[发明专利]一种用于高精度垂向伺服机构的游标式测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种用于高精度垂向伺服机构的游标式测量装置，其特征在于所述测量装置由气路部分、垂向运动部分、测量部分和测量补偿部分构成，其中： 

所述的的垂向运动部分由基座、内套筒、外套筒、上平面、运动直线电机以及垂向运动控制器组成；内套筒的下端与基座无缝固联，外套筒的上端与上平面无缝固联，外套筒的下端套于内套筒上部的外面，运动直线电机的定子固联在内套筒中，运动直线电机的动子一端与上平面固联，垂向运动控制器固定在定子上； 

所述的气路部分位于垂向运动部分外部，由高压气瓶、开关阀、比例阀、气压控制器组成，高压气瓶安装在基座上面，高压气瓶与内套筒之间连接有开关阀，比例阀与内套筒相连，气压控制器与比例阀连接； 

所述的测量部分位于垂向运动部分内部，由直线光栅和测量读数头组成，直线光栅固联在外套筒的内侧壁上，测量读数头固定在运动直线电机定子的顶端； 

所述的测量补偿部分位于垂向运动部分内部，由补偿直线电机、读数头、电容传感器、电容传感器基板和测量补偿控制器组成，补偿直线电机的定子固联在内套筒中，读数头固定在补偿直线电机定子的顶端，测量补偿控制器固定在补偿直线电机的定子上，电容传感器与电容传感器基板正面平行相对，电容传感器基板固定在补偿直线电机的动子顶端。 

2.根据权利要求1所述的用于高精度垂向伺服机构的游标式测量装置，其特征在于所述气路部分的各部件之间通过耐压管线连接。 

3.一种利用权利要求1-2任一权利要求所述的用于高精度垂向伺服机构的游标式测量装置进行位移测量的方法，其特征在于所述方法步骤如下： 

一、在测量装置安装完成后，通过高精度的激光干涉仪对直线光栅进行标定，减小了直线光栅制造中产生的非线性因素； 

二、打开开关阀，通过高压气瓶为内套筒腔部提供恒压气体，并通过气压控制器调节比例阀开度使外套筒部分得到重力补偿，同时气压在内外套筒之间形成气膜，保证其可以相对微小摩擦运动，减轻了直线电机的负重； 

三、垂向运动部分通过控制运动直线电机带动伺服机构垂向运动，在控制运动直线电机达到目标位置的过程中，当达到直线光栅的测量精度以后，暂停运动直线电机，然后控制补偿直线电机带动电容传感器的基板运动到目标位置的上一个经过激光干涉仪标定的直线光栅位移处，然后以此为电容传感器的基板位置，控制运动直线电机运动，通过电容传感器测得的位移量对实际位置进行精调，达到测量精度后，标定后的基板位移值和电容传感器的位移值之和即是最终的实际位移。

4.根据权利要求3所述的利用用于高精度垂向伺服机构的游标式测量装置进行位移测量的方法，其特征在于所述直线光栅的标定方法如下：将激光干涉仪和直线光栅相对平行放置，通过激光干涉仪依次对直线光栅每一个大刻度进行标定。 

5.根据权利要求4所述的利用用于高精度垂向伺服机构的游标式测量装置进行位移测量的方法，其特征在于所述两个相邻刻度之间不超过电容传感器的量程。