CN216283314U - 一种二维导轨直线度和垂直度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，包括：X轴导轨，所述X轴导轨的一端固定连接有X轴电机，所述X轴电机的输出端固定连接有X轴螺杆，所述X轴螺杆上螺纹套接有X轴滑块；Y轴导轨，所述Y轴导轨与X轴导轨垂直设置，所述Y轴导轨的一端固定连接有Y轴电机，所述Y轴电机的输出端固定连接有Y轴螺杆，所述Y轴螺杆上螺纹套接有Y轴滑块；五棱镜，所述五棱镜与X轴滑块的顶部固定连接；光电相敏传感器、激光器和多维调节机构。本实用新型通过多维调整机构、五棱镜和光电相敏传感器等机构的设置，可以快速精确的对二维导轨直线度和垂直度进行测试，从而提升了二维导轨直线度和垂直度的测试效率。

Description

一种二维导轨直线度和垂直度测试装置

技术领域

本实用新型涉及二维运动平台技术领域，尤其涉及一种二维导轨直线度和垂直度测试装置。

背景技术

二维运动平台是众多仪器设备，加工装备的基础器件，诸如三坐标测量仪，显微镜，铣床，精雕机，涂胶机等等。因此二维运动平台的精度，包括直线度，垂直度等，是至关重要的，一般直接决定了整机的精度等级。二维运动平台一般包含两个导轨，一个导轨安装在另一个导轨的滑块上，提供相互垂直的运动。一方面，单个导轨的直线度是至关重要的的，另一方面，两个导轨运动轴的垂直度亦很重要。只有2个高直线度的单个导轨，以严格的垂直度组装在一起时，才能构成高精度的二维运动平台。在实际导轨的装配过程中，直线度一般通过自准直仪、激光干涉仪或千分表来调教。垂直度可以通过激光干涉仪，千分表和标准垂直度量块来校准。

但是采用激光干涉仪时，由于直线度和垂直度测量所需要的镜片、用具和布置方法都是不一样的，所以只能分开测量，先测量单轴的直线度，再改变实验装置，测量垂直度，用千分表等方法测量时也是这样的情况。

实用新型内容

1.要解决的技术问题

本实用新型的目的是为了解决现有技术中由于直线度和垂直度测量所需要的镜片、用具和布置方法都是不一样的，所以只能分开测量，先测量单轴的直线度，再改变实验装置，测量垂直度的问题，而提出的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置。

2.技术方案

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，包括：

X轴导轨，所述X轴导轨的一端固定连接有X轴电机，所述X轴电机的输出端固定连接有X轴螺杆，所述X轴螺杆上螺纹套接有X轴滑块；

Y轴导轨，所述Y轴导轨与X轴导轨垂直设置，所述Y轴导轨的一端固定连接有Y轴电机，所述Y轴电机的输出端固定连接有Y轴螺杆，所述Y轴螺杆上螺纹套接有Y轴滑块；

五棱镜，所述五棱镜与X轴滑块的顶部固定连接；

光电相敏传感器，所述光电相敏传感器与Y轴滑块的顶部固定连接；

激光器，所述激光器设置于X轴导轨远离X轴电机的一端，所述激光器的输出端与五棱镜平行设置；

多维调节机构，所述多维调节机构的顶部与激光器的底部连接。

优选地，所述X轴导轨和Y轴导轨内均固定连接有导杆，所述X轴滑块和Y轴滑块上均设有与导杆对应的导向口。

优选地，所述导向口内滑动连接有多个滚珠，所述滚珠的边缘与导杆相接触。

优选地，所述激光器采用632.8nm的红色单模氦氖气体激光器，光功率为1mW，光束直径为1mm，发散角为1.2毫弧度。

优选地，所述五棱镜的尺寸为22mm×50mm×50mm，材料为光学玻璃BK7。

优选地，所述光相敏传感器的型号为S5990，传感面大小为4mm×4mm，测量精度为1微米。

优选地，所述多维调节机构包括安装座，所述安装座的顶部通过伸缩气缸连接有支撑板，所述支撑板的顶部转动连接有立杆，所述立杆的一侧通过转轴转动连接有弧形卡杆，所述支撑板上环绕设有与弧形卡杆对应的多个卡槽，所述立杆的顶部通过转杆与激光器转动连接，所述激光器的一侧固定连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端与转杆固定连接。

优选地，所述支撑板的底部固定连接有对称设置的多个滑杆，所述安装座的顶部设有滑杆对应的滑腔，所述滑杆位于滑腔内的一端固定连接有限位块。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型中，通过多维调整机构，可以小幅度调整其俯仰角，使得激光光束能够平行于X轴；五棱镜的设置可以将入射的激光，以固定90度转向，即严格垂直于X轴，该光束即可确定Y轴导轨的调节目标。

(2)本实用新型中，通过将光电相敏传感器安装在Y轴滑块上，可以沿着Y导轨运动，并经过位置微调后，五棱镜转折后的激光光点，可以照射在相敏传感器的传感面上。

(3)本实用新型中，通过多维调整机构、五棱镜和光电相敏传感器等机构的设置，可以快速精确的对二维导轨直线度和垂直度进行测试，从而提升了二维导轨直线度和垂直度的测试效率。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置X轴滑块处的侧视结构示意图；

图3为本实用新型提出的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置多维调节机构处的侧视结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置伺服电机处的侧视结构示意图；

图5为本实用新型实施例1中的测量数据和计算示意图。

图中：1X轴导轨、2Y轴导轨、3五棱镜、4光电相敏传感器、5激光器、6多维调节机构、7X轴电机、8X轴螺杆、9X轴滑块、10Y轴电机、11Y轴螺杆、12Y轴滑块、13导杆、14滚珠、15安装座、16伸缩气缸、17支撑板、18立杆、19转轴、20弧形卡杆、21转杆、22伺服电机、23滑杆、24限位块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

参照图1-5，一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，包括：

X轴导轨1，X轴导轨1的一端固定连接有X轴电机7，X轴电机7的输出端固定连接有X轴螺杆8，X轴螺杆8上螺纹套接有X轴滑块9，用于带动X轴滑块9滑动；

Y轴导轨2，Y轴导轨2与X轴导轨1垂直设置，Y轴导轨2的一端固定连接有Y轴电机10，用于带动Y轴螺杆11转动，Y轴电机10的输出端固定连接有Y轴螺杆11，用于带动Y轴滑块12滑动，Y轴螺杆11上螺纹套接有Y轴滑块12；

五棱镜3，五棱镜3与X轴滑块9的顶部固定连接，五棱镜3的尺寸为22mm×50mm×50mm，材料为光学玻璃BK7；

光电相敏传感器4，光电相敏传感器4与Y轴滑块12的顶部固定连接，光相敏传感器4的型号为S5990，传感面大小为4mm×4mm，测量精度为1微米；

激光器5，激光器5设置于X轴导轨1远离X轴电机7的一端，激光器5的输出端与五棱镜3平行设置，激光器5采用632.8nm的红色单模氦氖气体激光器，光功率为1mW，光束直径为1mm，发散角为1.2毫弧度；

多维调节机构6，多维调节机构6的顶部与激光器5的底部连接，多维调节机构6包括安装座15，安装座15的顶部通过伸缩气缸16连接有支撑板17，用于调节支撑板17的高度，支撑板17的顶部转动连接有立杆18，立杆18的一侧通过转轴19转动连接有弧形卡杆20，用于调节激光器5的方向，支撑板17上环绕设有与弧形卡杆20对应的多个卡槽，立杆18的顶部通过转杆21与激光器5转动连接，激光器5的一侧固定连接有伺服电机22，用于带动转杆21转动，调节激光器的角度，伺服电机22的输出端与转杆21固定连接，支撑板17的底部固定连接有对称设置的多个滑杆23，用于支撑支撑板17，安装座15的顶部设有滑杆23对应的滑腔，滑杆23位于滑腔内的一端固定连接有限位块24，防止滑杆23从滑腔内脱落。

本实用新型中，X轴导轨1和Y轴导轨2内均固定连接有导杆13，X轴滑块9和Y轴滑块12上均设有与导杆13对应的导向口，防止X轴滑块9和Y轴滑块12晃动，导向口内滑动连接有多个滚珠14，滚珠14的边缘与导杆13相接触。

本实用新型中，测量X轴直线度：将Y轴滑块12运动到最下方，使得光相敏传感器4靠近五棱镜3，并锁定Y轴，由于光相敏传感器4和五棱镜3靠近，其中间距离的影响可以忽略。将X轴滑块9运动到一端，开启激光器5，逐渐移动X轴滑块9，并记录光相敏传感器4的输出值，即激光光点在其上的位置。由于激光输出为以理想直线，那么光相敏传感器4输出的即为其相对该直线的偏差，即X轴的直线度。

本实用新型中，测量Y轴直线度：将X轴滑块9移动到贴近激光器5一端，此时五棱镜3贴近激光器5，期间距离可忽略。开启激光器5，逐渐移动Y轴滑块12，并记录光相敏传感器4的输出值，即激光光点在其上的位置。由于激光输出经过五棱镜3转换，为一个垂直X轴的直线，那么光相敏传感器4输出的即为其相对该直线的偏差，即Y轴的直线度。

本实用新型中，数据处理以及垂直度计算：对上述X轴和Y轴数据，首先分别进行线性拟合，X轴数据相对X轴线性拟合直线的最大残差，为X轴的最大直线度偏差；Y轴数据相对Y轴线性拟合直线的最大残差，为Y轴的最大直线度偏差；而线性拟合公式中，可以通过曲线的斜率项，得到两个轴各自对激光线的平行度偏斜角，由于五棱镜3已经将激光产生了标准的90度偏转，因此两斜率项之差，即为两轴的垂直度偏差。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，包括：

X轴导轨(1)，所述X轴导轨(1)的一端固定连接有X轴电机(7)，所述X轴电机(7)的输出端固定连接有X轴螺杆(8)，所述X轴螺杆(8)上螺纹套接有X轴滑块(9)；

Y轴导轨(2)，所述Y轴导轨(2)与X轴导轨(1)垂直设置，所述Y轴导轨(2)的一端固定连接有Y轴电机(10)，所述Y轴电机(10)的输出端固定连接有Y轴螺杆(11)，所述Y轴螺杆(11)上螺纹套接有Y轴滑块(12)；

五棱镜(3)，所述五棱镜(3)与X轴滑块(9)的顶部固定连接；

光电相敏传感器(4)，所述光电相敏传感器(4)与Y轴滑块(12)的顶部固定连接；

激光器(5)，所述激光器(5)设置于X轴导轨(1)远离X轴电机(7)的一端，所述激光器(5)的输出端与五棱镜(3)平行设置；

多维调节机构(6)，所述多维调节机构(6)的顶部与激光器(5)的底部连接。

2.根据权利要求1所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述X轴导轨(1)和Y轴导轨(2)内均固定连接有导杆(13)，所述X轴滑块(9)和Y轴滑块(12)上均设有与导杆(13)对应的导向口。

3.根据权利要求2所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述导向口内滑动连接有多个滚珠(14)，所述滚珠(14)的边缘与导杆(13)相接触。

4.根据权利要求1所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述激光器(5)采用632.8nm的红色单模氦氖气体激光器，光功率为1mW，光束直径为1mm，发散角为1.2毫弧度。

5.根据权利要求1所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述五棱镜(3)的尺寸为22mm×50mm×50mm，材料为光学玻璃BK7。

6.根据权利要求1所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述光电相敏传感器(4)的型号为S5990，传感面大小为4mm×4mm，测量精度为1微米。

7.根据权利要求1所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述多维调节机构(6)包括安装座(15)，所述安装座(15)的顶部通过伸缩气缸(16)连接有支撑板(17)，所述支撑板(17)的顶部转动连接有立杆(18)，所述立杆(18)的一侧通过转轴(19)转动连接有弧形卡杆(20)，所述支撑板(17)上环绕设有与弧形卡杆(20)对应的多个卡槽，所述立杆(18)的顶部通过转杆(21)与激光器(5)转动连接，所述激光器(5)的一侧固定连接有伺服电机(22)，所述伺服电机(22)的输出端与转杆(21)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种二维导轨直线度和垂直度测试装置，其特征在于，所述支撑板(17)的底部固定连接有对称设置的多个滑杆(23)，所述安装座(15)的顶部设有滑杆(23)对应的滑腔，所述滑杆(23)位于滑腔内的一端固定连接有限位块(24)。

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