CN217465603U - 一种测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量装置。该测量装置包括安装台架和位移放大机构，固定在安装台架的单轴位移装置的输出轴能够沿预设方向输出预设位移，位移放大机构的支点座和杠杆通过转动轴转动连接，杠杆包括位于转动轴一侧的动力臂和位于转动轴另一侧的阻力臂，动力臂上的第一标记点与单轴位移装置的输出轴抵接，百分表的表头连接阻力臂的第二标记点处上，第二标记点与转动轴之间的间距d2与第一标记点到转动轴之间的间距d1的比值不小于10:1。该测量装置通过利用杠杆和百分表能够将单轴位移装置输出的直线位移进行两次放大，从而使该测量装置能够达到量测精度的要求，并且该测量装置结构简单，量测成本低，对量测环境要求低。

Description

一种测量装置

技术领域

本实用新型涉及位移测量技术领域，尤其涉及一种测量装置。

背景技术

基于现有的TEM透射电子显微镜的送样装置的单轴移动分辨力的验证要求，需要能够检测到50nm位移分辨力的量测量装置来对其进行性能测试。目前量测精度较高的测量装置主要包括：超高精度百分表和基于迈克尔逊原理的激光干涉仪。

但是，高精度的百分表的量测精度较低，其量测精度只能到0.001mm，不能满足测试需求。激光干涉仪分为普通激光干涉仪和超高精度干涉仪，普通的激光干涉仪的量测精度受制于激光波长，其量测精度只能到0.0005mm的精度，同样无法满足需求；而超高精度的以稳频氦氖激光为光源的干涉仪可以达到1ppm的分辨力，但是测试结构程序复杂，测量环境要求高，量测成本很高。

因此，如何提出一种既能够满足量测精度，又结构简单、对量测环境要求较低以及量测成本较低的测量装置是现在亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量装置，该测量装置能够达到量测精度的要求，且结构简单，对量测环境要求较低，量测成本低。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种测量装置，包括：安装台架，用于固定待检测的单轴位移装置，所述单轴位移装置的输出轴能够沿预设方向输出预设位移；位移放大机构，所述位移放大机构包括支点座、杠杆、转动轴和百分表，所述支点座固定设置在所述安装台架上，且所述支点座上设置有转动槽，所述杠杆通过所述转动轴转动连接在所述转动槽内，且所述杠杆包括位于所述转动轴一侧的动力臂和位于所述转动轴另一侧的阻力臂，所述动力臂上设置有第一标记点，所述输出轴与所述第一标记点抵接，且在所述输出轴沿所述预设方向输出预设位移时能够驱动所述杠杆绕所述转动轴在预设平面内转动，所述预设平面平行于所述预设方向，所述阻力臂上设置有第二标记点，所述百分表的表头抵接在所述第二标记点处，所述第二标记点与所述转动轴之间的间距d2与所述第一标记点到所述转动轴之间的间距d1的比值不小于10:1。

作为优选，所述第一标记点处设置有第一刚性块，所述第一刚性块呈球状，所述第一刚性块的球面与所述输出轴抵接。

作为优选，所述第二标记点处设置有第二刚性块，所述第二刚性块呈球状，所述百分表的表头连接在所述第二刚性块处。

作为优选，所述位移放大机构还包括底座，所述底座设置在所述支点座上，所述底座内设置有第三刚性块，所述第三刚性块呈球状，所述转动轴的一端穿过所述支点座的侧壁板与所述第三刚性块的球面抵接。

作为优选，所述安装台架包括气浮平台、第一立板、第二立板和顶板，所述第一立板和所述第二立板间隔设置且均垂直凸设在所述气浮平台上，所述顶板与所述气浮平台上下平行设置，且所述顶板的两端分别与所述第一立板的顶端和所述第二立板的顶端连接，所述第一立板上设置有固定所述单轴位移装置的固定孔，所述位移放大机构位于所述气浮平台、所述第一立板、所述第二立板和所述顶板围设形成的安装空间内，且所述位移放大机构与所述顶板固定连接。

作为优选，所述安装台架还包括侧板，所述侧板位于所述安装空间内且连接在所述顶板上，所述支点座固定连接在所述侧板上。

作为优选，所述测量装置还包括安装架和复位件，所述安装架位于所述安装空间内且连接在所述顶板上，所述复位件的一端与所述安装架连接，另一端与所述阻力臂连接。

作为优选，所述复位件为螺旋弹簧。

作为优选，所述复位件的一端与所述安装架通过吊环螺丝连接。

作为优选，所述支点座和所述杠杆之间的间距为0.5mm。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种测量装置，该测量装置包括安装台架和位移放大机构，固定在安装台架的单轴位移装置的输出轴能够沿预设方向输出预设位移，位移放大机构的支点座和杠杆通过转动轴转动连接，杠杆包括位于转动轴一侧的动力臂和位于转动轴另一侧的阻力臂，动力臂上的第一标记点与单轴位移装置的输出轴抵接，百分表的表头连接在设置在第二标记点处的阻力臂上，第二标记点与转动轴之间的间距d2与第一标记点到转动轴之间的间距d1不小于10:1。该测量装置通过利用杠杆和百分表能够将单轴位移装置输出的直线位移进行两次放大，从而使该测量装置能够达到量测精度的要求，并且该测量装置结构简单，量测成本低，对量测环境要求也较低。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的测量装置在某一视角下的结构示意图；

图2是本实用新型实施例所提供的测量装置在另一视角下的结构示意图；

图3是本实用新型实施例所提供的位移放大机构的部分结构的示意图；

图4是本实用新型实施例所提供的支点座、转动轴、底座的结构示意图；

图5是图4中A-A方向的剖视图。

图中：

10、单轴位移装置；11、输出轴；12、旋转表头；

100、安装台架；101、气浮平台；102、第一立板；103、第二立板；104、顶板；105、连接横板；

200、位移放大机构；201、支点座；2011、连接板；2012、U型架；202、杠杆；203、转动轴；204、百分表；205、侧板；206、过渡件；207、第一刚性块；208、第二刚性块；209、底座；210、第三刚性块；

300、安装架；400、复位件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供了一种测量装置，如图1至图2所示，该测量装置包括安装台架100和位移放大机构200。安装台架100为采用板件或者杆件拼接形成的框架结构，其用于固定待检测的单轴位移装置10以及位移放大机构200，单轴位移装置10的输出轴11能够沿预设方向输出预设位移。需要说明的是，此处的预设方向为某一水平方向，在本实施例中，预设方向为与安装台架100的长度方向平行的水平方向。另外，在本实施例中，对单轴位移装置10的结构不做限定，只要具有一个输出轴11，且该输出轴11能够沿预设方向输出预设位移均属于本实施例提供的单轴位移装置10，而输出轴11的移动位移的大小可以由旋转表头12的旋转圈数控制，例如，顺时针转动单轴位移装置10的旋转表头12，使输出轴11前进两个单位步长的位移，逆时针转动单轴位移装置10的旋转表头12，使输出轴11后退两个单位步长的位移。

继续参照图1和图2所示，位移放大机构200包括支点座201、杠杆202、转动轴203和百分表204。支点座201固定设置在安装台架100上，且支点座201上设置有转动槽。杠杆202通过转动轴203转动连接在转动槽内，以转动轴203为分界，杠杆202包括位于转动轴203一侧的动力臂和位于转动轴203另一侧的阻力臂。动力臂上设置有第一标记点，单轴位移装置10的输出轴11与第一标记点抵接，当单轴位移装置10的输出轴11沿预设方向输出预设位移时，输出轴11通过与第一标记点的接触能够驱动杠杆202绕转动轴203在预设平面内转动，预设平面平行于预设方向，在本实施例中，预设平面即为过第一标记点的水平面。阻力臂上设置有第二标记点，百分表204的表头抵接在第二标记点处，第二标记点与转动轴203之间的间距d2与第一标记点到转动轴203之间的间距d1的比值不小于10:1。

当单轴位移装置10的输出轴11沿预设方向直线移动预设位移时，杠杆202的动力臂被输出轴11驱动在预设平面内转动(图1中所示为顺时针转动)一定角度，与此同时，杠杆202的阻力臂在预设平面内同步转动同样的角度，但是由于第二标记点与转动轴203之间的间距d2与第一标记点到转动轴203之间的间距d1大于或者等于10:1，因此设置在第二标记点处的百分表204发生的位移量至少是第一标记点处的10倍。将杠杆202放大比和百分表204放大比两级放大相乘，能够得到单轴位移装置10的移动步长对应的放大比，利用百分表204上的读数反推能够精确地获取位移装置的移动步长。该测量装置不仅能够满足单轴位移装置10的量测精度要求，且结构简单，量测成本低，对量测环境要求也较低。

具体地，继续参照图1所示，安装台架100包括气浮平台101、第一立板102、第二立板103和顶板104。其中，气浮平台101用来隔绝环境噪音、振动对整套测量装置精度干扰和影响，气浮平台101的具体结构为现有技术，在此不做赘述。第一立板102和第二立板103均为板状结构，第一立板102和第二立板103沿气浮平台101的长度方向间隔设置，且第一立板102和第二立板103均垂直凸设在气浮平台101上。顶板104位于气浮平台101的上方，且顶板104与气浮平台101平行设置，且顶板104的两端分别与第一立板102的顶端和第二立板103的顶端连接，从而使气浮平台101、第一立板102、第二立板103和顶板104围设形成安装空间。顶板104与两个立板的连接方式可以为卡接、连接件连接或者焊接等，在此不做具体限定。气浮平台101与两个立板的连接方式也可以根据需求选择为卡接、连接件连接或者焊接。

为了安装以及固定待检测的单轴位移装置10，第一立板102上设置有固定单轴位移装置10的固定孔，单轴位移装置10穿设在固定孔内，其输出轴11位于安装台架100的安装空间内。位移放大机构200位于安装空间内，具体位于安装空间的中间位置，且位移放大机构200与顶板104固定连接。

在一些实施例中，位移放大机构200的支点座201与顶板104直接固定连接，连接方式可以选择卡接、连接件连接或者焊接。在另外的一些实施例中，安装台架100还包括侧板205，侧板205位于安装空间内且连接在顶板104上，支点座201固定连接在侧板205上。具体地，侧板205为L型板，侧板205的水平部与顶板104连接，此处的连接可以为直接连接，也可以为通过连接横板105连接，侧板205的竖直部用于与支点座201连接。

如图3和图4所示，支点座201包括连接板2011和U型架2012，连接板2011与顶板104连接，U型架2012形成有上述转动槽，转动槽为U型槽，U型槽朝水平方向开口，且U型槽沿水平方向贯穿整个U型架2012。杠杆202通过转动轴203转动连接在U型槽内，并通过顶丝固定其轴向位置，使其悬浮设置在U型架2012的两个侧壁板之前。进一步地，且杠杆202和支点座201之间的间距为0.5mm，具体为杠杆202和支点座201的U型架2012的每一个侧壁板之间的间距为0.5mm。

继续参照图3所示，为了实现点面位移精确、无延迟传递，在第一标记点处设置有第一刚性块207，第一刚性块207呈球状，第一刚性块207的球面与单轴位移装置10的输出轴11抵接，此处可以直接抵接，也可以是输出轴11通过过渡件206与单轴位移装置10的输出轴11抵接。在本实施例中，第一刚性块207采用红宝石制成，红宝石是一种刚度较高的材料，通过利用红宝石制成球状的红宝石块，然后通过环氧树脂将红宝石块装配在第一标记点处，并将红宝石块的球面与单轴位移装置10的输出轴11抵接，如此当输出轴11输出直线位移时，该直线位移能够精确、无延迟通过红宝石块传递到杠杆202上。需要说明的是，除了采用红宝石制作第一刚性块207外，也可以采用其他刚度较高的材料制作；另外，由于单轴位移装置10的输出轴11输出的预设位移很小，因此杠杆202的动力臂转动的角度对应的弧长与输出轴11输出的预设位移基本相等。

进一步地，第二标记点处设置有第二刚性块208，第二刚性块208呈球状，百分表204的表头连接在第二刚性块208处。具体地，百分表204的表头垂直压设置在杠杆202的阻力臂的第二刚性块208的球面上，并通过使用环氧树脂实现第二刚性块208在阻力臂上的安装。可选地，第二刚性块208同样采用红宝石制成。

更进一步地，继续参照图3至图5所示，该位移放大机构200还包括底座209，底座209设置在支点座201上，具体连接在U型架2012的其中一个侧壁板处，该侧壁板上设置有允许转动轴203穿过的过孔。底座209内设置有第三刚性块210，第三刚性块210呈球状，转动轴203的一端穿过支点座201的侧壁板与第三刚性块210的球面抵接。第三刚性块210作为杠杆202的转动轴203的支撑点，由于刚度较高，支撑稳定较好，且第三刚性块210的球面与转动轴203的端部抵接能够降低转动轴203转动的难度。可选地，第二刚性块208同样采用红宝石制成。

继续参照图1和图2所示，测量装置还包括安装架300和复位件400，安装架300位于安装空间内且连接在顶板104上，复位件400的一端与安装架300连接，另一端与阻力臂连接。可选地，复位件400为螺旋弹簧。复位件400的一端与安装架300通过吊环螺丝连接，吊环螺丝连接在安装架300的腰形孔内，复位件400的另一端直接固定在杠杆202的阻力臂上。

初始状态下，螺旋弹簧两端分别固定在杠杆202的阻力臂和吊环螺丝之间，且处于拉伸状态，从而能够使动力臂处的第一刚性块207能够紧贴在单轴位移装置10的输出轴11的测试面上。且在杠杆202发生转动后，螺旋弹簧保持张紧状态，能够将百分表204的表头垂直压在杠杆202的阻力臂的第二刚性块208的球面上，并将杠杆202复位。

该测量装置的测量过程如下：

1、顺时针转动单轴位移装置10的旋转表头12，使其输出轴11沿预设方向前进两个单位步长的位移，该位移经过设置在杠杆202的动力臂端的第一刚性块207进行点面精确传导，动力臂受力推动杠杆202绕转动轴203匀速旋转，杠杆202的阻力臂上的第二刚性块208同时推动百分表204表头发生位移量，此时能够读取到百分表204示数为0.001mm。

当然，也可以逆时针转动单轴位移装置10的旋转表头12，使其输出轴11沿预设方向后退两个单位步长的位移，该位移经过设置在杠杆202阻力臂处的螺旋弹簧的拉力绕转动轴203反向转动从而进行回复运动，此时能够读取百分表2049示数为-0.001mm。

2、将杠杆202的1:10的放大比和百分表204的0.001mm的两级放大相乘，得到单轴位移装置10沿预设方向移动两个单位步长时位移为0.0001mm，从而测到单轴位移装置10的分辨力为0.00005mm。

该测量装置具有以下优点：

1、该测量装置利用杠杆放大器的原理设计，使该测量装置的量测精度能够达到0.0001mm，且原理简单，测量成本低，测量精度高；

2、利用杠杆202的动力臂和阻力臂两个力臂分别与两个刚性块的球面接触来进行点与面动力位移传递的设计，降低了传递面的加工难度，同时降低了材料刚性形变、温度等因素对纳米级位移量测中的干扰；

3、利用螺旋弹簧对杠杆202进行拉力的机构设计，使整个测量装置的各位移传递关节处于充分接触的状态，消除空程位移；而且利用螺旋弹簧的回复力，能测量单轴位移装置10在往复运动的整个行程的位移；

4、利用设置在底座209上的第三刚性块210的球面支撑着转动轴203的设计，在杠杆202旋转过程中，使其摩擦力最小，灵敏度更高；同样的，转动轴203与杠杆202之间靠顶丝紧配合，并悬空在支点座201的两个侧壁板之间，使其尽可能摩擦力最小，提高测量装置的灵敏度和量测精度。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

安装台架(100)，用于固定待检测的单轴位移装置(10)，所述单轴位移装置(10)的输出轴(11)能够沿预设方向输出预设位移；

位移放大机构(200)，所述位移放大机构(200)包括支点座(201)、杠杆(202)、转动轴(203)和百分表(204)，所述支点座(201)固定设置在所述安装台架(100)上，且所述支点座(201)上设置有转动槽，所述杠杆(202)通过所述转动轴(203)转动连接在所述转动槽内，且所述杠杆(202)包括位于所述转动轴(203)一侧的动力臂和位于所述转动轴(203)另一侧的阻力臂，所述动力臂上设置有第一标记点，所述输出轴(11)与所述第一标记点抵接，且在所述输出轴(11)沿所述预设方向输出预设位移时能够驱动所述杠杆(202)绕所述转动轴(203)在预设平面内转动，所述预设平面平行于所述预设方向，所述阻力臂上设置有第二标记点，所述百分表(204)的表头抵接在所述第二标记点处，所述第二标记点与所述转动轴(203)之间的间距d2与所述第一标记点到所述转动轴(203)之间的间距d1的比值不小于10:1。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述第一标记点处设置有第一刚性块(207)，所述第一刚性块(207)呈球状，所述第一刚性块(207)的球面与所述输出轴(11)抵接。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述第二标记点处设置有第二刚性块(208)，所述第二刚性块(208)呈球状，所述百分表(204)的表头连接在所述第二刚性块(208)处。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述位移放大机构(200)还包括底座(209)，所述底座(209)设置在所述支点座(201)上，所述底座(209)内设置有第三刚性块(210)，所述第三刚性块(210)呈球状，所述转动轴(203)的一端穿过所述支点座(201)的侧壁板与所述第三刚性块(210)的球面抵接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述安装台架(100)包括气浮平台(101)、第一立板(102)、第二立板(103)和顶板(104)，所述第一立板(102)和所述第二立板(103)间隔设置且均垂直凸设在所述气浮平台(101)上，所述顶板(104)与所述气浮平台(101)上下平行设置，且所述顶板(104)的两端分别与所述第一立板(102)的顶端和所述第二立板(103)的顶端连接，所述第一立板(102)上设置有固定所述单轴位移装置(10)的固定孔，所述位移放大机构(200)位于所述气浮平台(101)、所述第一立板(102)、所述第二立板(103)和所述顶板(104)围设形成的安装空间内，且所述位移放大机构(200)与所述顶板(104)固定连接。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，

所述安装台架(100)还包括侧板(205)，所述侧板(205)位于所述安装空间内且连接在所述顶板(104)上，所述支点座(201)固定连接在所述侧板(205)上。

7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，

所述测量装置还包括安装架(300)和复位件(400)，所述安装架(300)位于所述安装空间内且连接在所述顶板(104)上，所述复位件(400)的一端与所述安装架(300)连接，另一端与所述阻力臂连接。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，

所述复位件(400)为螺旋弹簧。

9.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，

所述复位件(400)的一端与所述安装架(300)通过吊环螺丝连接。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述支点座(201)和所述杠杆(202)之间的间距为0.5mm。

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