超精密三坐标测量仪整机机构设计

摘要

本文中，对三坐标测量仪的研究现状和精密测量的关键技术做了总结，对所设计的测量仪的总体布局、床身的选材、导轨的设计、进给方式的选择做了介绍，选用燕尾型气体静压导轨，同步齿形带和钢带传动，摩擦杆进行驱动。对移动桥和溜板进行了简单的ANSYS分析，计算了移动桥受力时最大的变形量和直线度；选用伺服电机作为动力源，并对其进行了简单的功率计算，分析了测量仪的工作环境对其精度的影响和它的应用环境；定位采用开式光栅尺，对光栅尺的选型做了比较。最后针对测量仪整机进行精度分析，查找误差源和精度的综合分析。

关键词：超精密、气静压、高精度、精密测量

Three Coordinates Measuring Instrument Ultra-precision Machine

ABSTRACT

In this paper, three coordinates measuring instrument for precision measurement, the research present situation and the key technology of summing up, the design of measuring instrument lathe bed of the general layout, the design of the selection of materials, guide rail, into to the choice of the ways of doing introduced, choose coattails "type aerostatic guide rail, synchronous cog belt and steel belt transmission, friction lever driven. Slip board of mobile bridge and the simple ANSYS analysis method, the largest mobile bridge when stress deformation and straightness; Choose servo motor as a power source, and analyses the simple power calculation, analyzes the working environment of measuring apparatus to the precision of the influence and its application environment; The positioning of grating open grating feet, comparison of the selection of the feet. Finally, according to the measuring apparatus for precision analysis, find the error sources and precision of the comprehensive analysis.

Keywords:The ultra precision, Gas static pressure, High accuracy, Precision measurement

目录

1 绪论 (2)

1.1课题的来源 (2)

1.2课题的意义 (2)

1.3精密测量的研究现状 (2)

1.4精密测量的关键技术 (6)

2 超精密三坐标测量仪整机机构介绍 (8)

2.1总体布局 (8)

2.2床身材料选用 (9)

2.3导轨的设计 (10)

2.4进给传动方式的选择 (14)

2.5测量仪整体结构设计 (16)

2.6测量仪的工作原理 (17)

3 测量仪的主要零部件的设计 (18)

3.1移动桥的设计 (18)

3.2溜板的设计 (19)

3.3电机选型 (21)

3.4环境控制平台 (25)

3.5光栅尺的选型 (26)

4 测量仪精度分析 (28)

4.1测量仪误差源 (28)

4.2测量仪精度分析 (29)

5 结束语 (32)

参考文献 (33)

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1 绪论

1.1 课题的来源

为了响应教育部的号召，实施大学本科教改计划，北京微纳精密机械有限公司与中原工学院联合实施“卓越工程师”的培养计划。由该公司接收中原工学院大四学生来公司实习并完成毕业设计，为学生走上工作岗位提供一个锻炼自己的平台。本课题来自北京微纳精密机械有限公司，在学校和公司的商讨后，确定了我的课题：超精密三坐标测量仪整机机构设计。

1.2 课题的意义

本课题研制的超精密三坐标测量仪具有重要意义：一方面将促进超精密光学、机械制造技术快速发展，填补我国相应领域的技术空白；另一方面将提高我国产品质量和市场竞争力以及我国测量仪器的性价比水平。

1.3 精密测量的研究现状

精密测量技术和装置是先进制造主要支撑技术之一，体现国家工业与科技水平。国民经济和先进制造的不断发展对精密测量提出了新的要求，因此，提高精密测量水平，对提升我国先进制造能力，促进国民经济发展具有重要意义。随着近20年科学技术的迅速发展, 对仪器精度要求出现了数量级的变化。从精密测量(0.5μm～0.05μm)，发展到超精密测量(0.05μm～0.005μm), 近年来又提出纳米精度测量(5nm～ 0.05nm)的要求。据专家们的推测，随着精密工程技术、尖端科技和空间技术的迅猛发展，轮廓形状允差为50nm～5nm，尺度允差为100nm～10nm的超精密零件将被广泛使用，所以超精密测量技术和仪器工程的研究与应用已成为科学技术发展的关键因素之一。

当今世界上超精密三坐标测量仪在质量和性能方面首推德国ZEISS公司(即原

西德OPTON公司)和LEITZ公司。到目前为止ZEISS已有多项专利技术，从而使ZEISS 公司在坐标测量技术上远远领先于其它公司。其生产的三坐标测量仪既有桥式测量仪，也有龙门式、悬臂式测量仪，既有生产型测量仪，也有计量型测量仪。在国内ZEISS三坐标测量仪在航空、航天、汽车、电子、机械等多个行业中得到广泛地使用。图1-1是ZEISS最新的DuraMax三坐标测量仪系列，代表着当今测量仪行业的尖端技术。