微纳弧度量级三维角度检查装置与方法

1.本发明属于精密测量技术领域，特别是涉及微纳弧度量级三维角度检查装置与方法。


背景技术：

2.在几何计量领域和仪器校准科技领域中，迫切需求在大工作范围下进行高分辨力、高维度的角度检查技术。它支撑着上述领域技术与仪器装备的发展。
3.在几何计量领域中，小角度检查仪可以在一定范围内产生微小角度偏转，可以用作标准角度的产生。
4.在仪器校准科技领域中，小角度检查装置主要用于精密角度测量仪器的示值校准，其在精密测量技术领域、光学工程领域、尖端科学实验领域和高端精密装备制造领域中均有重大应用，其示值校准意义重大。
5.传统小角度检查仪如图1所示，该装置包括带筋工作台1、工作台转轴2、工作台支撑件3、驱动装置4、第一定位指示计5、第二定位指示计6以及底座7；驱动装置4推动带筋工作台1绕工作台转轴2产生角度偏转；第一定位指示计5和第二定位指示计6联合测量计算角度偏转值，并对带筋工作台1进行闭环控制。在这种结构下，两定位指示计轴线间的距离一般为500mm；同时由于定位指示计对台面的限制、驱动方式单一严重影响角度发生范围和分辨力。这些条件限制，使得该装置难以进行多维度高分辨力角度检查。
6.综上所述，该系统存在以下两个问题：
7.第一、传统小角度检查仪由于工作台仅由一套驱动装置进行驱动，且两定位指示计只能进行一维角度测量，因此传统小角度检查仪仅能够进行一维角度检查，校准效率低，难以进行三维角度检查；
8.第二、传统小角度检查仪由于定位指示计的分辨力通常为0.1μm，且驱动装置的分辨力低，产生的角度分辨力通常为10-7
弧度量级(百纳弧度量级)，难以对更高分辨力的角度测量仪器进行校准。其定位指示计和驱动装置严重限制了小角度检查仪的分辨力提高。
9.因此传统小角度检查仪无法实现微纳弧度量级高分辨力的三维角度检查。


技术实现要素：

10.本发明目的是针对传统小角度检查仪所存在的无法进行三维角度检查以及无法实现微纳弧度量级的高角度分辨力角度检查的问题，提出了微纳弧度量级三维角度检查装置与方法。
11.该方法使用装有转台的工作台，通过驱动装置推动工作台绕转轴产生俯仰、偏航及滚转三个方向的角度偏转；利用两套正交布置的角度计量装置测量工作台的偏转量，根据所测量的偏转量实时进行闭环反馈控制，使工作台产生标准三维角度偏转，从而实现三维角度发生。实验表明，该方法能够产生标准的三维角度偏转，解决传统小角度检查仪无法进行三维角度发生的问题；
12.同时该方法使用高分辨力二维自准直仪作为角度计量装置，实现微纳弧度量级的角度分辨力测量；使用丝杠电机和压电陶瓷联合驱动，在丝杠电机进行粗定位的同时，压电陶瓷在反馈控制下进行精确定位。实验表明，该方法在量程范围内产生角度的分辨力可达微纳弧度量级，解决传统小角度检查仪无法产生微纳弧度量级角度偏转的问题；
13.因此，该发明同传统小角度检查仪相比，具有能够进行三维角度检查以及微纳弧度量级的高角度分辨力的技术优势。
14.本发明的目的是这样实现的：
15.本发明提出微纳弧度量级三维角度检查装置，包括带筋工作台、工作台转轴、工作台支撑件、第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机、底座、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一自准直仪、第二自准直仪、驱动模块电路板、主控模块电路板、显示输入模块电路板和转台；第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机控制带筋工作台绕工作台转轴产生滚转、俯仰角度的偏转；第一平面反射镜安装在带筋工作台的侧边随带筋工作台同时产生相同的角度偏转；第一自准直仪测量第一平面反射镜的角度值，即带筋工作台的角度值；转台、第二平面反射镜产生偏航角度偏转，第二自准直仪测量第二平面反射镜即转台的角度值；第一自准直仪、第二自准直仪测得角度值信号传入主控模块电路板，向驱动模块电路板发送反馈信号，驱动模块电路板对第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机及转台控制调节；
16.所述第一自准直仪、第二自准直仪是正交布置的高分辨力二维自准直仪；第一自准直仪与带筋工作台安装在同一高度，用于测量带筋工作台的角度偏转；第二自准直仪与转台安装在同一高度，用于测量转台的角度偏转；
17.所述第一平面反射镜是第一自准直仪的靶标，安装在带筋工作台侧面，反射面与安装面平行；第二平面反射镜是第二自准直仪的靶标，安装在转台曲面，反射面与第一平面反射镜的反射面互相垂直；
18.所述工作台转轴位于带筋工作台的左上角；第一压电陶瓷、第一丝杠电机位于带筋工作台的右上角；第二压电陶瓷、第二丝杠电机位于带筋工作台的左下角；第一丝杠电机、第二丝杠电机用于进行大位移粗定位；第一压电陶瓷、第二压电陶瓷用于进行微小位移精确定位。
19.本发明还提出一种在上述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，包括以下步骤：
20.步骤a、启动第一自准直仪、第二自准直仪、第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机和转台；
21.步骤b、将被检仪器放置在工作台上，并将示数调零；
22.步骤c、在显示输入模块电路板设定角度发生目标值；
23.步骤d、主控模块电路板接收显示输入模块电路板信号，并通过驱动模块电路板控制第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机和转台，使带筋工作台和转台发生偏转；
24.步骤e、控制第一压电陶瓷、第一丝杠电机不动，第二压电陶瓷、第二丝杠电机发生位移，使带筋工作台产生滚转角偏转；同时第一自准直仪通过靶标第一平面反射镜测量带筋工作台滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读
取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
25.步骤f、控制第二压电陶瓷、第二丝杠电机不动，第一压电陶瓷、第一丝杠电机发生位移，使带筋工作台产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪通过靶标第二平面反射镜测量带筋工作台俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
26.步骤g、控制第一压电陶瓷、第一丝杠电机、第二压电陶瓷、第二丝杠电机不动，使转台产生偏航角偏转；同时第二自准直仪通过靶标第二平面反射镜测量转台偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
27.步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
28.本发明的有益效果为：
29.1.针对传统小角度检查仪不能进行三维角度检查的问题，提出了一种微纳弧度量级三维角度检查方法。该方法通过三套驱动装置控制装有转台的工作台分别在俯仰、滚转和偏航方向产生角度偏转；正交分布的两套二维角度计量装置对工作台角度进行实时监测，根据所测量的角度进行实时闭环控制，从而使工作台产生标准三维角度；经实验验证，工作台能够产生标准三维角度偏转，解决了传统小角度检查仪无法进行三维角度检查的问题；
30.2.相较于传统小角度检查仪，本发明装置使用高分辨力自准直仪代替光栅尺作为角度计量装置，直接提高了角度计量装置的分辨力；最终角度计量装置的分辨力达到了微纳弧度量级，实现了微纳弧度量级角度测量；
31.3.针对传统小角度检查仪无法进行大行程高分辨力角度发生的问题，提出了在二维自准直仪角度测量反馈下使用丝杠电机和压电陶瓷联合驱动的角度发生方法。大行程、低位移分辨力的丝杠电机在大行程范围内实现粗定位的同时，小行程、高位移分辨力的压电陶瓷在角度计量装置的闭环反馈下实现精确定位，从而实现大行程、高分辨力的角度发生；最终能够在量程范围内产生微纳弧度量级角度位移，解决了传统小角度检查仪无法在大行程范围内产生微小角度的问题。
附图说明
32.图1是传统小角度检查仪的结构示意图。
33.图2a是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例一的侧视结构示意图。
34.图2b是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例一的俯视结构示意图。
35.图3a是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例二的侧视结构示意图。
36.图3b是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例二的俯视结构示意图。
37.图4a是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例三的侧视结构
示意图。
38.图4b是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例三的俯视结构示意图。
39.图5a是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例四的侧视结构示意图。
40.图5b是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例四的俯视结构示意图。
41.图6是具体实施例四改变驱动装置分布的角度发生装置布局图。
42.图7a是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例五的侧视结构示意图。
43.图7b是本发明微纳弧度量级三维角度检查装置与方法具体实施例五的俯视结构示意图。
44.图中：1带筋工作台、2工作台转轴、3工作台支撑件、4驱动装置、41第一压电陶瓷、42第一丝杠电机、43第二压电陶瓷、44第二丝杠电机、5第一定位指示计、6第二定位指示计、7底座、8第一平面反射镜、9第二平面反射镜、10第一自准直仪、11第二自准直仪、12驱动模块电路板、13主控模块电路板、14显示输入模块电路板、22转台、23第三自准直仪。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.具体实施例一
47.本实施例是微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例。
48.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置，结构示意图如图2a和图2b所示。该角度测量装置包括带筋工作台1、工作台转轴2、工作台支撑件3、驱动装置4(第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44)、底座7、第一平面反射镜8、第二平面反射镜9、第一自准直仪10、第二自准直仪11、驱动模块电路板12、主控模块电路板13、显示输入模块电路板14、转台22。
49.第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44控制带筋工作台1绕工作台转轴2产生滚转、俯仰角度的偏转；第一平面反射镜8安装在带筋工作台1的侧边随带筋工作台1同时产生相同的角度偏转；第一自准直仪10测量第一平面反射镜8的角度值，即带筋工作台1的角度值；转台22、第二平面反射镜9产生偏航角度偏转，第二自准直仪11测量第二平面反射镜9即转台22的角度值；第一自准直仪10、第二自准直仪11测得角度值信号传入主控模块电路板13，向驱动模块电路板12发送反馈信号，驱动模块电路板12对第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44控制调节；
50.所述第一自准直仪10、第二自准直仪11是正交布置的高分辨力二维自准直仪；第一自准直仪10与带筋工作台1安装在同一高度，用于测量带筋工作台1的角度偏转；第二自准直仪11与转台22安装在同一高度，用于测量转台22的角度偏转；
51.所述第一平面反射镜8是第一自准直仪10的靶标，安装在带筋工作台1侧面，反射面与安装面平行；第二平面反射镜9是第二自准直仪11的靶标，安装在转台22曲面，反射面与第一平面反射镜8的反射面互相垂直；
52.所述工作台转轴2位于带筋工作台1的左上角；第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42位于带筋工作台1的右上角；第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44位于带筋工作台1的左下角；第一丝杠电机42、第二丝杠电机44用于进行大位移粗定位；第一压电陶瓷41、第二压电陶瓷43用于进行微小位移精确定位。
53.测量原理如下：
54.通过显示输入模块电路板14设定角度发生目标值α、β、γ至主控模块电路板13，主控模块电路板13对驱动模块电路板12传输指令信号，驱动模块电路板12将控制信号传输至第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44、转台22产生三维角度偏转α1、β1、γ1。
55.第一自准直仪10、第二自准直仪11通过靶标第一平面反射镜8、第二平面反射镜9测量带筋工作台1、转台22的角度偏转值α1、β1、γ1。
56.将测得角度值信号传输至主控模块电路板13，通过驱动模块电路板12对第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44、转台22进行闭环反馈控制，精确产生三维角度偏转α、β、γ。
57.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例，包括以下步骤：
58.步骤a、启动第一自准直仪10、第二自准直仪11、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22；
59.步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台1上，并将示数调零；
60.步骤c、在显示输入模块电路板14设定角度发生目标值；
61.步骤d、主控模块电路板13接收显示输入模块电路板14信号，并通过驱动模块电路板12控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22，使带筋工作台1和转台22发生偏转；
62.步骤e、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42不动，第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44发生位移，使带筋工作台1产生滚转角偏转；同时第一自准直仪10通过靶标第一平面反射镜8测量带筋工作台1滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
63.步骤f、控制第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42发生位移，使带筋工作台1产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
64.步骤g、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，使转台22产生偏航角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量转台22偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
65.步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
66.本发明的创新点在于利用正交布置可进行二维角度测量的第一自准直仪10、第二自准直仪11同时测量带筋工作台1和转台22的角度，实现三维角度测量；利用高角度分辨力的第一自准直仪10、第二自准直仪11作为角度计量装置，极大提高了角度测量的分辨力，达到微纳弧度量级；利用第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44联合控制，第一自准直仪10、第二自准直仪11的角度测量的闭环反馈控制下第一丝杠电机42、第二丝杠电机44实现粗定位，第一压电陶瓷41、第二压电陶瓷43实现精确定位，实现了大量程微纳弧度量级的角度发生；最终系统能够进行微纳弧度量级三维角度检查，突破了传统小角度检查仪无法进行三维角度检查且角度发生分辨力低的问题。
67.因此，同传统小角度检查仪相比，本发明具有角度分辨力可达到微纳弧度量级以及能够进行三维角度检查的技术优势。
68.具体实施例二
69.本实施例是微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例。
70.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置，结构示意图如图3a和图3b所示。在具体实施例一的基础上，本实施例使工作台转轴2位于带筋工作台1左侧居中，第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44位于右侧对称布置；去掉了带筋工作台1在工作台转轴2两侧的多余台面。
71.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例，包括以下步骤：
72.步骤a、启动第一自准直仪10、第二自准直仪11、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22；
73.步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台1上，并将示数调零；
74.步骤c、在显示输入模块电路板14设定角度发生目标值；
75.步骤d、主控模块电路板13接收显示输入模块电路板14信号，并通过驱动模块电路板12控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22，使带筋工作台1和转台22发生偏转；
76.步骤e、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42与第二压电陶瓷42、第二丝杠电机44发生大小相同方向相反的位移，使带筋工作台1产生滚转角偏转；同时第一自准直仪10通过靶标第一平面反射镜8测量带筋工作台1滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
77.步骤f、控制第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44与第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台1产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
78.步骤g、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，使转台22产生偏航角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量转台22偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
79.步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
80.本发明的创新点在于改动工作台转轴2、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二
压电陶瓷43、第二丝杠电机44的位置分布以及带筋工作台1的形状，对称的结构使带劲工作台1在工作时受力更加均匀，发生形变小，减小了角度发生的误差。
81.具体实施例三
82.本实施例是微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例。
83.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置，结构示意图如图4a和图4b所示。在具体实施例一的基础上，本实施例使工作台转轴2、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42位于带筋工作台1上侧对称布置，第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44位于下侧居中；去掉了带筋工作台1在第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44两侧的多余台面。
84.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例，包括以下步骤：
85.步骤a、启动第一自准直仪10、第二自准直仪11、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22；
86.步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台1上，并将示数调零；
87.步骤c、在显示输入模块电路板14设定角度发生目标值；
88.步骤d、主控模块电路板13接收显示输入模块电路板14信号，并通过驱动模块电路板12控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22，使带筋工作台1和转台22发生偏转；
89.步骤e、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42不动，第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44发生位移，使带筋工作台1产生滚转角偏转；同时第一自准直仪10通过靶标第一平面反射镜8测量带筋工作台1滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
90.步骤f、控制第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44与第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42发生方向相同位移，第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44位移量为第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42位移量的一半，可使带筋工作台1产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
91.步骤g、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，使转台22产生偏航角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量转台22偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
92.步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
93.本发明的创新点在于改动工作台转轴2、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44的位置分布以及带筋工作台1的形状，对称的结构使带劲工作台1在工作时受力更加均匀，发生形变小，减小了角度发生的误差。
94.具体实施例四
95.本实施例是微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例。
96.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置，结构示意图如图5a和图5b所示。在具体实施例一的基础上，本实施例将第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44移至带筋工作台1右下角；去掉了带筋工作台1在工作台转轴2另一侧的多余台面。
97.或
98.在具体实施例一的基础上，本实施例将第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42移至带筋工作台1右下角；去掉了带筋工作台1在工作台转轴2另一侧的多余台面，如图6所示。
99.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例，包括以下步骤：
100.步骤a、启动第一自准直仪10、第二自准直仪11、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22；
101.步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台1上，并将示数调零；
102.步骤c、在显示输入模块电路板14设定角度发生目标值；
103.步骤d、主控模块电路板13接收显示输入模块电路板14信号，并通过驱动模块电路板12控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22，使带筋工作台1和转台22发生偏转；
104.步骤e、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42不动，第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44发生位移，使带筋工作台1产生滚转角偏转；同时第一自准直仪10通过靶标第一平面反射镜8测量带筋工作台1滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
105.或
106.控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42与第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台1产生滚转角偏转；同时第一自准直仪10通过靶标第一平面反射镜8测量带筋工作台1滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
107.步骤f、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42与第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台1产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
108.或
109.控制第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42发生位移，使带筋工作台1产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
110.步骤g、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，使转台22产生偏航角偏转；同时第二自准直仪11通过靶标第二平面反射镜9测量转台22偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
111.步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
112.本发明的创新点在于改动工作台转轴2、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44的位置分布以及带筋工作台1的形状，第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44位于同侧，降低了控制难度；带筋工作台合理减小台面面积，减轻重量，减弱带筋工作台1的形变，从而减小角度发生的误差。
113.具体实施例五
114.本实施例是微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例。
115.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置，结构示意图如图7a和图7b所示。在具体实施例一的基础上，本实施例使用可进行三维角度测量的第三自准直仪23作为角度计量装置替换第一自准直仪10和第二自准直仪11。
116.所述第三自准直仪23是高分辨力三维自准直仪，测量靶标为第二平面反射镜9，与转台22安装在同一高度。
117.本实施例的微纳弧度量级三维角度检查装置与方法实施例，包括以下步骤：
118.步骤a、启动第三自准直仪23、第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22；
119.步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台1上，并将示数调零；
120.步骤c、在显示输入模块电路板14设定角度发生目标值；
121.步骤d、主控模块电路板13接收显示输入模块电路板14信号，并通过驱动模块电路板12控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44和转台22，使带筋工作台1和转台22发生偏转；
122.步骤e、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42不动，第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44发生位移，使带筋工作台1产生滚转角偏转；同时第三自准直仪23通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；
123.步骤f、控制第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42发生位移，使带筋工作台1产生俯仰角偏转；同时第三自准直仪23通过靶标第二平面反射镜9测量带筋工作台1俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；
124.步骤g、控制第一压电陶瓷41、第一丝杠电机42、第二压电陶瓷43、第二丝杠电机44不动，使转台22产生偏航角偏转；同时第三自准直仪23通过靶标第二平面反射镜9测量转台22偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；
125.步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。
126.本发明的创新点在于使用能够进行三维角度测量的第三自准直仪23代替第一自准直仪10、第二自准直仪11作为角度计量模块，这种结构极大缩小了装置整体的体积，使仪器更加便携，同时可降低环境对系统装置的影响程度。
127.以上对本发明所提出的微纳弧度量级三维角度检查装置与方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，包括带筋工作台(1)、工作台转轴(2)、工作台支撑件(3)、驱动装置(4)、底座(7)、第一平面反射镜(8)、第二平面反射镜(9)、第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、驱动模块电路板(12)、主控模块电路板(13)、显示输入模块电路板(14)和转台(22)；所述驱动装置(4)包括第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)和第二丝杠电机(44)；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)控制带筋工作台(1)绕工作台转轴(2)产生滚转、俯仰角度的偏转；第一平面反射镜(8)安装在带筋工作台(1)的侧边随带筋工作台(1)同时产生相同的角度偏转；第一自准直仪(10)测量第一平面反射镜(8)的角度值，即带筋工作台(1)的角度值；转台(22)、第二平面反射镜(9)产生偏航角度偏转，第二自准直仪(11)测量第二平面反射镜(9)即转台(22)的角度值；第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)测得角度值信号传入主控模块电路板(13)，向驱动模块电路板(12)发送反馈信号，驱动模块电路板(12)对第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)控制调节；所述第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)是正交布置的高分辨力二维自准直仪；第一自准直仪(10)与带筋工作台(1)安装在同一高度，用于测量带筋工作台(1)的角度偏转；第二自准直仪(11)与转台(22)安装在同一高度，用于测量转台(22)的角度偏转；所述第一平面反射镜(8)是第一自准直仪(10)的靶标，安装在带筋工作台(1)侧面，反射面与安装面平行；第二平面反射镜(9)是第二自准直仪(11)的靶标，安装在转台(22)曲面，反射面与第一平面反射镜(8)的反射面互相垂直；所述工作台转轴(2)位于带筋工作台(1)的左上角；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)的右上角；第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于带筋工作台(1)的左下角；第一丝杠电机(41)、第二丝杠电机(42)用于进行大位移粗定位；第一压电陶瓷(43)、第二压电陶瓷(44)用于进行微小位移精确定位。2.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，改变工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)的分布位置；所述工作台转轴(2)位于带筋工作台(1)左侧居中，第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于右侧对称布置。3.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，改变工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)的分布位置；所述工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)上侧对称布置，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于下侧居中。4.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，改变工作台转轴(2)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)的分布位置；所述工作台转轴(2)位于左上角；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)右上角；第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于右下角；或
所述工作台转轴(2)位于左上角；第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位于带筋工作台(1)右下角；第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位于左下角。5.根据权利要求1所述的微纳弧度量级三维角度检查装置，其特征在于，使用第三自准直仪(23)代替第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)；所述第三自准直仪(23)可以进行三维角度测量，测量靶标为第二平面反射镜(9)，与转台(22)安装在同一高度。6.在权利要求1所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41、)第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)不动，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。7.在权利要求2所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)与第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电
机(44)发生大小相同方向相反的位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)与第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。8.在权利要求3所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)不动，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)与第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生方向相同位移，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)位移量为第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)位移量的一半，可使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内
的误差检定，完成三维角度检查。9.在权利要求4所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第一自准直仪(10)、第二自准直仪(11)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)不动，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；或控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)与第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第一自准直仪(10)通过靶标第一平面反射镜(8)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)与第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生大小方向均相同的位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；或控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第二自准直仪(11)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。10.在权利要求5所述微纳弧度量级三维角度检查装置上实现的微纳弧度量级三维角度检查方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、启动第三自准直仪(23)、第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)；
步骤b、将被检仪器放置在带筋工作台(1)上，并将示数调零；步骤c、在显示输入模块电路板(14)设定角度发生目标值；步骤d、主控模块电路板(13)接收显示输入模块电路板(14)信号，并通过驱动模块电路板(12)控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)和转台(22)，使带筋工作台(1)和转台(22)发生偏转；步骤e、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)不动，第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)发生位移，使带筋工作台(1)产生滚转角偏转；同时第三自准直仪(23)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)滚转角偏转值，对滚转角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准滚转角γ；同时读取被检仪器示数γ
′
，被检仪器在γ处误差为γ
′‑
γ；步骤f、控制第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)发生位移，使带筋工作台(1)产生俯仰角偏转；同时第三自准直仪(23)通过靶标第二平面反射镜(9)测量带筋工作台(1)俯仰角偏转值，对俯仰角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准俯仰角α；同时读取被检仪器示数α
′
，被检仪器在α处误差为α
′‑
α；步骤g、控制第一压电陶瓷(41)、第一丝杠电机(42)、第二压电陶瓷(43)、第二丝杠电机(44)不动，使转台(22)产生偏航角偏转；同时第三自准直仪(23)通过靶标第二平面反射镜(9)测量转台(22)偏航角偏转值，对偏航角发生进行实时闭环反馈控制，产生标准偏航角β；同时读取被检仪器示数β
′
，被检仪器在β处误差为β
′‑
β；步骤h、重复进行上述步骤c、步骤d、步骤e、步骤f、步骤g，完成被检仪器在量程范围内的误差检定，完成三维角度检查。

技术总结
本发明提出微纳弧度量级三维角度检查装置与方法。该装置由带筋工作台、工作台转轴、工作台支撑件、驱动装置、底座、平面反射镜、自准直仪、驱动模块电路板、主控模块电路板、显示输入模块电路板、转台组成；该方法通过驱动装置使工作台产生三维角度偏转，使用两套自准直系统测量三维角度偏转，并对工作台形成闭环反馈控制；由于本发明将两套角度计量装置正交布置，能够测得工作台的三维角度偏转；使用自准直系统作为角度计量装置，极大提高了角度测量分辨力；使用丝杠加压电陶瓷的联合驱动方式使工作台角度发生的分辨力更高，从而解决了小角度检查仪无法进行三维角度检查以及角度分辨力低的问题。力低的问题。力低的问题。


技术研发人员：石剑 李粤超 谭久彬
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/14