微纳弧度量级三维角度检查装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出微纳弧度量级三维角度检查装置与方法。该装置由带筋工作台、工作台转轴、工作台支撑件、驱动装置、底座、平面反射镜、自准直仪、驱动模块电路板、主控模块电路板、显示输入模块电路板、转台组成；该方法通过驱动装置使工作台产生三维角度偏转，使用两套自准直系统测量三维角度偏转，并对工作台形成闭环反馈控制；由于本发明专利技术将两套角度计量装置正交布置，能够测得工作台的三维角度偏转；使用自准直系统作为角度计量装置，极大提高了角度测量分辨力；使用丝杠加压电陶瓷的联合驱动方式使工作台角度发生的分辨力更高，从而解决了小角度检查仪无法进行三维角度检查以及角度分辨力低的问题。力低的问题。力低的问题。

【技术实现步骤摘要】
微纳弧度量级三维角度检查装置与方法


[0001]本专利技术属于精密测量
，特别是涉及微纳弧度量级三维角度检查装置与方法。

技术介绍

[0002]在几何计量领域和仪器校准科技领域中，迫切需求在大工作范围下进行高分辨力、高维度的角度检查技术。它支撑着上述领域技术与仪器装备的发展。
[0003]在几何计量领域中，小角度检查仪可以在一定范围内产生微小角度偏转，可以用作标准角度的产生。
[0004]在仪器校准科技领域中，小角度检查装置主要用于精密角度测量仪器的示值校准，其在精密测量
、光学工程领域、尖端科学实验领域和高端精密装备制造领域中均有重大应用，其示值校准意义重大。
[0005]传统小角度检查仪如图1所示，该装置包括带筋工作台1、工作台转轴2、工作台支撑件3、驱动装置4、第一定位指示计5、第二定位指示计6以及底座7；驱动装置4推动带筋工作台1绕工作台转轴2产生角度偏转；第一定位指示计5和第二定位指示计6联合测量计算角度偏转值，并对带筋工作台1进行闭环控制。在这种结构下，两定位指示计轴线间的距离一般为500mm；同时由于定位指示计对台面的限制、驱动方式单一严重影响角度发生范围和分辨力。这些条件限制，使得该装置难以进行多维度高分辨力角度检查。
[0006]综上所述，该系统存在以下两个问题：
[0007]第一、传统小角度检查仪由于工作台仅由一套驱动装置进行驱动，且两定位指示计只能进行一维角度测量，因此传统小角度检查仪仅能够进行一维角度检查，校准效率低，难以进行三维角度检查；<br/>[0008]第二、传统小角度检查仪由于定位指示计的分辨力通常为0.1μm，且驱动装置的分辨力低，产生的角度分辨力通常为10
‑7弧度量级(百纳弧度量级)，难以对更高分辨力的角度测量仪器进行校准。其定位指示计和驱动装置严重限制了小角度检查仪的分辨力提高。
[0009]因此传统小角度检查仪无法实现微纳弧度量级高分辨力的三维角度检查。

技术实现思路

[0010]本专利技术目的是针对传统小角度检查仪所存在的无法进行三维角度检查以及无法实现微纳弧度量级的高角度分辨力角度检查的问题，提出了微纳弧度量级三维角度检查装置与方法。
[0011]该方法使用装有转台的工作台，通过驱动装置推动工作台绕转轴产生俯仰、偏航及滚转三个方向的角度偏转；利用两套正交布置的角度计量装置测量工作台的偏转量，根据所测量的偏转量实时进行闭环反馈控制，使工作台产生标准三维角度偏转，从而实现三维角度发生。实验表明，该方法能够产生标准的三维角度偏转，解决传统小角度检查仪无法进行三维角度发生的问题；
[0012]同时该方法使用高分辨力二维自准直仪作为角度计量装置，实现微纳弧度量级的角度分辨力测量；使用丝杠电机和压电陶瓷联合驱动，在丝杠电机进行粗定位的同时，压电陶瓷在反馈控制下进行精确定位。实验表明，该方法在量程范围内产生角度的分辨力可达微纳弧度量级，解决传统小角度检查仪无法产生微纳弧度量级角度偏转的问题；
[0013]因此，该专利技术同传统小角度检查仪相比，具有能够进行三维角度检查以及微纳弧度量级的高角度分辨力的技术优势。
[0014]本专利技术的目的是这样实现的：
[0015]本专利技术提出微纳弧度量级三维角度检查装置，包括带筋工作台、工作台转轴、工作台支撑件、第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机、底座、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一自准直仪、第二自准直仪、驱动模块电路板、主控模块电路板、显示输入模块电路板和转台；第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机控制带筋工作台绕工作台转轴产生滚转、俯仰角度的偏转；第一平面反射镜安装在带筋工作台的侧边随带筋工作台同时产生相同的角度偏转；第一自准直仪测量第一平面反射镜的角度值，即带筋工作台的角度值；转台、第二平面反射镜产生偏航角度偏转，第二自准直仪测量第二平面反射镜即转台的角度值；第一自准直仪、第二自准直仪测得角度值信号传入主控模块电路板，向驱动模块电路板发送反馈信号，驱动模块电路板对第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机及转台控制调节；
[0016]所述第一自准直仪、第二自准直仪是正交布置的高分辨力二维自准直仪；第一自准直仪与带筋工作台安装在同一高度，用于测量带筋工作台的角度偏转；第二自准直仪与转台安装在同一高度，用于测量转台的角度偏转；
[0017]所述第一平面反射镜是第一自准直仪的靶标，安装在带筋工作台侧面，反射面与安装面平行；第二平面反射镜是第二自准直仪的靶标，安装在转台曲面，反射面与第一平面反射镜的反射面互相垂直；
[0018]所述工作台转轴位于带筋工作台的左上角；第一压电陶瓷、第一丝杠电机位于带筋工作台的右上角；第二压电陶瓷、第二丝杠电机位于带筋工作台的左下角；第一丝杠电机、第二丝杠电机用于进行大位移粗定位；第一压电陶瓷、第二压电陶瓷用于进行微小位移精确定位。
[0019]本专利技术还提出一种在上述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，包括以下步骤：
[0020]步骤a、启动第一自准直仪、第二自准直仪、第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机和转台；
[0021]步骤b、将被检仪器放置在工作台上，并将示数调零；
[0022]步骤c、在显示输入模块电路板设定角度发生目标值；
[0023]步骤d、主控模块电路板接收显示输入模块电路板信号，并通过驱动模块电路板控制第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机和转台，使带筋工作台和转台发生偏转；
[0024]步骤e、控制第一压电陶瓷、第一丝杠电机不动，第二压电陶瓷、第二丝杠电机发生位移，使带筋工作台产生滚转角偏转；同时第一自准直仪通过靶标第一平面反射镜测量带筋工作台滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读
取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
[0025]步骤f、控制第二压电陶瓷、第二丝杠电机不动，第一压电陶瓷、第一丝杠电机发生位移，使带筋工作台产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪通过靶标第二平面反射镜测量带筋工作台俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
[0026]步骤g、控制第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机不动，使转台产生偏航角偏转；同时第二自准直仪通过靶标第二平面反射镜测量转台偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
[0027]步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
[0028]本专利技术的有益效果为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，包括带筋工作台(1)、工作台转轴(2)、工作台支撑件(3)、驱动装置(4)、底座(7)、第一平面反射镜(8)、第二平面反射镜(9)、第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、驱动模块电路板(12)、主控模块电路板(13)、显示输入模块电路板(14)和转台(22)；所述驱动装置(4)包括第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)和第二丝杠电机(44)；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)控制带筋工作台(1)绕工作台转轴(2)产生滚转、俯仰角度的偏转；第一平面反射镜(8)安装在带筋工作台(1)的侧边随带筋工作台(1)同时产生相同的角度偏转；第一自准直仪(10)测量第一平面反射镜(8)的角度值，即带筋工作台(1)的角度值；转台(22)、第二平面反射镜(9)产生偏航角度偏转，第二自准直仪(11)测量第二平面反射镜(9)即转台(22)的角度值；第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)测得角度值信号传入主控模块电路板(13)，向驱动模块电路板(12)发送反馈信号，驱动模块电路板(12)对第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)控制调节；所述第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)是正交布置的高分辨力二维自准直仪；第一自准直仪(10)与带筋工作台(1)安装在同一高度，用于测量带筋工作台(1)的角度偏转；第二自准直仪(11)与转台(22)安装在同一高度，用于测量转台(22)的角度偏转；所述第一平面反射镜(8)是第一自准直仪(10)的靶标，安装在带筋工作台(1)侧面，反射面与安装面平行；第二平面反射镜(9)是第二自准直仪(11)的靶标，安装在转台(22)曲面，反射面与第一平面反射镜(8)的反射面互相垂直；所述工作台转轴(2)位于带筋工作台(1)的左上角；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)的右上角；第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于带筋工作台(1)的左下角；第一丝杠电机(41)、第二丝杠电机(42)用于进行大位移粗定位；第一压电陶瓷(43)、第二压电陶瓷(44)用于进行微小位移精确定位。2.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，改变工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)的分布位置；所述工作台转轴(2)位于带筋工作台(1)左侧居中，第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于右侧对称布置。3.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，改变工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)的分布位置；所述工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)上侧对称布置，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于下侧居中。4.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，改变工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)的分布位置；所述工作台转轴(2)位于左上角；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)右上角；第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于右下角；或
所述工作台转轴(2)位于左上角；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)右下角；第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于左下角。5.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，使用第三自准直仪(23)代替第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)；所述第三自准直仪(23)可以进行三维角度测量，测量靶标为第二平面反射镜(9)，与转台(22)安装在同一高度。6.在权利要求1所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41、)第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)不动，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。7.在权利要求2所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)与第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电
机(44)发生大小相同方向相反的位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)与第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发...

【专利技术属性】
技术研发人员：石剑，李粤超，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：