和与支撑台(41)活动连接的三根支撑螺杆(42)，所述支撑螺杆(42)分别与气浮承载滑动机构(2)螺纹连接，且所述支撑螺杆(42)上套设有螺纹配合的调节螺母(43)。
5.根据权利要求1所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，所述长条形参考物(5)通过一个侧面贴紧气浮承载滑动机构(2)，其余三个侧面均通过吸附固定在气浮平台(1)上的磁铁块(51)抵触固定。
6.根据权利要求1所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，所述长条形参考物(5)上沿着长度方向上标设有刻度。
7.根据权利要求1所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置，其特征在于，所述气浮平台(1)上放置在隔震地基上。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置的应用方法，其特征在于，包括：
1)将被测量的大行程长条形导轨放置在二维倾斜调整台(4)上，并调节气浮承载滑动机构(2)使得干涉测量机(3)对准被测量的大行程长条形导轨一端的初始位置；
2)通过干涉测量机(3)针对被测量的大行程长条形导轨的当前测量位置发出干涉光束并接收被测量的大行程长条形导轨的返回光束，调节二维倾斜调整台(4)使得发出的干涉光束、返回光束两者的光斑重合，获得当前测量位置的测量结果；
3)判断被测量的大行程长条形导轨是否已经测量完毕，若尚未测量完毕，则调节气浮承载滑动机构(2)使得干涉测量机(3)对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置，跳转执行步骤2)；否则，跳转执行下一步；
4)将所有测量位置的测量结果拼接得到被测量的大行程长条形导轨的全口径测量结果。
9.根据权利要求8所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置的应用方法，其特征在于，步骤3)中调节气浮承载滑动机构(2)使得干涉测量机(3)对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置的步骤包括：首先给气浮承载滑动机构(2)通上指定大小的气压，使得气浮承载滑动机构(2)紧贴长条形参考物(5)，然后通过人工移动的方法使气浮承载机构(3)的滑块紧贴长条形参考物(5)向前移动指定的距离，使得干涉测量机(3)对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置，再关闭气浮承载滑动机构(2)的气源。
10.根据权利要求9所述的大行程长条形导轨干涉拼接测量的装置的应用方法，其特征在于，步骤3)中调节气浮承载滑动机构(2)使得干涉测量机(3)对准被测量的大行程长条形导轨的下一个测量位置时，被测量的大行程长条形导轨的长度为800～1200mm，且相邻测量位置之间的间距为200～300mm。
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