[0001] 本发明涉及超精密静压导轨的测试技术领域，尤其涉及一种超精密静压导轨的精度性能测试装置及试验平台。

[0002] 超精密静压导轨是超精密机床重要的核心功能部件，其性能直接影响超精密机床加工的工件表面质量，故对于超精密静压导轨各个性能指标的检测尤为重要。

[0003] 相关技术中，大多测试装置仅能够实现精密级的静压导轨的单一性能指标的测量，这导致超精密级的测量误差较大，且单一性能指标测量会导致在测试多个性能指标是
需要移动静压导轨，一方面不稳定因素增加会导致测量精准性的风险较高，且会降低测试
的效率。

[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳
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。

[0026] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0027] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领
域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

[0028] 在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第
一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或
仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”
可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特
征。

[0029] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性
表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可
以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领
域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征
进行结合和组合。

[0030] 下面结合图1‑图5描述本发明的一种超精密静压导轨的性能测试装置，包括基座1、工作平台2、导轨组件3、安装座4、防护罩5、激光干涉组件6、位移支架7和调整座8，基座1
设有多个气浮隔振件12，工作平台2与气浮隔振件12连接，并位于基座1上方，气浮隔振件12
用于支撑工作平台2，工作平台2用于支撑各部件。

[0031] 基座1设置于底面或其他的放置平台上，工作平台2通过气浮隔振件12与基座1连接，也就是气浮隔振件12设于基座1与工作平台2之间，气浮隔振件12能够实现振动的隔离，
从而避免了外部环境对于工作平上各个部件测试结果的影响，以提高检测精，从而能够实
现超精密级的检测。具体地，工作平台2通过气浮隔振件12支撑位于基座1的上方，并于基座
1之间具有一定的间隙。

[0032] 导轨组件3设于工作平台2上，导轨组件3包括两个间隔设置的滑轨31，滑轨31的两端均设有位置传感器32，且两个滑轨31之间形成有安装空间，安装座4设于安装空间内，安
装座4上设有用于安装待测工件40的滑动平台41，滑动平台41与安装座4滑动连接，滑动平
台41配置为沿第一方向X滑动。

[0033] 两个滑轨31固定设置于工作平台2上，两个滑轨31之间的间隔空间为安装空间，安装座4设置在安装空间内，且安装空间内配置有滑动平台41，滑动平台41能够沿第一方向X
滑动，通过这种方式设置能够提高待测工件40的灵活性，便于多个性能指标的测试。

[0034] 防护罩5设于工作平台2上，防护罩5由安装座4一端沿第一方向X延伸，以使得防护罩5在第一方向X上横跨安装座4，且防护罩5内形成有内部通道；激光干涉组件6设于防护罩
5远离安装座4一端，激光干涉组件6的激光发射端位于内部通道内，激光干涉组件6配置为
检测待测工件40的精度性能。在对于超精密静压导轨的位置精度以及重复度精度等测量时
往往需要通过激光实现其测量。

[0035] 防护罩5的设置，使得防护罩5的内部形成有内部空间，激光干涉组件6的激光发射端位于内部通道中，使得发射的激光束能够避免外部的环境的影响，从而能够实现超精密
级的静压导轨测量。

[0036] 位移支架7与滑轨31滑动连接，位移支架7设有刚度测试组件71，刚度测试组件71用于对待测工件40的刚度性能进行测试；调整座8设于安装座4的至少一侧，调整座8上设有
直线度检测组件，直线度检测组件用于检测待测工件40的直线度。对于超精密静压导轨的
各个性能指标测量需要具有较高的测量精度来实现测量，本实施例中，通过浮隔振件以及
防护罩5的设置，使其在进行测试时能够避免外部环境的干扰，从而能够实现各个性能指标
的精确测量，实现对于超精密级的静压导轨测量。

[0037] 可以理解的是，相关技术中一些典型的方式采用密封的特殊环境进行测量，这种方式由于特殊环境的局限性，导致整体成本过高，且不利于灵活布置。本实施例中，通过气
浮隔振件12能够隔离和减少外部振动对工作台的影响，从而能够便于装置的配置，且能够
实现工作平台2的稳定，从而提高检测精度。防护罩5的设置，使得激光干涉组件6能够在相
对密闭的环境下实现待测工件40的精确测量，提高了测量的精度。

[0038] 需要说明的是，本说明书中记载的待测工件40为超精密静压导轨，超精密静压导轨滑动安装于滑动平台41上，使得在需要不同位置或不同性能指标测试时能够配合动作。
滑动平台41滑动设置在安装座4上，具体可参考相关技术中溜板座的结构。也就是，滑动平
台41类似溜板座的支撑滑动平台，在安装座4上设有可滑动的导轨滑动平台滑动设于滑轨
上，其中在安装座4内还设有用于驱动滑动平台移动的驱动件，其中驱动件可以是液压缸或
其他直线驱动装置。

[0039] 根据本发明提供的一个实施例，基座1为矩形基座1，基座1的四个角上均设有气浮隔振件12，气浮隔振件12的一端与基座1连接，气浮隔振件12的另一端与工作平台2连接；其
中，四个气浮隔振件12通过管路系统与调节器121连接，调节器121的输入端与气源相连，以
通过调节器121调节气浮隔振件12的气压。气浮隔振件12能够实现对于振动的隔离，避免外
部的振动传递至工作台，从而导致测试的精准度下将，通过每一个角上设置气浮隔振件12
的方式使得工作台更加稳定，进而能够提升工作台上各个部件测量的精准性。

[0040] 具体设置时，调整座8上还能够设置电感表81等仪器设备以实现浮起量检测、热变形实验等。

[0041] 如图4所示，具体的实施方式中，管路系统包括输出管路122、主管路123、第一连通管路124和第二连通管路125，主管路123具有第一输出端口和第二输出端口，第一输出端口
与第一连通管路124连接，第一连通管路124与同一侧的两个气浮隔振件12连通，另一侧的
两个气浮隔振件12通过第二连通管路125连接，且其中一个气浮隔振件12与第二输出端口
相连。在进行隔离振动时需要每一气浮隔振件12具有合适的气压条件，本实施例中通过管
路系统将四个气浮隔振件12联动起来，实现了四个气浮隔振件12气压平衡，从而提高了整
个管路系统的稳定性，提高了工作平台2的稳定，进而能够实现高精度的测量。

[0042] 进一步的示例中，滑轨31沿第一方向X铺设，位移支架7与滑轨31滑动连接，在位移支架7上设有刚度测试组件71，刚度测试组件71能够对待测工件40的刚度实现检测。在安装
座4的至少一侧上设有调整座8，调整座8上设有直线度检测组件，通过直线度检测组件实现
对于待测工件40的直线度测量。本实施例中，通过激光干涉组件6能够实现待测工件40的位
置精度、重复度精度等性能指标的测量，通过刚度测试组件71和直线度检测组件能够实现
刚度以及直线度的指标测量。

[0043] 具体的实施例方式中，刚度测试组件71包括液压站、气缸711及压力传感器712，气缸711与液压站连通，压力传感器712设于气缸711的活塞杆上，活塞杆或气缸711上内置有
位移传感器，通过位移传感器能够对于活塞杆的位移量进行监测。整体采用一个闭环控制
系统，从操作台9发出一个起始电压指令，控制液压站上的比例阀输出一定压力的气压到气
缸711，气缸711活塞杆推进压力传感器712向前运动，顶到导轨上表面或者侧面，产生一定
压力并反馈给操作台9。操作台9将起始设定压力值与反馈回来的压力值比较，并修正输出
的电压值，直到反馈回来的压力值与设定值吻合。电感表81拾取在不同加载载荷下产生的
导轨位置变化量。平台软件计算的导轨静刚度。绘出“力‑位移”的关系曲线及“刚度‑力”的
关系曲线。

[0044] 根据本发明提供的一个实施例，位移支架7构造为门框状结构，位移支架7的顶部和位移支7架的至少一侧均设有刚度测试组件71。位移支架7能够沿滑轨31进行滑动，从而
能够到达待测工件40的任一位置，从而实现对于待测工件40各个部位的刚度检测。

[0045] 具体设置时，门框状的位移支架7顶部具有横梁结构，刚度测试组件71与横梁连接，从而能够实现竖直方向上的刚度测试，横梁结构的两端设有立柱，在至少一个立柱上设
有刚度测试组件71，从而能够实现侧向方向的刚度测试。进一步的示例中，在立柱的外侧壁
上设有把手，通过把手便于实现位移支架7的移动。

[0046] 可以理解的是，位移支架7的高度高于防护罩5以及安装座4的最高位置，滑轨31沿第一方向延伸并能够覆盖整个安装座4的长度，且滑轨31的一端超过安装座4的端部，使得
滑轨31的一段位于了安装座4的外部位置，位移支架7沿滑轨31进行滑动。当位移支架7处于
滑轨31的外部一段上时，能够便于防护罩5的拆卸，因为不需要通过激光干涉组件6进行位
置精度、重复度精度进行测量时需要将防护罩5拆卸下来，进行测量。在需要实现刚度测试
时通过滑动位移支架7至指定位置实现刚度测量。

[0047] 具体的实施方式中，位移支架7的底部设有锁止部件，锁止部件配置为在锁止状态时防止位移支架7移动。当需要进行刚度测试时，需要移动位移支架7到指定位置，到达指定
位置后需要停止移动保持稳定，本实施例中，通过锁止部的方式实现了位移支架7的锁止。

[0048] 具体应用中，锁止部件包括转动把手，转动把手连接有转动销轴，转动销轴设于位移支架7的底部，也就是立柱的底部，转动销轴上具有限位部，这使得在转动销轴转动一定
角度后限位部能够于滑轨31配合实现锁止，确保位移支架7的稳定。

[0049] 根据本发明提供的一个实施例，靠近防护罩5的两端均设有支撑架51，支撑架51的底部固定设置于工作平台2上，支撑架51的顶部与防护罩5连接，以支撑防护罩5。通过支撑
架51的方式便于防护罩5的拆卸，能够实现防护罩5的快速拆装。

[0050] 具体设置时，在安装座4沿第一方向的两端分别设有固定块82，固定块82与工作平台2连接，支撑架51设于固定块82上。其中固定块82上沿长度方向开始有连接槽，支撑架51
设于连接槽内，以实现对于防护遭的支撑，这种方式便于防护罩5的快速拆装。

[0051] 具体应用中，在防护罩5顶部的两端设有把手，通过把手方便防护罩5取下，能够实现防护罩5的快速拆装。

[0052] 根据本发明提供的一个实施例，激光干涉组件6包括激光干涉仪63、支撑组件61、干涉镜64和反射镜65；激光干涉仪63设于支撑组件61上，支撑组件61与工作平台2固定连
接；干涉镜64与激光干涉仪63在第一方向上间隔设置，且干涉镜64位于内部通道中，以使激
光干涉仪63发出的激光束穿过干涉镜64；反射镜65设于安装座4上，且反射镜65位于内部通
道中，反射镜65用于反射通过干涉镜64后的部分激光束。

[0053] 具体设置时，安装座4与工作平台2固定连接，在安装座4上设有滑动平台41，待测工件40滑动设置在滑动平台41上，在待测工件40的表面上设有溜板42，反射镜65与溜板42
连接，在进行检测时通过光路反射检测各种位置精度。

[0054] 在对于待测工件40进行位置精度测量时，激光干涉仪63发射激光束，激光束通过干涉镜64分成两束，一束用于作为参考光，另一束用于照射到测量待测工件40上，反射镜65
是设置在分出的参考光束上，它反射从激光光源发出的一部分光束，使其与从待测工件40
表面反射回来的光束相互干涉，以此实现各种位置精度检测。本实施例中，防护罩5内的内
部通道作为激光的光路通道，激光束有激光干涉仪63发出，然后通过干涉镜64作用，并最终
实现了对于待测工件40的高精度测量。

[0055] 具体设置时，干涉镜64通过一个支撑支座62连接，支撑支座62的底部通过螺栓与固定块82连接，支撑支座62的顶部位于防护罩5的下方，干涉镜64设置于支撑支座62的顶
部，支撑支座62的高度能够使得干涉镜64本体部分位于内部通道中。

[0056] 具体实施方式中，支撑组件61包括支撑座611、升降台612、磁力表座613和云台614；支撑座611固定设于工作平台2上，升降台612的底部设有升降杆，升降杆与支撑座611
滑动连接，磁力表座613的底部设于升降台612上，磁力表座613的顶部与云台614连接，云台
614用于安装所述激光干涉仪63；其中，支撑座611上设有调节部，调节部配置为能够与升降
杆抵接，以限制升降杆的移动。激光干涉仪63位于云台614上，其能够通过升降台612的调节
从而改变激光束的光路，能够实现与干涉镜64和反射镜65配合实现位置精度的检测。

[0057] 具体设置时，升降台612的顶部具有平台部，平台部的底面上连接有升降杆，升降杆插设于支撑座611上，支撑座611通过固定块82与工作平台2连接，调节部为调节螺栓。进
一步地，沿支撑座611的轴向开设有升降孔，升降杆插设于升降孔内，调节螺栓沿支撑座611
的径向设置，当激光干涉仪63处于工作位置时，通过拧紧调节螺栓，使得调节螺栓于升降杆
抵接，从而实现了对于升降台612的限定，确保了激光干涉仪63的稳定。

[0058] 其中，磁力表座613的底部具有磁吸部，磁吸部与升降台612连接，利于拆卸，在磁力表座613上设有连接杆，连接杆与云台614固定连接。

[0059] 根据本发明提供的一个实施例，安装座4的两侧均设有固定块82，每一固定块82上设有多个调整座8。固定块82沿其长度方向设有连接槽，安装座4通过连接槽连接，通过这种
方式设置能够通过多个调节座实现不同性能指标的测量，丰富了装置的测量功能。

[0060] 具体设置时，调整座8的顶部设有放置台，测试仪器等可设于放置台上，以便于对待测工件40实现测量。

[0061] 根据本发明提供的一个实施例中，基座1底部固定连接有多个垫铁11，多个垫铁11用于支撑基座1。垫铁11能够减小于地面或放置平台的接触面，从而能够减小外部振动等因
素的影响。

[0062] 下面通过举例对上述实施例提供的性能测试装置的多个测试功能进行介绍。

[0063] 刚度检测：导轨静刚度是指机床导轨负载或加工过程中抵抗变形的能力，以单位变形下承受的载和（竖直方向力/侧向力）表示。它反映了导轨在加工过程中精度保持能力，
是评判导轨性能的一项重要指标。本实施例中，首先将被测导轨安装在滑动平台41上，移动
位移支架7使位移支架7到达预定位置，然后将位移支架7锁紧，此时刚度测试组件71位于被
测导轨的中心位置，然后使用气缸711或油缸实现对溜板42在竖直方向和侧向上的加载，通
过位移传感器对导轨在竖直方向和侧向上的位移测量（气缸711或油缸内置的位移传感
器）。同时检测四点（或两点）位移传感器读数，电感表81读取数据取平均数作为形变量。其
中，做竖直方向刚度检测时，将压力传感器712（或电感测头）垂直于导轨水平面固定；做侧
向刚度检测时，将压力传感器712（或电感测头）垂直于导轨侧表面固定。

[0064] 直线度检测：如图7所示，静压导轨直线度反映了超精密机床的导向精度，是机床几何精度检测中一项重要指标。将平晶43（平晶43为一个长方体块状结构）放置在溜板42
上，以平晶43最光滑的面作为测量面，把用测该性能的电感表81座固定在调整座8上，表头
与平晶43的测量面接触。找正平晶43，使两端的电感表81值相等，移动溜板42，记下电感表
81读数的最大值和最小值，进行直线度检测，两值的差值即为直线度误差。

[0065] 导轨位置精度检测，具体地通过激光干涉组件6能够实现检测定位精度、重复定位精度。具体地：安装好防护罩5，并将激光干涉仪63、干涉镜64和反射镜65均调整到合适位
置，开启激光干涉仪63进行测量。具体可参考GB/T17421.1‑1998中A13的具体记载检测方
法。

[0066] 浮起量检测：将被测导轨安装在滑动平台41上；将电感测头固定于调整座8上，并使得电感测头的检测端垂直于导轨水平面的四个角的位置上，卸掉静压导轨中的压力油，
将电感表81调零；使用位移传感器，检测通油前后导轨四点油膜的厚度变化，千分表调零，
读数。之后调节油压或调整负载进行多参数检测。

[0067] 微进给实验，导轨微进给实验的目的是确定进行实验导轨运动方向的运动分辨率，即导轨最小步距。在第一方向的行程中任意一点，依次按照步距0.005μm，溜板42连续朝
第一方向的正向移动十步反向移动十步，测试第一方向运动的最小分辨率。具体在使用激
光干涉仪63时，按照GB/T 17421.1‑1998中A13的具体记载检测方法。

[0068] 热变形实验，导轨在运行过程中，环境温度、液压油温度会改变导轨自身温度，导致导轨姿态发生变化。导轨通油运行后，电感表81设于调整座8上，电感表81调零，观察导轨
运动时油温变化和电感表81示数。

[0069] 本发明的第二方面提供一种试验平台，包括数据处理系统（图中未示出）以及上述实施例中任一项所述的超精密静压导轨的精度性能测试装置，数据处理系统与精度性能测
试装置通信连接。通过数据处理系统实现对于检测中各个数据的采集，并通过对于采集的
数据进行处理，实现了实时检测结果的输出。具体地，数据处理系统包括操作台9。

[0070] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。