專利名稱：：微納米級(jí)三維測(cè)量“331”系統(tǒng)及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及微納米級(jí)三維坐標(biāo)測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說(shuō)是一種微納米級(jí)三維測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
：對(duì)于測(cè)量?jī)x器，除了要求傳感器精度外，儀器結(jié)構(gòu)上的合理布局可以使測(cè)量?jī)x器在機(jī)械加工精度較低的條件下，仍能獲得高的測(cè)量結(jié)果，降低測(cè)量系統(tǒng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)精度的要求。一百多年以來(lái)，測(cè)量系統(tǒng)都遵循阿貝原則，即當(dāng)測(cè)量時(shí)被測(cè)件的被測(cè)尺寸線與測(cè)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線相重合或者在其延長(zhǎng)線上時(shí)，測(cè)量誤差最小，不符合阿貝原則而產(chǎn)生的測(cè)量誤差稱為阿貝誤差。一維測(cè)量系統(tǒng)能夠做到滿足阿貝原則。而二維或三維的測(cè)量系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)上的限制，很難做到各維都滿足阿貝原則，導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)不可避免存在阿貝誤差。例如萬(wàn)能工具顯微鏡和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局均不符合阿貝原則，這種影響限制了測(cè)量?jī)x器精度的提高。現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局分析如下圖1為串聯(lián)式一維測(cè)量臺(tái)。測(cè)量臺(tái)座4固定不動(dòng)，在測(cè)量運(yùn)動(dòng)件1從位置①到位置②的線性距離中，被測(cè)線性距離量處于標(biāo)準(zhǔn)尺3的標(biāo)準(zhǔn)尺寸線2延長(zhǎng)線上，滿足阿貝原則。圖2為并聯(lián)式一維測(cè)量系統(tǒng)。圖2a所示，標(biāo)準(zhǔn)尺1與被測(cè)尺寸線2存在阿貝臂S。由于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度偏差，引起測(cè)量架3產(chǎn)生0的傾斜角，圖2b所示，其產(chǎn)生的測(cè)量誤差為AZ=S妙《S6>。一臺(tái)納米級(jí)測(cè)量機(jī)，其導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)面與標(biāo)尺光柵面不重合，存在S-10附m的阿貝臂，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生角度為6>=1"的傾斜，則會(huì)產(chǎn)生^=1%6>^=48柳的阿貝誤差。對(duì)于高精度測(cè)量來(lái)說(shuō)，這一影響是很大的。但是按照阿貝原則設(shè)計(jì)的儀器結(jié)構(gòu)尺寸又較大，所以往往采用并聯(lián)式的偽阿貝原則結(jié)構(gòu)布局，用提高導(dǎo)軌精度的措施或采用誤差修正方法來(lái)保證測(cè)量精度，顯然前者的制造成本較高，而后者具有時(shí)變性，需經(jīng)常修改軟件。很多二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)都違反阿貝原則，工具顯微鏡和二維數(shù)控機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)等，都是兩運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及測(cè)量平臺(tái)在不同的平面上。這樣被測(cè)件在測(cè)量平臺(tái)上測(cè)得的尺寸線段，與其對(duì)應(yīng)的測(cè)量標(biāo)尺會(huì)有很大的阿貝距離。圖3是一個(gè)常用的二維工作臺(tái)，X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌1、Y向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌2，以及測(cè)量平臺(tái)3不在同一平面上。數(shù)控平臺(tái)以電機(jī)絲杠傳動(dòng)，電機(jī)上的圓光柵編碼器記錄絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的移動(dòng)量。在這個(gè)系統(tǒng)中，絲杠為長(zhǎng)度計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)量。而被測(cè)量處在工作臺(tái)上，其X、Y向的測(cè)量，與標(biāo)尺之間分別有^和H2的阿貝臂。工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，X、Y導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)直線度誤差會(huì)分別被H!、H2放大。假設(shè)，測(cè)量平臺(tái)3與X軸絲杠中心距Z/,^10cm，測(cè)量平臺(tái)3有^=1"的運(yùn)動(dòng)俯仰偏差，則產(chǎn)生的X向誤差為AZ-Z^ge-480ww。三維系統(tǒng)相對(duì)更加復(fù)雜，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)就是常用的三維測(cè)量系統(tǒng)，與上面的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)類似，它也是明顯違背阿貝原則的。圖4為一典型的移動(dòng)橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。工作臺(tái)1是固定不動(dòng)的，橋框3可沿工作臺(tái)X向運(yùn)動(dòng)，滑架5沿橋框3沿Y向運(yùn)動(dòng)，主軸6可沿Z向運(yùn)動(dòng)。被測(cè)工件被安放在工作臺(tái)1上，測(cè)頭固定安裝在在主軸6的底端。分析其機(jī)構(gòu)布局可以看到X向光柵標(biāo)尺2在工作臺(tái)的一側(cè)，在Y方向存在很大的阿貝臂H1，橋框的偏擺會(huì)造成很大的阿貝誤差，對(duì)測(cè)量機(jī)的精度影響很大。并且，隨著測(cè)量機(jī)滑架5的Y向運(yùn)動(dòng)，阿貝臂Hi還在不斷變化；同樣，測(cè)頭與Y向光柵尺4也存在著Z向的阿貝臂H2，其也隨著主軸6的Z向運(yùn)動(dòng)而不斷變化。由于這種測(cè)量機(jī)跨度大，結(jié)構(gòu)布局上又存在著很大的不可避免的阿貝誤差，嚴(yán)重影響測(cè)量精度。用于減少或消除結(jié)構(gòu)布局帶來(lái)的測(cè)量誤差的各種方法-1、提高結(jié)構(gòu)精度。比如提高導(dǎo)軌的直線度，以減少運(yùn)動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)中的滾轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)等，降低直線度運(yùn)動(dòng)誤差；提高導(dǎo)軌的安裝、調(diào)整與加工的精度，降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)誤差。但是，機(jī)械加工精度每提高一個(gè)等級(jí)，都會(huì)導(dǎo)致成本數(shù)倍的增加。2、合理結(jié)構(gòu)布局、減少阿貝臂。阿貝誤差是測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)主要誤差源，采用更加合理的結(jié)構(gòu)布局，盡量減少被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)尺之間的距離，也就是阿貝距離，從誤差源頭降低系統(tǒng)的誤差。3、采用靜態(tài)誤差修正。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)測(cè)量機(jī)的精度有越來(lái)越高的要求，要完全通過(guò)提高制造精度、嚴(yán)格控制環(huán)境條件來(lái)實(shí)現(xiàn)高的測(cè)量精度，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都很困難。為了經(jīng)濟(jì)地達(dá)到高的測(cè)量精度，誤差修正技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。靜態(tài)誤差修正技術(shù)的基本思想是用精度更高的儀器將測(cè)量機(jī)的誤差檢測(cè)出來(lái)，以一定方式存入測(cè)量機(jī)的軟件中，在測(cè)量機(jī)工作時(shí)，按檢測(cè)的結(jié)果對(duì)誤差進(jìn)行修正。這種補(bǔ)償方法中，測(cè)量誤差按事先檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行修正，所以它只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，而不能補(bǔ)償隨機(jī)誤差。4、實(shí)時(shí)誤差修正。在測(cè)量機(jī)測(cè)量工件的同時(shí)，用隨機(jī)傳感器對(duì)測(cè)量機(jī)本身的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并按照檢測(cè)的結(jié)果對(duì)它進(jìn)行誤差修正，這種方法稱為實(shí)時(shí)誤差修正。它與靜態(tài)誤差修正的最大區(qū)別就是，由于它檢測(cè)得到的是測(cè)量機(jī)測(cè)量工件時(shí)的誤差，所以它能同時(shí)補(bǔ)償測(cè)量機(jī)的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。這樣，一些由于系統(tǒng)重復(fù)性不好、環(huán)境溫度變化等帶來(lái)的誤差，可以通過(guò)這種實(shí)時(shí)修正的方法來(lái)減少測(cè)量誤差。但是，實(shí)時(shí)誤差修正的方法相比靜態(tài)修正方法更為復(fù)雜，一方面，需要很多的實(shí)時(shí)響應(yīng)的高精度傳感器；另一方面，也要求整個(gè)軟件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性也要非常好。顯然，這種方法的成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種適用于小測(cè)量范圍上的微納米級(jí)三維測(cè)量"331"系統(tǒng)及其測(cè)量方法，其在三維方向上都滿足阿貝原則，從而能有效避免阿貝誤差，保證高測(cè)量精度。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下的技術(shù)方案。本發(fā)明微納米級(jí)三維測(cè)量"331"系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是-設(shè)置三維測(cè)量系統(tǒng)的X、Y、Z軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線相互垂直并相交于一交點(diǎn)上，以所述交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維坐標(biāo)系；設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量平臺(tái)的X軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、Y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面與測(cè)頭中心點(diǎn)所在的測(cè)量面三面共面形成重合平面，從而建立三維共平面測(cè)量平臺(tái)；設(shè)置所述X、Y、Z軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處于測(cè)量平臺(tái)的X軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、Y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、測(cè)量面三面的重合平面上；同時(shí)使X、Y軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線也與三面重合，使已建三維坐標(biāo)系的X、Y坐標(biāo)面與測(cè)量面重合；設(shè)置測(cè)頭中心點(diǎn)與三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線交點(diǎn)重合。本發(fā)明微納米級(jí)三維測(cè)量"331"系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于測(cè)量平臺(tái)由X向滑座、Y向滑座、工作滑臺(tái)和Z向可調(diào)工作臺(tái)以由外向內(nèi)逐一嵌套的結(jié)構(gòu)形式組成；其中，X向滑座和Y向滑座之間的X導(dǎo)軌面與Y向滑座和工作滑臺(tái)之間的Y導(dǎo)軌面與測(cè)頭中心所在的測(cè)量面處在同一面上，被測(cè)工件放在嵌套在工作滑臺(tái)中的Z向可調(diào)工作臺(tái)上。本發(fā)明微納米級(jí)三維測(cè)量"331"系統(tǒng)的測(cè)量方法的特點(diǎn)是鎖定測(cè)頭位置，固定在測(cè)量平臺(tái)上的被測(cè)件隨著測(cè)量平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，并向測(cè)頭逼近實(shí)現(xiàn)測(cè)量。本發(fā)明采用三軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線共點(diǎn)的方式構(gòu)建三維系統(tǒng)的空間坐標(biāo)系，測(cè)頭處在坐標(biāo)零點(diǎn)，以此保證任一被測(cè)點(diǎn)都處在標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線上。其次，由于測(cè)量系統(tǒng)的X、Y向?qū)к壝娌捎霉财矫鎸?dǎo)向，并且這兩面又與測(cè)量平臺(tái)的測(cè)量面重合，因而有效避免了傳統(tǒng)多維測(cè)量系統(tǒng)堆疊式的結(jié)構(gòu)布局存在的不可避免的阿貝誤差。關(guān)于本發(fā)明"331"結(jié)構(gòu)的具體論述1、三線共點(diǎn)。調(diào)整使三維測(cè)量系統(tǒng)的X、Y、Z軸三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線相互垂直并相交在測(cè)頭中心，然后鎖定三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線及測(cè)頭的位置和方向，建立整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的三維坐標(biāo)系。在調(diào)整使三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線精確垂直相交于一點(diǎn)且交點(diǎn)與測(cè)頭中心點(diǎn)重合后，即可以實(shí)現(xiàn)無(wú)論測(cè)量平臺(tái)的空間位置如何變化，始終能保證被測(cè)點(diǎn)處在三條測(cè)量線交點(diǎn)上，被測(cè)點(diǎn)不會(huì)存在由于測(cè)量平臺(tái)位置的變化而引起的測(cè)量誤差。圖6所述為測(cè)量的三線共點(diǎn)定位原理圖。2、三面共面。在三維測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)布局上，使X、Y兩維導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向面與工作臺(tái)測(cè)量面重合，這種共平面導(dǎo)向，消除了由于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向面不重合而產(chǎn)生的阿貝誤差。測(cè)量時(shí)被測(cè)件放在工作臺(tái)測(cè)量面上。對(duì)于MEMS微小零件，其厚度小，由高度差引起的近阿貝誤差可予忽略，但對(duì)于有一定高度的被測(cè)件，在測(cè)量時(shí)可能引起不可忽略的誤差。對(duì)于這種情況由兩種解決辦法一種是將工作臺(tái)測(cè)量面設(shè)計(jì)加工成低于共面位置，根據(jù)被測(cè)件高度來(lái)選擇相應(yīng)厚度的墊片，以保證被測(cè)面與導(dǎo)軌面共面；另一種方法是將臺(tái)面設(shè)計(jì)成可作Z向位移的組件，但其位移控制精度要求不高，只需控制被測(cè)工件的測(cè)量面與導(dǎo)軌面重合度在0.10.2mm以內(nèi)即可。例如三維測(cè)量平臺(tái)，其兩導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)面不重合，存在S二O.lmm的阿貝臂，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)傾斜角度為^=1"，則產(chǎn)生的測(cè)量誤差A(yù)I-S/ges^^0.48nm，影響非常小。在實(shí)際加工裝配或控制中，兩導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)面重合誤差可以做到更小，這樣導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差引起的阿貝誤差接近于零，實(shí)現(xiàn)"零阿貝誤差"。三面共面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。3、點(diǎn)面重合。在三維測(cè)量系統(tǒng)布局和裝配滿足"三線共點(diǎn)"和"三面共面"后，使三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線相交的交點(diǎn)(即測(cè)頭中心)落在X、Y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面與測(cè)量面所重合的平面上，且使X、Y軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線所建立的平面直角坐標(biāo)系與測(cè)量面重合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量機(jī)整體布局的"331原則"，從而保證測(cè)量點(diǎn)在三維空間的任一處的測(cè)量值不存在阿貝誤差，其結(jié)構(gòu)布局如圖7所示，測(cè)量平臺(tái)中的各構(gòu)件采用嵌套的結(jié)構(gòu)形式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明基于共平面導(dǎo)向、標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線共點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)與導(dǎo)向面重合的"331"結(jié)構(gòu)，不僅克服了傳統(tǒng)三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)堆棧式的結(jié)構(gòu)而帶來(lái)的不可避免阿貝誤差的問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了三維測(cè)量空間上的"零阿貝誤差"。但由于這嵌套式的共平面結(jié)構(gòu)布局，限制了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍，可適用于測(cè)量范圍較小，但測(cè)量精度要求較高的微納米級(jí)測(cè)量。這種基于"331原則"的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為高精度納米級(jí)三維測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局提供了創(chuàng)新設(shè)計(jì)原則，將可大大降低儀器制造成本，具有廣泛實(shí)用價(jià)值。圖1為已有技術(shù)中串聯(lián)式一維測(cè)量臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a、圖2b為已有技術(shù)中并聯(lián)式一維測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為已有技術(shù)中二維工作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為已有技術(shù)中移動(dòng)橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。圖5a為本發(fā)明X向滑座結(jié)構(gòu)示意圖。圖5b為本發(fā)明Y向滑座結(jié)構(gòu)示意圖。圖5c為本發(fā)明工作滑臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5d為本發(fā)明三維共面測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明三線共點(diǎn)原理圖示意圖。圖7為本發(fā)明三維測(cè)量"331"系統(tǒng)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1為X向滑座、11為X導(dǎo)軌面、2為Y向滑座、21為Y導(dǎo)軌面、3工作滑臺(tái)、31工作臺(tái)測(cè)量面、4為Z向可調(diào)工作臺(tái)面、5為X軸計(jì)量?jī)x器、6為Y軸計(jì)量?jī)x器、7為Z軸計(jì)量?jī)x器、8為Z向測(cè)桿、9為測(cè)頭。以下通過(guò)具體實(shí)施方式，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施例方式圖7所示為滿足三線共線、三面共面和點(diǎn)面重合的"331原則"的三維運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖。為了實(shí)現(xiàn)符合"331原則"的結(jié)構(gòu)布局，需要在結(jié)構(gòu)裝配時(shí)進(jìn)行精確的調(diào)整，實(shí)際調(diào)整分為以下四個(gè)步驟1、調(diào)整共平面三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和三線共點(diǎn)系統(tǒng)如圖5d所示，首先裝配三維共平面系統(tǒng)；整個(gè)三維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)主要由X向滑座1(圖5a所示)、Y向滑座2(圖5b所示)、工作滑臺(tái)3(圖5c所示)和Z向可調(diào)工作臺(tái)4(圖5c所示)組成，這四部分以由外向內(nèi)逐一嵌套的結(jié)構(gòu)布局形式組成，被測(cè)工件放在嵌套在工作滑臺(tái)中的Z向可調(diào)工作臺(tái)上。其中X導(dǎo)軌面ll、Y導(dǎo)軌面21、工作臺(tái)測(cè)量面31三面處在同一平面上。整個(gè)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的共平面特性是由制造來(lái)保證的，因此平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度由制造精度所確定。調(diào)整三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的X、Y、Z運(yùn)動(dòng)方向分別與圖6中X、Y、Z軸三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線相平行，以保證三線相互垂直。2、調(diào)整三線共點(diǎn)如圖6所示，調(diào)整使X軸計(jì)量?jī)x器5、Y軸計(jì)量?jī)x器6和Z軸計(jì)量?jī)x器7的三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線兩兩垂直、且在同一平面上，以保證三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線相交在一點(diǎn)(圖中0點(diǎn))上，各計(jì)量?jī)x器可以是標(biāo)尺或激光干涉儀等。3、調(diào)整點(diǎn)面重合調(diào)整三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線交點(diǎn)與X、Y兩維導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向面與工作臺(tái)測(cè)量面的重合面相重合。4、調(diào)整測(cè)頭位置如圖7所示，最后調(diào)整測(cè)頭9的中心與三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線交點(diǎn)和三面共平面重合，并調(diào)整Z向測(cè)桿8處在Z向標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線上。在儀器測(cè)量過(guò)程中，始終保持測(cè)頭的位置不變，通過(guò)移動(dòng)工作滑臺(tái)3來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)工件所需尺寸的測(cè)量，由此可以保證任一測(cè)量點(diǎn)都處在三面共面的零阿貝測(cè)量面上。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于被測(cè)工件具有一定的厚度，可以通過(guò)調(diào)整Z向可調(diào)工作臺(tái)4的高度，使被測(cè)點(diǎn)始終與被測(cè)面重合使被測(cè)點(diǎn)始終處在零阿貝測(cè)量面上。測(cè)量系統(tǒng)布局在符合"331"結(jié)構(gòu)形式后，測(cè)量結(jié)果將不再存在阿貝誤差，或其影響很小，可予忽略。此時(shí)，只存在由導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)直線度誤差引起測(cè)量的二次誤差，而這一影響甚微。設(shè)由于導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)誤差引起平臺(tái)偏擺P角度，行程/，則測(cè)量誤差為AI=/(1-cos60"丄W2，6的影響為二次誤差。2假設(shè)^=1"，/=10mw，則產(chǎn)生的二次誤差為AI=/(1—cos60-丄W2=0.12"m2若夕=5"時(shí)，AL=2.9"/w由此可知，由導(dǎo)軌直線度誤差所引起的二次誤差可不予考慮，而只需考慮一次誤差的影響。表l給出幾個(gè)算例，在不同參數(shù)時(shí)，由于導(dǎo)軌直線度誤差所產(chǎn)生的一次測(cè)量誤差。表1導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)誤差所產(chǎn)生的一次測(cè)量誤差算例<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表1數(shù)據(jù)可知，保證達(dá)到表中工作臺(tái)制造精度和共點(diǎn)(面)精度，這是較為一般的技術(shù)。這種共平面和共測(cè)量線的結(jié)構(gòu)布局，不需要特殊的精密技術(shù)，因此制造成本不高。權(quán)利要求1、微納米級(jí)三維測(cè)量“331”系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)構(gòu)成為設(shè)置三維測(cè)量系統(tǒng)的X、Y、Z軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線相互垂直并相交于一交點(diǎn)上，以所述交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維坐標(biāo)系；設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量平臺(tái)的X軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、Y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面與測(cè)頭中心點(diǎn)所在的測(cè)量面三面共面形成重合平面，從而建立三維共平面測(cè)量平臺(tái)；設(shè)置所述X、Y、Z軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處于測(cè)量平臺(tái)的X軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、Y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、測(cè)量面三面的重合平面上；同時(shí)使X、Y軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線也與三面重合，使已建三維坐標(biāo)系的X、Y坐標(biāo)面與測(cè)量面重合；設(shè)置測(cè)頭中心點(diǎn)與三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線交點(diǎn)重合。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米級(jí)三維測(cè)量"331"系統(tǒng)，其特征是測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量平臺(tái)由X向滑座(1)、Y向滑座(2)、工作滑臺(tái)(3)和Z向可調(diào)工作臺(tái)(4)以由外向內(nèi)逐一嵌套的結(jié)構(gòu)形式組成；其中，X向滑座U)和Y向滑座(2)之間的X導(dǎo)軌面(11)與Y向滑座(2)和工作滑臺(tái)(3)之間的Y導(dǎo)軌面(12)與測(cè)頭中心所在的測(cè)量面處在同一面上，被測(cè)工件放在嵌套在工作滑臺(tái)(3)中的Z向可調(diào)工作臺(tái)(4)上。3、一種權(quán)利要求1所述微納米級(jí)三維測(cè)量"331"系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征是鎖定測(cè)頭位置，固定在測(cè)量平臺(tái)上的被測(cè)件隨著測(cè)量平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，并向測(cè)頭逼近實(shí)現(xiàn)測(cè)量。全文摘要微納米級(jí)三維測(cè)量“331”系統(tǒng)及其測(cè)量方法，其特征是設(shè)置三維測(cè)量系統(tǒng)X、Y、Z軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線相互垂直并相交于一交點(diǎn)上，以交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維坐標(biāo)系；設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量平臺(tái)的X軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面、Y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面與測(cè)頭中心點(diǎn)所在的測(cè)量面三面共面形成重合平面；設(shè)置X、Y、Z軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處于測(cè)量平臺(tái)的重合平面上；同時(shí)使X、Y軸標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線也與三面重合，使已建三維坐標(biāo)系的X、Y坐標(biāo)面與測(cè)量面重合；設(shè)置測(cè)頭中心點(diǎn)與三條標(biāo)準(zhǔn)量尺寸線或其延長(zhǎng)線交點(diǎn)重合。本發(fā)明在三維方向上都滿足阿貝原則，從而能有效避免阿貝誤差，保證高測(cè)量精度。文檔編號(hào)G01B5/008GK101419044SQ20081019674公開日2009年4月29日申請(qǐng)日期2008年9月19日優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日發(fā)明者平尚,王晨晨,費(fèi)業(yè)泰申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)