一种精密运动平台的精度研究装置

本发明属于精密运动平台，特别涉及一种精密运动平台的丝杠转动和台面移动关系的精度研究装置。

背景技术：

1、精密线性平台具有体积小、质量强、精度高等特点，被广泛应用于航空航天、芯片制造、超精密加工、高能光束控制、激光加工等高端制造领域。在精密线性平台的使用过程中，最为重要的是精密运动平台的运动精度。保证精密线性平台的运动精度，可实现加工精度的提升。在精密线性平台的架构中，滚珠丝杠作为传动转化的关键部件，丝杠实际运动量对精密线性平台运动距离的输出具有直接影响，关系到精密线性平台的精度，因此对丝杠的传动研究具有重要意义。

2、在现有技术精密线性平台的丝杠传动结构中电机将运动输出，通过联轴器带动滚珠丝杠转动，在滚珠丝杠螺母位置将旋转运动转化为直线运动，而由于精密线性平台通常运动距离较小，各部件存在弹性变形和安装误差的存在，则导致丝杠在运动传递过程中会发生损耗，对精密线性平台的精度造成较大影响。而目前缺乏有效的测量装置用于对丝杠在微行程中的实际运动量进行测量研究，成为在精密线性平台精度研究过程中需要解决的重要问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种精密运动平台的精度研究装置，用于精密运动平台丝杠转动和台面移动关系的精度研究。

2、本发明的技术方案是：一种精密运动平台的精度研究装置，包括精密运动平台，该精密运动平台包括底座，底座上设有滚珠丝杠，滚珠丝杠的丝杠螺母通过螺母座与台面固定连接，还包括：

3、平台位置粗读刻度，包括：底座刻度，沿所述台面的运动方向设置，设于所述底座的侧壁上；台面刻度，设于所述台面的侧壁，用于配合所述底座刻度实现台面的0.05mm精度的位移粗读数；

4、蜗杆，一端与第一支撑板转动连接，另一端与第二支撑板转动连接，所述第一支撑板和第二支撑板分别固定于所述底座上；

5、涡轮，与所述蜗杆配合，所述涡轮与所述滚珠丝杠的丝杠一端固定轴连接；

6、分度盘，与所述蜗杆的一端同轴线固定连接，所述第二支撑板上端设有用于与所述分度盘相配合而指示分度盘上刻度的指针，通过所述指针对分度盘上的分度刻度的指示来读取台面的微米级位移精读数。

7、上述精密运动平台还包括：

8、轴承座，固定于底座的一端，轴承座内设有第一法兰轴承；所述第一法兰轴承包括设于其中心的内环以及设于其外周的法兰；

9、电机座，分别通过一连接柱与第一支撑板、第二支撑板固定连接；

10、电机，固定于所述电机座上，所述丝杠的一端通过联轴器与电机的输出轴固定连接，丝杠穿过所述第一法兰轴承的内环并和涡轮通过锁紧螺母相固定，其中锁紧螺母与丝杠螺纹连接进行固定；

11、所述丝杠螺母与丝杠内部设有用于减少摩擦的滚珠结构，所述螺母座与底座滑动连接。

12、上述第一支撑板和第二支撑板均通过底座的端面所开设的螺纹孔固定于所述底座上，所述轴承座安装于底座的该端面一端；所述底座中部开设有贯穿底座两个端面的凹槽；所述凹槽上方的底座上表面为平面结构，凹槽两侧的底座上表面分别固定一滑块导轨，所述轴承座也固定于凹槽两侧的底座上表面，将所述轴承座安装连接面和滑块导轨安装连接面固定设于底座上表面的同一平面上；所述底座刻度的总刻度长度为8mm，刻度精度为1mm；所述台面刻度的总刻度长度为19mm，刻度间隔为0.95mm。所述螺母座通过滑块以及滑块导轨与所述底座滑动连接，其中螺母座与所述滑块固定连接，滑块与滑块导轨滑动连接。

13、上述第二凹槽两侧设置有导轨限位结构，保证两个所述滑块导轨平行安装，第二凹槽底部设置有滚珠丝杠限位结构，防止丝杠螺母超过最大行程，造成滚珠丝杠以及滑块、滑块导轨不可逆损害。

14、上述第一支撑板和第二支撑板的结构相同且对称设于所述底座的两侧；第一支撑板的底部和第二支撑板的底部均设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔均用于与底座固定连接；第一支撑板和第二支撑板的中部位置均设置有用于与连接柱固定的螺纹孔；第一支撑板和第二支撑板的上端位置均设有通孔，用于转动连接所述蜗杆；所述第二支撑板的顶部设置有螺纹孔，用于所述指针的安装固定。

15、上述指针包括方形端和指示端，所述方形端的中部设置有通孔，用于指针的安装固定，指示端为直径为1mm，长度为8～10mm的圆柱杆体，用于指示所述分度盘上的刻度。

16、上述涡轮中心位置设有通孔，用于配合所述丝杠穿过；涡轮中心通孔边缘设置有高1mm、厚1mm的第一环形凸起，用于压紧第一法兰轴承的内环；涡轮周向设有20个涡轮齿，涡轮通过涡轮齿与蜗杆相啮合。

17、上述蜗杆为单头蜗杆，蜗杆中部杆身设为轮齿；蜗杆两端均设为光轴结构，均通过第二法兰轴承与相应的支撑板转动连接；蜗杆的一个光轴结构端设为完全光轴端，用于安装分度盘，蜗杆另一个光轴结构端，在靠近轮齿位置设置有螺纹，用于与调节螺母螺纹连接，通过拧紧调节螺母以压紧第二法兰轴承的内环。

18、上述分度盘中心位置设置有分度盘通孔，用于蜗杆的完全光轴端的穿过；分度盘通孔的一侧边缘设置有高1mm、厚1mm的第二环形凸起，用于压紧第二法兰轴承的内环；分度盘周向设置分度盘刻度，将分度盘圆周等分为50格，且与蜗轮蜗杆的传动比1：20配合，将丝杠的旋转准确细分至微米读数。

19、上述调节螺母中心设置调节螺母螺孔，用于相应的蜗杆光轴端穿过并与该光轴端所设的螺纹螺纹连接；调节螺母螺孔的一侧边缘设置有高1mm、厚1mm的第三环形凸起，用于压紧对应的第二法兰轴承的内环；调节螺母螺孔内设置调节螺母内螺纹，用于与所述螺纹螺纹连接，通过在安装时调整调节螺母在所述螺纹上的位置，实现对蜗杆第二法兰轴承对应的支撑板的压紧；所述电机通过螺栓与所述电机座固定；所述轴承座中心设置有圆孔结构，用于安装第一法兰轴承；轴承座两侧设置有光孔，用于与底座通过螺栓固定连接；两个所述滑块导轨位于所述台面与所述底座之间，且通过螺栓固定于底座上。

20、本发明的有益效果：本发明提供了一种精密运动平台的精度研究装置，具有以下技术优点：

21、1.本装置巧妙的结合了游标卡尺、螺旋测微器以及蜗轮蜗杆的优点，将精密线性平台读数精度提升至微米级。在装置中，台面与底座侧面刻度形成了20分度游标卡尺，读数精度为50微米；利用蜗轮蜗杆通过螺旋测微器原理，分度盘圆周被分为50等分，移动一个刻度表示移动1微米。读数时首先读取由台面与底座形成的20分度游标卡尺，读取0.05毫米级别的位置读数，然后读取分度盘上的刻度，即0～50微米刻度，二者相加即为实时刻度。

22、2.本装置采用涡轮蜗杆结构，利用其高传动比的特性，实现了丝杠运动的细分，为微米级读数提供的保障。将蜗杆与丝杠连接固定，将丝杠运动放大，蜗杆旋转的角度为丝杠旋转角度的20倍，由于丝杠旋转一周精密线性平台移动1mm，因此蜗杆旋转一周精密线性平台运动50微米，与蜗杆固定分度盘将丝杠分为50分，即一个刻度表示1微米，实现了对由台面与底座形成的20分度游标卡尺50微米精度的细分。读数时刻度数即为微米数。

23、3.此外，本装置将轴承座连接面和导轨连接面设置在同一平面上，以此保证轴承座连接面与导轨连接面之间不存在平行度误差，确保二者的平面度误差相同，同时减小了尺寸公差的变动范围，减少了精度误差源。