砂轮测量用白光干涉仪三维运动机台设计.pdfVIP

第14卷第1期 杭州师范大学学报(自然科学版) V01．14 No．1 201 Journalof Normal Science 5年1月 HangzhouUniversity(NaturalEdition) Jan．2015 砂轮测量用白光干涉仪三维运动机台设计 钟浩明，崔长彩，余 卿 (华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021) 摘要：为了实现对工件表面质量进行预测和控制．对砂轮表面的三维形貌测量、表征和评价就显得尤为 重要．没计了一款砂轮检测用自光垂直扫描干涉仪三维运动机台，主要分为xy向位移平台部分、砂轮旋转定位 部分、桥式立柱部分以及含有柔性铰链的Z向微位移系统部分．通过有限元静动力学分析优化机台结构，使其满 5 足使用要求．实现xy向位移平台单脉冲步长0．3125肛m，Z向精级机构行程1p．m，精度0．03弘m． 关键词：自光干涉仪：有限元分析；位移平台 4] 中图分类号：TH7 文献标志码：A 5)0卜0072-05 文章编号：】674—232X(201 随着微纳米技术的发展，现代机械制造、检测、信息技术i材料科学等领域发生了革命性的变化，迅速 向微小化、集成化、超精密方向发展，因此，在前沿科学和工程领域对精密位移技术的需求与日俱增．大行 程、高分辨率、位移计量是精密位移平台的三个关键性能指标[1]．清华大学精密仪器及机械学系研制的亚 微米弹性微位移工作台、分别控制两个压电驱动器的变形、获得X方向和y方向的微位移，定位精度达到 m[3]． ±0．03“m[2]．天津大学精密仪器与光电子工程学院也研制了类似的系统，定位精度达到了0．01 磨削加工，在机械加工隶属于精加工，加工量少、精度高．对工件的影响体现在切削力、磨削深度、功率 消耗、磨削温度以及磨削工件表面质量等[4]．白光垂直扫描干涉法作为一种常用的表面形貌光学测量法， 具有高精度、大量程、相位不模糊、非接触、面扫描的特点，在对表面进行三维形貌测量时所需的时间短、稳 定性高．通过自光干涉原理对砂轮表面的形貌测量来实现对切削质量的控制，从而达到提高工件质量的要 求．因此，本文致力于研制一款砂轮表面形貌检测用、满足精度要求的白光垂直扫描干涉仪三维运动机台． xy位移平台采用层叠式设计，Z向部分含粗精级运动并且共用一套光栅计量组件．在整体机台的设计过 程中，应综合考虑白光干涉仪光学检测部分对行程、精度、分辨率的要求以及砂轮尺寸大小来决定采用何 种结构，同时尽可能简化机械结构，减小外形尺寸，使其易于加工． 1 机台整体结构设计 白光干涉仪三维运动机台结构分为两部分，包括砂轮承载台及立柱部分，如图1所示． 砂轮承载台包括XY向位移平台以及旋转台、砂轮定位夹具；立柱部分包括桥式立柱部分以及带有柔 性铰链精级位移部分．其中旋转台绕垂直图1纸面轴线旋转，可以在图像采集时设定角度使砂轮旋转，便 4-】O-28 收稿日期：201 6)． 基金项目：困家自然科学基金项日(51075】60)；教育部新lIt纪优秀人才支持计划资助项目(NCET一10—o】1 通信作者：崔长彩(1972一)．女．教授．博士．主要从目}表面形貌精密测蜒技术及仪器研究．E—mail：cuichc@hqu．edu．cn 万方数据 第1期 钟浩明，等：砂轮测量用白光干涉仪三维运动机台设计 73 于实现后续图像拼接与处理；XY向位移平台提供砂轮整体水平二维运动；垂直运动机构(Z向)，主要包 含了步进电机单轴驱动器和压