三坐标测量机精密移动平台各移动方向的结构设计

各个移动方向的结构设计
传动系统

    考虑到微流体测量移动平台必须能够实现 X、 Y、Z 三个方向特别是Z 向传动的自锁，而且移动平台并不是非常频繁地使用以及成本因素，三坐标精密移动平台的传动系统采用滑动丝杆副实现传动。滑动丝杆副结构简单，成本低，无需润滑系统而且具有自锁性能[4]。X、Y、Z 三个方向的螺旋传动中，以 X 方向的螺旋传动所需的力最大，通过移动平台传动时传导力的计算，X 方向采用 M10 的滑动丝杆副实现传动，以满足螺旋传动时的轴向和径向刚度。考虑到制造加工的方便和成本，X、Y、Z 三个方向的螺旋传动尺寸都采用M10 的滑动丝杆副。通过丝杆与螺母的定期配磨和预紧可保证其传动精度达到10 ìm 。
导向系统

    直线运动导轨副按照导轨面间的摩擦状态通常分为滚动导轨副和滑动导轨副两种。三坐标精密移动平台采用一对滚动直线导轨副作为导向部件滚动直线导轨副的特点是动、静摩擦阻力很小；随动性好；能实现高定位精度和重复定位精度；能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度；成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度；导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度大大提高；导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性，心部保持良好的机械性能；滚动直线导轨副已实现了标准化和系列化，使用时直接参照设计手册选用即可，从而简化了机械结构的设计和制造。
驱动系统

    在驱动装置的带动下，三坐标精密移动平台的滑动螺旋副将转动变为直线移动，从而使固定在丝杆螺母上的拖板作精确的直线移动。滑动螺旋副的转动采用手轮驱动。手轮直接固定在滑动丝杆的一端。人手以低速摇动时几乎不存在惯性力的作用，因为速度很慢，所以可以消除振动的影响。摇动手轮时引起拖板的移动的移动量的测量和显示则用基于容栅传感器的数显位移测量系统来实现。
数显位移测量系统

    三坐标精密移动平台采用电容耦合式位移传感器测量 X、Y、Z 三个方向拖板的位移，并且通过液晶显示装置显示出来。图 2 为电容耦合式容栅位移传感器的转动电极和静止电极的相对位置的展开图。转动电极固定于手轮内侧，随手轮同步转动。静止电极安装在支撑丝杆的右支撑座上，并对准转动电极。静止电极分为拾取电极和驱动电极，驱动电极共有四个，360°圆周方向均布，且分别加了等幅、等频和相位差为 90°的正弦电压信号。通过转动电极的电容耦合作用，静止电极上的拾取电极输出电压的变化取决于转动角度。可以看出，改进前的活页最大应力为798MPa，而且最大应力出现在活页与主体、活页轴相接触处上表面。在吊卡受载 3150kN 时，改后的吊卡等效应力。可以看出改进后的活页最大应力分别为771MPa，出现在活页与主体、活页轴相接触处上表面。改进后的活页同改进前的活页相比，其最大应力分布区域明显减少，也就是说活页的危险截面减少，这在一定程序上提高了活页的可靠性。另外，从应力分布图上也可以看出，改进后的活页的应力状况总体上来说比改进前的应力状况好得多。

　　　　容栅传感器静止电极上的驱动电极由二相振荡器的输出信号和其反相信号得到。拾取电极的输出电压由缓冲放大器接收放大，然后加在滤波器上，滤掉输出电极拾得的交流声。再经A/D 模数转换后通过显示电路由液晶显示屏显示位移数字值。计算电路、显示电路等都安装在液晶显示屏内（如图 1 中的三个液晶显示屏）。已知丝杆的公称直径和螺距，计算电路可以将转动电极和静止电极的相对运动角位移换算成丝杆螺母和拖板的直线位移。显示系统显示范围为 00.000～99.999，即位移显示分辨率为 0.001mm，单位为毫米。
结论

   （1）用三维有限元法求解了CDZ130/3150吊卡的应力场，并且找出了危险截面，为改进活页结构提供了依据；
   （2）通过对改进前和改进后的活页进行有限元分析，可以证实改进后的活页在强度和可靠性方面得到了很大的提高。可以根据需要设置成作绝对测量或相对测量显示，还可以作公英制显示转换。整套容栅传感器的测量显示系统用一节7号干电池作为电源，方便经济。