CN106382301A - 气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法 - Google Patents

Abstract

气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，属于多气足共面调节技术领域。本发明是为了解决多气足支撑的气悬浮系统由于过定位问题，使设备的水平调节与多气足的共面调节相互耦合，调节难度大的问题。它采用三气足支撑调水平度、多气足悬空调共面的方式，使水平度调节和共面调节解耦，实现水平度和共面的快速调节；本发明首先建立多气足共面和设备基座水平度的初步基准；在气足非承载状态下调节气足共面，使所有气足都处于悬空状态；再通过安装辅助支撑，使每个气足与气浮平台之间的间隙为预设高度值；最后使三个辅助支撑脱离设备底座，给所有气足供气并浮起，完成水平共面调节。本发明用于多气足的水平共面调节。

Description

气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法

技术领域

本发明涉及气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，属于多气足共面调节技术领域。

背景技术

气悬浮技术被广泛应用在精密测量、高精度位置控制、零重力模拟等领域。气足是一种基于气悬浮技术的特殊气浮轴承，与气浮平台配合可以在平面内同时实现转动和二维平动等三个自由度的无摩擦相对运动。基于气足的支撑系统具有高刚度、零摩擦等特点，因此在空间零重力环境模拟、精密装配、高精度测量等领域得到了广泛的应用。

对于小型载荷，多采用三个气足支撑定位，不存在过定位问题，设备的水平度和气足共面容易实现。对于大型设备，为了提供足够的承载能力，并具备良好的受力状态，通常采用多足支撑。多足之间的过定位问题导致多气足与气浮平台的间隙、支撑刚度等相互耦合，从而设备的水平度调节与气足的共面调节相互耦合、难度大，常常需要很有经验的技术工人通过反反复复地调节才能够实现，工作量大，效率低下。

随着技术的发展，不断涌现的超高精度的加工制造设备、测量实验仪器、仿真实验系统等大型设备系统对气悬浮系统提出了迫切需求，特别是空间探索的不断深入，航天器零重力试验、高精度装配、测量等要求多气足支撑气悬浮系统能够快速高效的实现高精度水平度和共面调节。

发明内容

本发明目的是为了解决多气足支撑的气悬浮系统由于过定位问题，使设备的水平调节与多气足的共面调节相互耦合，调节难度大的问题，提供了一种气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法。

本发明所述气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，所述气悬浮系统包括设备底座、N个气足和悬浮机构，悬浮机构设置在设备底座上表面上，设备底座下表面通过连接螺杆与气足连接；其中N为大于3的整数；所述调节方法包括以下步骤：

步骤一：将所有气足调节至最靠近设备底座的位置；选取N个气足之中的气足F₁、气足F₂和气足F₃作为支撑气足，三个支撑气足首尾连接形成的三角形包络悬浮机构在设备底座上的投影质心；调节三个支撑气足的高度，使其它气足悬空；并通过调节三个支撑气足的高度，使设备底座的水平度满足预设水平度值；

步骤二：选取设备底座边缘的支撑位置S₁、支撑位置S₂和支撑位置S₃，该三个支撑位置首尾连接形成的三角形包络悬浮机构在设备底座上的投影质心；在三个支撑位置分别安装辅助支撑，调节三个辅助支撑的高度，使三个支撑气足升高至与气浮平台的间隙为预设高度值；再调节其它气足，使每个气足与气浮平台之间的间隙为所述预设高度值；

步骤三：缓慢同步降低三个辅助支撑的高度直至脱离设备底座，然后给所有气足供气，并确认所有气足浮起，然后复核设备底座的水平度是否满足预设水平度值，如果是，则完成水平共面调节。

本发明的优点：本发明方法采用三气足支撑调水平度、多气足悬空调共面的方式，使水平度调节和共面调节解耦，实现水平度和共面的快速调节。

传统多气足支撑时，如果气足在工作状态，设备处于悬浮状态可以自由浮动，多气足共面和水平度调节很难开展。因此，通常不对气足供气，直接由气足刚性支撑在气浮平台上完成调节。然而，这种状态与气足通气工作的状态有差别，且由于过定位，设备水平时，各个气足的受力支撑状态并不唯一；当调节完成后，通气工作时，由于各气足的承载不同，甚至某些气足处于虚接状态，导致起伏量不同，从而造成设备的水平度偏差。

而本发明方法首先建立多气足共面和设备基座水平度的初步基准；在气足非承载状态下调节气足共面，由于所有气足都处于悬空状态，因此不存在虚接问题，共面调节结果接近于通气工作状态，可以大大减小通气工作时各个气足起伏量的偏差；它同时提供了一种可以度量和计算的调节量，为对步骤二中的调节结果的修正提供调节方向和依据，避免了纯粹凭经验和试凑导致的效率低下。

本发明方法可以定量的监控调节过程，计算调节量并给出调节方向，减小了对操作人员前期经验的依赖，减小调节次数、提高调解效率，降低了操作人员的劳动强度和工作量，缩短了大型设备多气足支撑时的装调周期。

附图说明

图1是本发明所述气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法的调节原理示意图；

图2是首次水平共面调节后，设备底座的水平度不满足预设水平度值时进一步进行调节的原理示意图；图中P表示铅垂线；Q表示铅垂线投影。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，所述气悬浮系统包括设备底座1、N个气足2和悬浮机构3，悬浮机构3设置在设备底座1上表面上，设备底座1下表面通过连接螺杆与气足2连接；其中N为大于3的整数；所述调节方法包括以下步骤：

步骤一：将所有气足2调节至最靠近设备底座1的位置；选取N个气足2之中的气足F₁、气足F₂和气足F₃作为支撑气足，三个支撑气足首尾连接形成的三角形包络悬浮机构3在设备底座1上的投影质心；调节三个支撑气足的高度，使其它气足悬空；并通过调节三个支撑气足的高度，使设备底座1的水平度满足预设水平度值；

步骤二：选取设备底座1边缘的支撑位置S₁、支撑位置S₂和支撑位置S₃，该三个支撑位置首尾连接形成的三角形包络悬浮机构3在设备底座1上的投影质心；在三个支撑位置分别安装辅助支撑5，调节三个辅助支撑5的高度，使三个支撑气足升高至与气浮平台的间隙为预设高度值；再调节其它气足，使每个气足与气浮平台之间的间隙为所述预设高度值；

步骤三：缓慢同步降低三个辅助支撑5的高度直至脱离设备底座1，然后给所有气足2供气，并确认所有气足浮起，然后复核设备底座1的水平度是否满足预设水平度值，如果是，则完成水平共面调节。

当复核设备底座1的水平度不满足预设水平度值，所述调节方法还包括以下步骤：

步骤四：测量获得设备底座1基准面法线与铅垂线的夹角α，铅垂线以最小角度旋转到其在设备底座1基准面投影的方向为正方向，再测量铅垂线在设备底座1基准面的投影与各个气足和投影质心连线的夹角θ_i，i＝1,...,N，测量获得每个气足的高度微调量δ_i：δ_i＝r_i cosθ_i sinα，其中r_i为第i个气足到投影质心的距离；

步骤五：对所有气足停止供气，按照步骤二中的方法，再将三个支撑气足升高至与气浮平台的间隙为预设高度值；然后根据计算获得的高度微调量δ_i对每个气足的高度进行调节，再按照步骤三中的方法复核设备底座1的水平度，直至满足预设水平度值，完成水平共面调节。

步骤五中根据计算获得的高度微调量δ_i对每个气足的高度进行调节的方法为：

若气足的高度微调量δ_i＞0，对应的气足向上调节；若气足的高度微调量δ_i<0时，对应的气足向下调节。

所述辅助支撑5为千斤顶，所有对高度的测量采用千分表4。

所述预设高度值为20μm。

本发明方法首先根据设备的大致质心位置，选择三个包络质心且分布合理的气足作为支撑气足，将设备支撑在气浮平台上，其它气足悬空，所有气足不通气，在此状态下通过调节该三个气足的高度完成设备的水平度调节；其次，通过千斤顶或其它辅助支撑手段，选择包络质心且受力适当位置支撑设备底座，使三个支撑气足脱离气浮平台，采用千分表作为监测手段，监测每个气足脱离气浮平台的距离，直至支撑气足脱离气浮平台距离达到20μm，利用千分表或者塞尺作为监测手段，调节其它气足距气浮平台的间隙至20μm；再次，缓慢撤除辅助支撑，气足通气，检查气足是否全部悬浮，对设备水平度进行复查，如若最后复核设备水平度时，设备水平度不满足要求，根据水平度计算每个气足的微调量；最后，再利用辅助支撑将支撑气足的悬浮高度调节至20μm，根据计算的微调量调节每个气足的高度。

步骤一中，首先调节气足2至最靠近设备底座1的位置，是为了使所有气足处于最高位置，通过旋转螺杆可以调节气足的高度；三个支撑气足的选择需要受力合理，调节三个支撑气足高度之前，先测量设备底座基准面的水平度，然后根据设备底座的水平度偏差进行调节，水平度的监测可以通过水平仪完成。步骤二中三个支撑位置的选择也要受力合理，调节三个辅助支撑5的高度时，采用千分表监测支撑气足的升起高度；步骤五中调节气足的高度，高度微调量δ_i＞0时，对应的气足向上调节，是为了减少该气足对设备底座的支撑高度；若气足的高度微调量δ_i<0时，对应的气足向下调节，是为了增加该气足对设备底座的支撑高度。

具体实施例，N＝4：

步骤一：通过旋转4个气足与设备底座的连接螺杆，使所有气足处于最高位置；根据设备的质心在底座的投影位置O，选取可以包络质心且受力合理的三个气足作为支撑气足；本实施例中，假设设备质心的投影在F₁、F₂、F₃三个气足的包络内，选取它们作为支撑气足；通过调节这三个气足的高度，使其F₄气足悬空；通过设备底座上的水平仪测量设备底座基准面的水平度，并根据设备底座的水平度偏差调节三个支撑气足F₁、F₂、F₃的高度，使设备底座的水平度满足要求；

步骤二：选取包络设备质心且受力合理的三个支撑位置S₁、S₂、S₃安装千斤顶作为辅助支撑，本具体实施方式中选择三个支撑位置分别是气足F₂附近、气足F₃和F₄之间和气足F₁和F₄之间；调节三个千斤顶的高度，并采用千分表监测支撑气足F₁、F₂、F₃升起的高度，至三个支撑气足的升起高度到20μm时，停止调节三个千斤顶的高度；调节气足F₄，并采用塞尺或者千分表监测气足与气浮平台的间隙△₄，当△₄＝20μm，停止调节；

步骤三：缓慢同步降低千斤顶S₁、S₂、S₃支撑高度直至千斤顶脱离设备底座，给所有气足供气，检查气足浮起状态，确认所有气足浮起后，复核设备底座的水平度，如果水平度满足要求，则完成设备水平度及气足共面调节；

步骤四：如果设备水平度不满足要求，记录倾斜方向和角度α，如图2所示，过质心的设备底座基准面法线与铅垂线的夹角为α，设铅垂线在底座基准面的投影与各个气足与质心连线的夹角为θ_i，i＝1,...,4，各气足到设备质心的距离为r_i，计算的到每个气足的高度微调量为δ_i＝r_i cosθ_i sinα；

步骤五：重复步骤二，将支撑气足F₁、F₂、F₃升至20μm，根据步骤四中计算出来的微调量，在千分表监测下调节每个气足的高度，在步骤四中测得偏低一侧的气足向向下调节，偏高一侧的气足向上调节；直至满足要求。

Claims (5)

1.一种气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，所述气悬浮系统包括设备底座(1)、N个气足(2)和悬浮机构(3)，悬浮机构(3)设置在设备底座(1)上表面上，设备底座(1)下表面通过连接螺杆与气足(2)连接；其中N为大于3的整数；其特征在于，所述调节方法包括以下步骤：

步骤一：将所有气足(2)调节至最靠近设备底座(1)的位置；选取N个气足(2)之中的气足F₁、气足F₂和气足F₃作为支撑气足，三个支撑气足首尾连接形成的三角形包络悬浮机构(3)在设备底座(1)上的投影质心；调节三个支撑气足的高度，使其它气足悬空；并通过调节三个支撑气足的高度，使设备底座(1)的水平度满足预设水平度值；

步骤二：选取设备底座(1)边缘的支撑位置S₁、支撑位置S₂和支撑位置S₃，该三个支撑位置首尾连接形成的三角形包络悬浮机构(3)在设备底座(1)上的投影质心；在三个支撑位置分别安装辅助支撑(5)，调节三个辅助支撑(5)的高度，使三个支撑气足升高至与气浮平台的间隙为预设高度值；再调节其它气足，使每个气足与气浮平台之间的间隙为所述预设高度值；

步骤三：缓慢同步降低三个辅助支撑(5)的高度直至脱离设备底座(1)，然后给所有气足(2)供气，并确认所有气足浮起，然后复核设备底座(1)的水平度是否满足预设水平度值，如果是，则完成水平共面调节。

2.根据权利要求1所述的气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，其特征在于，当复核设备底座(1)的水平度不满足预设水平度值，所述调节方法还包括以下步骤：

步骤四：测量获得设备底座(1)基准面法线与铅垂线的夹角α，铅垂线以最小角度旋转到其在设备底座(1)基准面投影的方向为正方向，再测量铅垂线在设备底座(1)基准面的投影与各个气足和投影质心连线的夹角θ_i，i＝1,...,N，测量获得每个气足的高度微调量δ_i：δ_i＝r_i cosθ_i sinα，其中r_i为第i个气足到投影质心的距离；

步骤五：对所有气足停止供气，按照步骤二中的方法，再将三个支撑气足升高至与气浮平台的间隙为预设高度值；然后根据计算获得的高度微调量δ_i对每个气足的高度进行调节，再按照步骤三中的方法复核设备底座(1)的水平度，直至满足预设水平度值，完成水平共面调节。

3.根据权利要求2所述的气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，其特征在于，步骤五中根据计算获得的高度微调量δ_i对每个气足的高度进行调节的方法为：

若气足的高度微调量δ_i＞0，对应的气足向上调节；若气足的高度微调量δ_i<0时，对应的气足向下调节。

4.根据权利要求1、2或3所述的气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，其特征在于，所述辅助支撑(5)为千斤顶，所有对高度的测量采用千分表(4)。

5.根据权利要求1、2或3所述的气悬浮系统的多气足过定位水平共面调节方法，其特征在于，所述预设高度值为20μm。