CN103185683B - 气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台包含一个精密比测平台单元、一个气浮载具及一个供气系统，精密比测平台单元包括一个精密平台、一个气压缸及一个千分表，将千分表抵于待测物表面进行归零，而后启动供气系统使待测物浮起，读取千分表数值得知气膜厚度，接续地，气压缸向下施压力于待测物至不浮起，读取气压缸数值得知气膜承载力，本发明统一由供气系统供应待测物浮起与检测承载力，并且可调整气压缸所施加的负载大小，而通过设定气压缸的气压系统参数，量测出待测物在不同供气条件与不同负载能力的情况下气膜刚性数值，达到快速量测的目的。

Description

气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种气膜刚性检测平台，特别是涉及一种气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台及其使用方法。

背景技术

参阅图1，以往的一种气膜刚性检测平台1，包括一个平台11、一个置于该平台11上的气浮载具12、一个连接该气浮载具12的供气系统13、一个架设于该平台11且位于该气浮载具12上方的千分表14，及一个架设于该平台11且位于该气浮载具12上方的机械式感测器15，该机械式感测器15可以是荷重感测器。

此处以该气浮载具12向下喷气作为说明，也就是该气浮载具12为待测物，进行检测时，先将该千分表14轻触于该气浮载具12表面做归零动作，接着，开启该供气系统13使该气浮载具12浮起，读取该千分表14的数据，得到该气浮载具12的气膜厚度，而后，启动该荷重试验机，使感测头逐渐下降至接触到该气浮载具12，直至该气浮载具12底部完全接触平台11，所测得的荷重值为承载力，通过下式计算后得气膜刚性：

J＝W/H，

J为气膜刚性(单位：N/μm)，W为承载力，H为气膜厚度。

以往的气膜刚性检测平台1所使用的机械式感测器15，其启动后机械式感测器15将开始下降，当机械式感测器15接触到气浮载具12表面的同时，机械式感测器15开始对气浮载具12施加负载，当气浮载具12受到机械式感测器15所施加的负载，气浮载具12之气膜同时会回馈一个反作用力予机械式感测器15，此反作用力即为气膜承载力；当机械式感测器15负载大于气膜承载力时，感测器15测头将持续下降，而气浮载具12之气膜厚度将逐渐减少；反之当机械式感测器15负载小于气膜承载力时，机械式感测器15测头将会上升，而气浮载具12之气膜厚度将逐渐增加；而当气膜承载力等于感测器15负载时，则两者将保持平衡且静止不动。

由于机械式感测器15为机械式，出力范围与规格固定，而无法依待测物性能调整出力范围，且仅可量测气膜刚性的最大值。以往在量测气膜刚性时，机械式感测器15之测头从伸出至接触气浮载具12，最后使气浮载具12底面完全接触设备平台11之台面后，机械式感测器15之测头才完全停止，并开始计算在这施压过程中感测器15施予气浮载具12之最大负载值是多少，故以往的检测方式仅能量测气浮载具12之气膜刚性最大值，且由于机械式感测器15是在被测物完全接触设备平台11之台面时，才开始计算负载值，故以往的量测结果往往高估了气浮载具12本身之气膜刚性，其结果是有误差的。

以往气膜厚度的大小受到供气系统13的设定参数所影响，当设定参数调升到某个数值时，气膜厚度受到被测物规格之限制而将不会再增加，此时气膜厚度值即为初始气膜厚度值，初始气膜厚度值是当被测物尚未承受任何负载的情况下，所达到的气膜厚度值，故初始气膜厚度可视为最大气膜厚度；而当被测物受到负载作用导致气膜厚度逐渐减少时，当气膜厚度趋近于零时但不等于零，此气膜厚度值即为气膜厚度最小值。

当气浮载具12受到负载作用导致气膜厚度逐渐下降的同时，气膜厚度愈小相对地导致气膜密度愈大，气膜密度愈大将造成气膜承载力愈大；故最大气膜承载力为最小气膜厚度所能承受之最大负载值，即为最大气膜承载力；而最小气膜承载力则为初始气膜厚度所能承受之最大负载值，即为最小气膜负载力。

值得强调的是，以往的气浮载具12的供气系统13与机械式感测器15之能源型态为两套不同的系统，气浮载具12固定仅能以气压系统的供气系统13为供应型态，而机械式感测器15可以为机械能转动能，或电能转动能等各种供应形态，故以往仅能针对气浮载具12之供气系统13进行调整，而供气系统13的设定将影响气浮载具12之负载能力大小；以往的机械式感测器15之规格设计是固定的，当气浮载具12之负载能力超出量测设备之容许范围，将会产生机械式感测器15无法测得气浮载具12之最大负载能力。

因此，一种可以快速量测的气膜刚性检测平台，为目前相关业者的研发目标之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以快速量测的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台及其使用方法。

本发明气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台，包含一个精密比测平台单元、一个气浮载具，及一个供气系统，该精密比测平台单元包括一个用于提供平坦表面的精密平台、一个设置于该精密平台上方的气压缸，及一个设置于该精密平台上方且连接于该气压缸的千分表，该气浮载具放置于该精密平台上，该供气系统连接该气浮载具与该精密比测平台单元的气压缸。

本发明所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台，该供气系统包括一个用于提供气源的空气压缩机、一个连接该空气压缩机的调压阀，及多个分别连接于该气浮载具、气压缸与调压阀间的流量控制阀。

本发明气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法包含以下步骤：

(A)准备一个如权利要求1所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台；

(B)将该千分表抵于一待测物表面，进行该千分表归零；

(C)启动该供气系统使该待测物浮起，读取该千分表数值，得知气膜厚度；

(D)启动该气压缸以向下施压力于该待测物，向下施压力至待测物不浮起，读取该气压缸数值，得知气膜的承载力。

本发明所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，该步骤(A)中，该供气系统包括一个用于提供气源的空气压缩机、一个连接该空气压缩机的调压阀，及多个分别连接于该气浮载具、气压缸与调压阀间的流量控制阀，该步骤(C)中，开启位于该调压阀与该气浮载具间的流量控制阀，该步骤(D)中，开启位于该调压阀与该气压缸间的流量控制阀。

本发明所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，该步骤(B)中，待测物为气浮载具。

本发明的有益效果在于：通过使用气压缸，统一由供气系统供应待测物浮起与检测承载力，并且可依待测物的性能调整气压缸所施加的负载大小，也可迅速更换合适规格的气压缸，而透过设定气压缸的气压系统参数，量测出待测物在不同的供气条件与承受不同负载能力的情况下气膜刚性的数值，达到快速量测的目的。

附图说明

图1是以往的一种利用荷重试验机的气膜刚性检测平台的示意图；

图2是本发明气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的第一较佳实施例的示意图；

图3是本发明第一较佳实施例的使用方法的流程图；

图4是本发明气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的第二较佳实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2与图3，本发明气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台及其使用方法之第一较佳实施例包含一个精密比测平台单元2、一个气浮载具3，及一个供气系统4。

该精密比测平台单元2包括一个用于提供平坦表面的精密平台21、一个连接设置于该精密平台21上方的气压缸22，及一个连接设置于该精密平台21上方且连接于该气压缸22的千分表23，该千分表23与该气压缸22安装于同一个水平面上，且可以同时调整该千分表23与气压缸22相对该精密平台21的高度。

该精密平台21的材质可以是天然花岗岩、人造石、铸铁、铝蜂巢等等。

该气浮载具3放置于该精密平台21上，在本第一较佳实施例中，该气浮载具3即为待测物A，该气浮载具3向下朝该精密平台21喷气，当该气浮载具3浮起之后，可将欲运送的物品放置于该气浮载具3上，借此省力搬运，一般适用于运送负载较大的物品，本第一较佳实施例属于重负载型气压系统。

该供气系统4连接该气浮载具3与该精密比测平台单元2的气压缸22，该供气系统4包括一个用于提供气源的空气压缩机41、一个连接该空气压缩机41的调压阀42，及多个分别连接于该气浮载具3、气压缸22与调压阀42间的流量控制阀43，该调压阀42用于调整空气压力，所述流量控制阀43用于调整气浮载具3、气压缸22所施加的负载大小。

更进一步说明的是，该供气系统4还包括一个设置于该空气压缩机41与调压阀42之间的冷冻干燥机44、一个设置于该冷冻干燥机44与调压阀42之间的储气桶45、一个设置于该调压阀42与该流量控制阀43间的精密过滤器46，及一个设置于该精密过滤器46与该流量控制阀43间的方向控制阀47，该冷冻干燥机44用于降低空气湿度，该储气桶45用于稳定空气压力，该精密过滤器46用于过滤空气杂质，该方向控制阀47用于控制气压缸22伸出或缩回出力方向，本第一较佳实施例该方向控制阀47使用曲柄式五口三位方向控制阀，以手动曲柄控制方式，切换所述流量控制阀43，借此变换管路内气体流动之方向或使其静止，来驱动气压缸22执行伸出或缩回之动作。在本实例中，所述流量控制阀43分别连接在气压缸22与调压阀42间，以及气浮载具3与调压阀42间。

依据待测物A的几何外形与实际测试情况等不同的条件，可以更换该千分表23、气压缸22、调压阀42、流量控制阀43等元件，当待测物A之气膜厚度较微小时，就必须更换高精度千分表23、低负载气压缸22、高精度之调压阀42与流量控制阀43，方可准确测得较准确之气膜刚性；当待测物A之负载能力过大时，则必须更换高负载之气压缸22、调压阀42与流量控制阀43，提高最大负载范围，方可测得待测物A之负载能力。

参见图3，本第一较佳实施例中，气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，包含以下步骤：

步骤100，首先，准备本发明之气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台，并依待测物A的量测条件，调整该供气系统4，也就是依待测物A之几何形状与气流模式，初步判断待测物A是否适合重负载型气压系统；在操作时，主要在于调整供气系统4之调压阀42与流量控制阀43，来达到气压与流量之大小控制，而量测模式为气压、流量皆由小到大。

步骤200，接着，将该千分表23轻触并抵于待测物A表面，进行该千分表23归零的动作。

步骤300，启动该供气系统4，并开启位于该调压阀42与该气浮载具3间的流量控制阀43，使待测物A浮起，读取该千分表23数值，待千分表23所量测的数值趋于稳定后，得知气膜厚度。

步骤400，开启位于该调压阀42与该气压缸22间的流量控制阀43，启动该气压缸22以向下施压力于待测物A，向下施压力至待测物A不浮起，读取该气压缸22数值，得知气膜的承载力。

更进一步说明的是，该步骤400中，该气压缸22的测头伸出至接触待测物A上方表面，并开始对待测物A施加负载，使待测物A的气膜厚度开始下降，下降至待测物A底面与精密平台21顶面完全贴合时，此时该千分表23数值为零，而后开始调整该气压缸22所施加的负载大小，调整至该千分表23数值即将开始产生变化但数值仍为零时，该气压缸22所施加的负载大小，即为待测物A气膜之承载力。

通过下式计算后得气膜刚性：

J＝W/H，

J为气膜刚性(单位：N/μm)，W为承载力，H为气膜厚度。

参阅图4，本发明气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的第二较佳实施例与该第一较佳实施例构件与组装方式大致相同，不同处在于该第二较佳实施例中，放置待测物A于该气浮载具3上，该气浮载具3向上喷气使该待测物A浮起，也就是将大面积的板材，例如玻璃基板、电路板、液晶面板等置于该气浮载具3上方时，该气浮载具3与待测物A间会形成一层气膜，使待测物A能够浮起，借此达到非接触输送的效果，一般是用于面积大且重量较轻的物品，本第二较佳实施例属于轻负载型气压系统。

综上所述，本发明的优点在于：

一、本发明将以往机械式感测器，改以该气压缸22的形式来给予待测物A负载，将施力系统与该气浮载具3整合为一，统一由该供气系统4供应待测物A浮起，以及供应该气压缸22具备负载能力，保留了可对待测物A进行供气条件与负载能力的调整特性，还衍生出借由供气系统4调整气压缸22的负载能力，而透过气压系统4的调压阀42与流量控制阀43来调整气体的压力与流量，即可达到控制气压缸22测头的移动速度与负载大小，如此待测物A即可承受不同的负载能力。

二、以往的量测方式的出力范围与规格多为固定，而本发明则可依待测物A的量测条件，调整该气压缸22所施加的负载大小范围，以及可迅速更换合适规格的气压缸22，例如，当待测物A的负载能力较小时，则必须将针对气压缸22的负载规格，由大到小依序更换，直至可准确测得待测物A的负载能力；反之，当待测物A的负载能力较大时，则必须将气压缸22的负载规格，由小至大依序更换，直至可准确测得待测物A的最大负载能力。

三、本发明可借由设定该气压缸22的气压系统参数，量测出待测物A在不同的供气条件与承受不同负载能力的情况下，气膜刚性的数值，达到快速量测的目的，其中，不同负载能力由气压缸22、调压阀42、流量控制阀43所控制，调压阀42与流量控制阀43分别调整气压缸22的移动速度与负载能力，以往的量测模式仅可量测最大气膜承载力，其量测模式无弹性调整的空间；而本发明可控制气压缸22的负载大小，可以由小至大或由大至小的量测方式进行量测，并可任意设定气压缸22的负载大小，以测得在某一气压缸22的负载值下，待测物A的气膜厚度。

四、以往因机械式感测器所施加的负载大小多为固定，若待测物A的承载力超出机械式感测器所施加的负载大小范围，则机械式感测器无法精准量测出待测物A的承载力，本发明以该气压缸22来量测待测物A的承载力，因此可依据量测情况，调整该气压缸22的压力与流量，甚至更换成不同规格的气压缸22，以获得较精确的承载力量测值，使得本发明具备弹性调整量测范围的特点。

Claims (6)

1.一种气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台，其特征在于：该气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台包含一个精密比测平台单元、一个气浮载具，及一个供气系统，该精密比测平台单元包括一个用于提供平坦表面的精密平台、一个设置于该精密平台上方的气压缸，及一个设置于该精密平台上方且连接于该气压缸的千分表，该气浮载具放置于该精密平台上，该供气系统连接该气浮载具与该精密比测平台单元的气压缸。

2.根据权利要求1所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台，其特征在于：该供气系统包括一个用于提供气源的空气压缩机、一个连接该空气压缩机的调压阀，及多个分别连接于该气浮载具、气压缸与调压阀间的流量控制阀。

3.一种气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

(A)准备一个如权利要求1所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台；

(B)将该千分表抵于设置于该精密平台上方的该气浮载具表

面，进行该千分表归零；

(C)启动该供气系统使该气浮载具浮起，读取该千分表数值，得知气膜厚度；

(D)启动该气压缸以向下施压力于该气浮载具，向下施压力至气浮载具不浮起，读取该气压缸数值，得知气膜的承载力。

4.根据权利要求3所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，其特征在于：该步骤(A)中，该供气系统包括一个用于提供气源的空气压缩机、一个连接该空气压缩机的调压阀，及多个分别连接于该气浮载具、气压缸与调压阀间的流量控制阀，该步骤(C)中，开启位于该调压阀与该气浮载具间的流量控制阀，该步骤(D)中，开启位于该调压阀与该气压缸间的流量控制阀。

5.一种气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

(A)准备一个如权利要求1所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台；

(B)将该千分表抵于一设置于该气浮载具上方的待测物表面，

进行该千分表归零；

(C)启动该供气系统使该待测物浮起，读取该千分表数值，得知气膜厚度；

(D)启动该气压缸以向下施压力于该待测物，向下施压力至待测物不浮起，读取该气压缸数值，得知气膜的承载力。

6.根据权利要求5所述的气浮式平面轴承的气膜刚性检测平台的使用方法，其特征在于：该步骤(A)中，该供气系统包括一个用于提供气源的空气压缩机、一个连接该空气压缩机的调压阀，及多个分别连接于该气浮载具、气压缸与调压阀间的流量控制阀，该步骤(C)中，开启位于该调压阀与该气浮载具间的流量控制阀，该步骤(D)中，开启位于该调压阀与该气压缸间的流量控制阀。