CN104614138B - 基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台 - Google Patents

Abstract

基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，包括底座和设置于底座上的一对X轴向振动台，一对Y轴向振动台，一个Z轴向振动台和三维振动平台，两个X轴向振动台对称设置于三维振动平台两侧，两个Y轴向振动台对称设置于三维振动平台两侧，X轴向振动台与Y轴向振动台的运动方向正交；每个振动台分别通过各自的运动解耦装置与三维振动平台连接，运动解耦装置一端与对应的振动台固定连接，另一端与三维振动平台之间具有能够形成气膜的间隙；两个X轴向振动台的振动方向和振动频率相同；两个Y轴向振动台的振动方向和振动频率相同。本发明具有推动力由两个振动台交替提供，减轻了单个振动台对负载进行驱动的负担的优点。

Description

基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台

技术领域

本发明涉及一种基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台。

技术背景

目前对三维测振传感器的校准多采用单维振动校准系统对三测量轴依次进行，而这种方法耗时较长、数据处理复杂，同时考虑到三维传感器各维间的相互耦合，该方法较难得到反映维间耦合关系的灵敏度矩阵。因此，研制出可对三维测振传感器三轴向同时激振的三分量标准振动台，对测振传感器校准技术的发展及相应行业技术的进步都具有重要的理论和实际意义。

中国专利201110207297.5披露了一种基于锁扣式解耦装置的三分量标准振动台，包括底座，X轴向电磁振动台，Y轴向电磁振动台，Z轴向电磁振动台和三维振动平台，每个电磁振动台均通过运动解耦装置与三维振动平台连接；运动解耦装置包括第一边框和第二边框，第一边框和第二边框相互扣合，第一边框和第二边框均由外边、内边、外边与内边之间的第一连接侧边和第二连接侧边组成，边框的外边与内边相对，边框的内边插入另一个边框内；第一边框的内边中设有气流通道和与气流通道连通的通气孔，通气孔与外界连通；第一边框的内边与第二边框的内边和外边之间均有微小间隙，微小间隙形成第一边框内边的气浮导轨；第二边框的内边与第一边框的外边之间设有防止第二边框与第一边框外边接触的间隔；气流通道与外部压缩空气源连通；第一边框的外边与电磁振动台连接，第二边框的外边与三维振动平台连接。这种振动台采用锁扣式结构及静压气浮支承实现力的传递，来解决三分量运动解耦的问题。

该振动台的缺点在于：1、振动台往复振动时均需要通过锁扣式结构拉动三维振动平台，锁扣式结构容易出现形变，振动台的负担大。

2、通过在振动台上固定第一边框，在三维振动平台上固定第二边框，第一边框和第二边框相互扣合形成锁扣式结构，存在第一边框和第二边框的安装精度要求高，第一边框和第二边框之间的气膜面积有限，且第二边框的存在增大了三维振动平台的质量。

3、易受三分量标准振动台中运动解耦装置气膜刚度不稳定、弹性回复装置非线性等因素影响，从而使三维振动平台不能实时、准确跟随各轴向振动台输出振动激励信号，影响三分量标准振动台输出振动信号精度。

发明内容

为克服现有技术存在振动台往复振动时均需要通过锁扣式结构拉动三维振动平台，锁扣式结构容易出现形变，振动台的负担大的缺点，本发明提供了一种推动力由两个振动台交替提供，减轻了单个振动台对负载进行驱动的负担的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台。

基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，包括底座和设置于底座上的一对X轴向振动台，一对Y轴向振动台，一个Z轴向振动台和三维振动平台，两个X轴向振动台对称设置于三维振动平台两侧，两个Y轴向振动台对称设置于三维振动平台两侧，X轴向振动台与Y轴向振动台的运动方向正交；每个振动台分别通过各自的运动解耦装置与三维振动平台连接，运动解耦装置一端与对应的振动台固定连接，另一端与三维振动平台之间具有能够形成气膜的间隙；两个X轴向振动台的振动方向和振动频率相同；两个Y轴向振动台的振动方向和振动频率相同。

进一步，X轴向运动解耦装置和Y轴向运动解耦装置分别包括各自的气浮导轨，均匀分布于气浮导轨上的节流气孔和设置于气浮导轨中、连通节流气孔与气源的气流通道。

进一步，Z轴向运动解耦装置包括基体和气浮板，基体中有气浮腔，气浮板放置于气浮腔中并与气浮腔间隙配合；气浮板上固定有连接杆，连接杆与三维振动平台固定；气浮板上均匀分布有形成气浮板上表面的上气膜的上节流气孔和形成气浮板下表面的下气膜的下节流气孔；气浮板上设有与气源连通的供气通道，基体上设有气源接口。

进一步，X轴向运动解耦装置和Y轴向运动解耦装置的气流通道由多个与气源连通的进气道和连通各个进气道的连通气道组成，节流气孔沿进气道阵列分布；进气道和连通气道分别由开设于气浮导轨上的通孔和设置于通孔一端的堵头组成，进气道一端设置堵头，另一端为与气源连接的进气接口；连通气道两端均设置堵头。进气道可以是一个也可以是多个，连通气道可以是一个，也可以是多个。

进一步，Z轴向运动解耦装置的基体由下连接板，上盖板和垫圈组成，下连接板与Z轴向振动台固定，下连接板、上盖板和垫圈围成气浮腔，上盖板具有允许连接杆穿过并与连接杆间隙配合的通孔，气源接口开设于垫圈上，气源接口对准供气通道的进气口。

进一步，上盖板与垫圈一体。

进一步，气浮板的供气通道由交叉的纵向气道和横向气道组成，纵向气道沿气浮板纵向均匀分布，横向气道沿气浮板横向均匀分布；上节流气孔围成第一气孔圈，下节流气孔围成第二气孔圈，第一气孔圈、第二气孔圈和气浮板同轴；至少一个横向气道或者纵向气道设置气源接口。

X、Y、Z轴向运动解耦装置共同构成推挽式气浮解耦装置。

本发明的工作过程为：当三分量振动台均处于静止状态、未输出振动时，在X轴向运动解耦装置与三维振动平台之间，Y轴向运动解耦装置与三维振动平台之间分别形成静压气膜，在Z轴向运动解耦装置的气浮板的上表面和下表面分别形成气膜，如此，三分量振动台的振动方向X、Y、Z上均形成两层具有一定刚度的气膜，对三维振动平台产生挤压作用，用于实现在振动台输出振动时，将振动传递到三维振动平台。

以X轴向振动为例，假设两个X轴向振动台分设于三维振动平台的前侧和后侧。当X轴向振动台启动后，以一个周期为例，前侧的X轴向振动台向后运动，前侧X轴向振动台通过气膜推动三维振动平台向后运动，同时，后侧X轴向振动台也向后运动；接着，后侧X轴向振动台向前运动，后侧X轴向振动台通过气膜推动三维振动平台向前运动，同时，前侧X轴向振动台也向前运动。如此，两个X轴向振动台共同作用，一推一挽完成三维振动平台在一个周期内的运动。两个Y轴向振动台的运动方式与X轴向相同。

在一个周期内，Z轴向的运动方式说明如下：气浮板的上表面和下表面分别形成均匀的气膜。Z轴向振动台向上运动时，下连接板与气浮板之间的下表面气膜和气浮板与上盖板之间的上表面气膜使气浮板与下连接板、Z轴向振动台同步运动；其中，下表面气膜使气浮板浮于下连接板之上，上表面气膜使气浮板与上盖板之间保持间隙，当下表面气膜和上表面气膜平衡时，气浮板的位置固定。

由于三轴向的运动解耦装置和三维振动平台之间形成的气膜对相应轴向振动传递性能好，并对另外两个轴向振动产生的阻力小，很好地符合了运动解耦的要求，实现了三维振动平台三个运动轴向振动信号的合成输出，从而完成了对三维测振传感器的三测量轴的同时激振。

本发明采用五台振动台、推挽式气浮解耦装置及三维振动平台构成三分量标准振动台。对水平向而言，同轴向对称安装的两台振动台及相应轴向的运动解耦装置通过两层静压气膜对三维振动平台产生挤压作用，实现了对三维振动平台更加稳定的气浮支撑；与此同时，同轴向两台振动台输出方向相同的同步振动信号，对三维振动平台实现一推一挽激励，从而使三维振动平台具有比传统单台振动台激励方式更好的激励信号跟随性能。

本发明的优点在于：

1、X轴向和Y轴向成对设置振动台，对三维振动平台一推一挽的驱动方式，推动力由两个振动台交替提供，减轻了单个振动台对负载进行驱动的负担。

2、X轴向和Y轴向的运动解耦装置的气膜直接与三维振动平台接触，气膜的面积大，支撑均匀性好，且支撑力大。

3、Z轴向的气浮板与三维振动平台固定，将对三维振动平台的驱动转为对气浮板的驱动，气浮板上表面和下表面均形成气膜，气膜的面积大，气膜的支撑均匀性好，支撑力大。

附图说明

图1为基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台结构图。

图2为X轴向运动装置结构图。

图3为X轴向运动解耦装置气浮导轨结构图，(a)是气浮导轨的正视图，(b)是(a)的A-A向剖视图，(c)是(b)的C-C向剖视图。

图4为Z轴向运动装置结构图。

图5为Z轴向运动解耦装置上盖板结构图。

图6为Z轴向运动解耦装置气浮板结构图，(a)是气浮板的正视图，(b)是(a)的B-B向剖视图，(c)是(b)的D-D向剖视图。

具体实施方式

实施例一

基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，如图1所示，包括底座1，底座1上设有沿X轴向振动的两台相对安装的X轴向振动台2、3，沿Y轴向振动的两台相对安装的Y轴向振动台4、5，沿Z轴向振动的Z轴向振动台6，和与五个振动台通过推挽式气浮解耦装置连接的三维振动平台7。

推挽式气浮解耦装置分为将X、Y轴向振动台2、3、4、5与三维振动平台7连接的水平向运动解耦装置8和将Z轴向振动台与三维振动平台7连接的Z轴向运动解耦装置9；水平向运动解耦装置8分为X轴向运动解耦装置和Y轴向运动解耦装置。结合图2，X轴向运动解耦装置由两个结构相同且对称作用的由刚性材料制成的矩形气浮导轨81组成。

如图3所示，以与X轴向振动台3连接的矩形气浮导轨81为例，气浮导轨81上形成第一支撑面811、第二支撑面812、第一通气面813、第二通气面814、第一安装面815和第二安装面816。

第一支撑面811和第二支撑面812与X轴向振动台3配合，使气浮导轨81嵌入X轴向振动台3台面中，用于垂直向定位气浮导轨81；第一通气面813与第二通气面814之间设有多条通气孔82，每条通气孔82一端与外部压缩空气源连通，另一端用密封堵头83密封，通气孔82和密封堵头83形成进气道。第一支撑面811与第二支撑面812之间设有连通孔84，用于连通多条通气孔82，连通孔84两端均用密封堵头83密封，连通孔84及其两端的密封堵头83形成连通气道。

第一安装面815设有多个节流孔85，节流孔85一端与通气孔82连通，另一端与外界连通，第一安装面815与三维振动平台7之间存在微小间隙；第二安装面816与X轴向振动台3台面连接，并设有与节流孔85对应的工艺孔86，工艺孔86一端与节流孔85连接，另一端用密封堵头83密封。

当外部压缩空气从通气孔82通入，并经过节流孔85向外溢出时，微小间隙形成具有一定刚度的气膜，起到气浮支撑作用；与此同时，由于X轴向另一台振动台2及与其连接的气浮导轨81的作用，在三维振动平台7及此气浮导轨81之间也形成具有一定刚度的气膜，两层气膜的共同作用实现沿X轴向支撑三维振动平台7及传递X轴向振动。

虽然本实施例以多个进气道和一个连通气道说明，但是，进气道与连通气道的数量不局限于本实施例的举例。

Y轴向运动解耦装置与X轴向运动解耦装置结构相同。

如图4、图5所示，Z轴向运动解耦装置9由下连接板91、气浮板92、上盖板93、垫圈931与连接杆94组成。

下连接板91为矩形板状结构，与Z轴向振动台6连接，用于支撑Z轴向运动解耦装置9和三维振动平台7产生的Z轴向载荷及传递Z轴向振动。如图5所示，垫圈931为矩形框状，垫圈931与上盖板93一体。垫圈931与下连接板91固定连接，上盖板93、垫圈931与下连接板91围成矩形腔，气浮板92装入矩形腔内，并与上盖板93之间有微小间隙。连接杆94穿过上盖板93上的通孔，连接杆94一端连接气浮板92，另一端连接三维振动平台7，用于实现将气浮板92及三维振动平台7刚性连接。连接杆94与上盖板93的通孔间隙配合，将三维振动平台与上盖板93隔离，避免上盖板93对三维振动平台7的运动造成干扰。

如图6所示，气浮板92上形成第三通气面921、第四通气面922、第一连通孔面923、第二连通孔面924、第三安装面925以及第四安装面926。

第三通气面921与第四通气面922之间设有多条垂直通气孔95，每条垂直通气孔95一端与外部压缩空气源连通，另一端用密封堵头83密封；第一连通孔面923与第二连通孔面924之间设有多条垂直连通孔96，用于连通多条垂直通气孔95，垂直连通孔96两端均用密封堵头83密封；第三安装面925与下连接板91连接，第四安装面926与上盖板93的内壁面932对应；第三安装面925、第四安装面926上均设有多个垂直节流孔97，垂直节流孔97一端与垂直通气孔95或者垂直连通孔96连通，另一端与外界连通；第三安装面925上的垂直节流孔97开设在气浮板92中部位置；第四安装面926上的垂直节流孔97开设在气浮板92的外环位置，并与上盖板93的内壁面932对应；第三安装面925、第四安装面926上均设有与垂直节流孔97对应的垂直工艺孔98，垂直工艺孔98一端与垂直节流孔97连接，另一端用密封堵头83密封；当外部压缩空气从垂直通气孔95通入，并经过第三安装面925与第四安装面926上的垂直节流孔97向外溢出时，由于气浮板92与上盖板93之间存在微小间隙，在上盖板93的内壁面932、气浮板第四安装面926与下连接板91、气浮板第三安装面925之间均形成具有一定刚度的气膜，起到气浮支撑作用，用于沿Z轴向支撑三维振动平台7及传递Z轴向振动。

气浮板第三通气面921、第四通气面922、第一连通孔面923与第二连通孔面924分别与垫圈931在水平方向存在一定的间隔，用于防止气浮板92在沿水平向振动时与垫圈931接触。

垫圈931在与气浮板第三通气面921、第四通气面922、第一连通孔面923以及第二连通孔面924相对的面上设有通孔933，用于穿过通入外部压缩空气的气管，并使气管对气浮板92的振动不产生干扰。

X、Y、Z轴向运动解耦装置构成三分量标准振动台推挽式气浮解耦装置。

本发明的工作过程为：当振动台2、3、4、5、6均处于静止状态，未输出振动时，在水平向运动解耦装置8与三维振动平台7之间形成的两层静压气膜及Z轴向运动解耦装置9自身形成的两层气膜的共同作用下，在振动台振动方向X、Y、Z上均形成两层具有一定刚度的气膜，对三维振动平台7产生挤压作用，用于实现在振动台输出振动时，将振动传递到三维振动平台7。

当某水平方向一个振动台产生振动时，运动传递到与该振动台连接的气浮导轨第一安装面，由于气浮导轨由刚性材料制成，振动台的振动通过第一安装面传递到第二安装面，再通过第二安装面及第二安装面与三维振动平台之间的气膜将振动传递到三维振动平台7，同时，该轴向另一个振动台产生与该振动台相同方向的同步振动，也通过气膜传递至三维振动平台7，该轴向两个振动台共同作用实现对三维振动平台7的一推一挽作用，从而实现了该轴向振动信号由振动台传递至三维振动平台7，相同方式可实现三维振动平台7沿另一水平方向的一推一挽运动；与此同时，在Z轴向运动解耦装置及其形成的两层气膜的一推一挽作用下，Z轴向振动台6推动三维振动平台7沿Z轴向振动；由于安装面和三维振动平台7之间形成的气膜对相应轴向振动传递性能好，并对另外两个轴向振动产生的阻力小，很好地符合了运动解耦的要求，实现了三维振动平台7三个运动轴向振动信号的合成输出，从而完成了对三维测振传感器的三测量轴的同时激振。

本发明采用五台振动台、推挽式气浮解耦装置及三维振动平台构成三分量标准振动台。对于水平向而言，同轴向对称安装的两台振动台及相应轴向的运动解耦装置通过两层静压气膜对三维振动平台产生挤压作用，实现了对三维振动平台更加稳定的气浮支撑；与此同时，同轴向两台振动台输出方向相同的同步振动信号，对三维振动平台实现一推一挽激励，从而使三维振动平台具有比传统单台振动台激励方式更好的激励信号跟随性能。综上所述，本发明设计的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台可以显著提高三分量标准振动台输出信号精度。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：通气孔82、垂直通气孔95两端用密封堵头83密封；连通孔84、垂直连通孔96一端与外部压缩空气源连通，另一端用密封堵头83密封。

本说明书实施例内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：包括底座和设置于底座上的一对X轴向振动台，一对Y轴向振动台，一个Z轴向振动台和三维振动平台，两个X轴向振动台对称设置于三维振动平台两侧，两个Y轴向振动台对称设置于三维振动平台两侧，X轴向振动台与Y轴向振动台的运动方向正交；每个振动台分别通过各自的运动解耦装置与三维振动平台连接，运动解耦装置一端与对应的振动台固定连接，另一端与三维振动平台之间具有能够形成气膜的间隙；两个X轴向振动台的振动方向和振动频率相同；两个Y轴向振动台的振动方向和振动频率相同；Z轴向运动解耦装置包括基体和气浮板，基体中有气浮腔，气浮板放置于气浮腔中并与气浮腔间隙配合；气浮板上固定有连接杆，连接杆与三维振动平台固定；气浮板上均匀分布有形成气浮板上表面的上气膜的上节流气孔和形成气浮板下表面的下气膜的下节流气孔；气浮板上设有与气源连通的供气通道，基体上设有气源接口。

2.如权利要求1所述的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：X轴向运动解耦装置和Y轴向运动解耦装置分别包括各自的气浮导轨，均匀分布于气浮导轨上的节流气孔和设置于气浮导轨中、连通节流气孔与气源的气流通道。

3.如权利要求2所述的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：X轴向运动解耦装置和Y轴向运动解耦装置的气流通道由多个与气源连通的进气道和连通各个进气道的连通气道组成，节流气孔沿进气道阵列分布；进气道和连通气道分别由开设于气浮导轨上的通孔和设置于通孔一端的堵头组成，进气道一端设置堵头，另一端为与气源连接的进气接口；连通气道两端均设置堵头。

4.如权利要求3所述的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：Z轴向运动解耦装置的基体由下连接板、 上盖板和垫圈组成，下连接板与Z轴向振动台固定；下连接板,上盖板和垫圈围成气浮腔，上盖板具有允许连接杆穿过并与连接杆间隙配合的通孔，气源接口开设于垫圈上，气源接口对准供气通道的进气口。

5.如权利要求4所述的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：上盖板与垫圈一体。

6.如权利要求5所述的基于推挽式气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：气浮板的供气通道由交叉的纵向气道和横向气道组成，纵向气道沿气浮板纵向均匀分布，横向气道沿气浮板横向均匀分布；上节流气孔围成第一气孔圈，下节流气孔围成第二气孔圈，第一气孔圈、第二气孔圈和气浮板同轴；至少一个横向气道或者纵向气道设置气源接口。