[發明專利]一種三維精密移動工作臺的設計方法

無效

• 申請號: 201110097342.6
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102744678A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 范傳良;高永明;張春陽;趙強
• 申請（專利權）人: 大連吉潤高新技術機械有限公司
• 主分類號: B24B41/00
• 分類號: B24B41/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種三維精密移動工作臺的設計方法，屬于精密儀器設計制造領域。

背景技術

現代工業應用領域中，對精密移動工作臺提出了不同的要求。而光纖通信領域的精密移動工作臺大多要求是組裝式的，如：由X、Y兩個方向的精密移動機構組裝成二維精密移動工作臺和由X、Y、Z三個方向的精密移動機構組裝成三維精密移動工作臺。由于X、Y、Z各方向的配合面以及裝配關系直接影響到整體運行的精度，故對各裝配面以及運行部件的接觸表面都要求保持相應的精度。

發明內容

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種在X、Y、Z三個方向上微調行程為15～20mm、精度在0.003mm內的三維精密移動工作臺的設計方法。

所設計的三維精密移動工作臺應滿足規定的行程范圍、精度、靈敏度的要求，同時還要工作性能穩定可靠，消除空回，減小誤差。設計中采用組裝式的，其三個方向是相互垂直的，所以從下至上三個方向上主動件和從動件的運動方向可設定為笛卡兒坐標系中的X、Y、Z三軸向。由于X、Y、Z各方向的配合面以及裝配關系直接影響到整體運行的精度，故對各裝配面以及運行部件的接觸表面都要求保持相應的精度。

為實現上述目的，三維精密移動工作臺所采用的技術解決方案主要是：由支撐裝置、微位移驅動讀數裝置、承重及微位移機構、連接裝置組成；支撐裝置包括底座、底板，承重及微位移機構包括三維方向上的滑板、導軌，連接裝置包括直角固定塊。

在本設計中，為了減少阿貝誤差的影響，在底座的設計中保證主動件與從動件之間運動的線性關系，導軌的結構設計及其工藝上保證導軌有較好的運動直線性。采用螺旋微位移驅動讀數裝置，遵循測量鏈最短原則，使測量環節最少，從而減少誤差、提高整體機構的精度。

一種三維精密移動工作臺的設計方法，其有益效果是：滿足光纖通信領域的使用要求，在X、Y、Z三個方向上微調行程為15～20mm、精度在0.003mm內。

附圖說明

圖1是運動件長度計算簡圖；

圖2是測量原理圖；

圖3是分厘卡讀數原理圖。

具體實施方式

下面結合圖1、圖2、圖3對本設計思路做進一步說明。

三維精密移動工作臺的關鍵部分主要是滾動摩擦導軌，微位移驅動讀數裝置和彈簧拉力裝置。分珠簧片是其中最關鍵的零件。由圖1可知：

L=e+l+ab??（1），

而ab=a'b'=a'c+cb'=e+cb'??（2），

因為滾珠中心的線速度V_r與運動件速度V_m的關系為：

V_r=V_m/2??????（3），

則cb'=S_max/2??（4），

因此L=2e+l+(S_max/2)（5），

上式表明當行程為S_max時，運動件的最短長度由式(5)可求，當行程取最大位移為30mm，l為兩滾珠間的中心距，為了保證承載能力，該三維精密移動工作臺每邊選4個鋼球，l可取中間兩個或兩邊兩個鋼球之間的距離。e為保險量，用簧片隔離固定，故兩邊兩球的e可選5mm。

由式(5)可得l=L-2e-(S_max/2)=55mm????????（6），

則簧片的總長可設計為L'=l+2e=65mm??????（7）。

精度是儀器的一項重要技術指標，儀器的精度分析是儀器設計中的重要一環，它是在設計過程中始終應考慮的一個主要問題。這里的精度分析，既指儀器各零、部件誤差的合成，也指儀器設計中公差的分配和主要技術條件的確定，甚至還包括考慮為進一步減小儀器誤差而需采取的技術措施：如誤差的調整方法，補償件的設計等。如圖2、3所示，三維精密移動工作臺由以下3個組成環實現上述原理方案。

誤差來源：三維精密移動工作臺是為了解決某些精度較高的測量問題而設計制造的儀器，主要用來測量一定范圍空間內的長度或距離等，是以分厘卡驅動定位和坐標測量為基礎的絕對測量儀器。它以長度基準元件與被測長度(或距離)相比較，從而確定被測量的大小。測量時，首先在讀數裝置—微分筒上讀出第一個讀數，然后旋動分厘卡驅動滑板，對準工件后，再在讀數裝置上讀出第二個讀數，兩讀數之差便是工件的被測尺寸。其測量方程式為

L=b-a

式中：L為被測尺寸，b為第二次讀數，a為第一次讀數。