CN116989064A - 高精密气浮直线平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精密气浮直线平台，涉及运动平台技术领域，本发明的直线平台包括：承载台，气浮台，气浮轴承以及过滤器等，过滤器能够实现降低气流流速，截留部分细小颗粒，避免气流流入气浮轴承时空气中含有的灰尘堵塞气浮轴承的技术效果；气浮轴承能够实现气流匀速流出并在轴承端面形成一层空气膜，以及迅速抽空气浮轴承表面的空气膜使气浮台停止运动，并减少气浮台突然制动产生的冲击的技术效果。

Description

高精密气浮直线平台

技术领域

本发明涉及运动平台技术领域，具体涉及一种高精密气浮直线平台。

背景技术

气浮平台是一种高精度定位装置，它采用直线电机驱动、空气轴承支承，直驱气浮平台具有极低摩擦、无爬行、极高运动精度和直线电机驱动的高刚度、宽调速范围、高动态性能的优点。

现有技术中，较为常见的是由多孔质材料平面材料的平面气浮轴承，其静态特性非常好；但由于多孔质材料的不一致性，很难找到一组气膜压力完全精确相等的平面气浮轴承，导致各个气浮轴承的浮力不完全一致；即使是同一个平面气浮轴承，气浮轴承不同的区域由于透出的气体单位时间的透气量也不完全一样，所以当应用场景精度更高的时候，会出现运行过程种的微小振动。

现有技术提供了一些解决方案，例如专利US9989973B2，该专利提供了一种多轴支承空气浮选平台的测量控制系统，该系统包括负载反馈单元、执行单元、位置测量单元、安全保护单元、控制器、旋转电机和直线光源，负载反馈单元包括压力传感器。差动传感器，执行单元包括音圈马达和伺服音圈马达驱动器；位置测量单元包括平面光栅，线性光栅，倾斜传感器、电子能级和室内GPS。该专利解决了现有支撑平台的气浮支撑浮力不完全一致的问题，但是该专利未能有效解决在气浮支撑过程中减少轴承孔内的灰尘的问题，在此发明人认为还具有很大的改进空间。

发明内容

为了解决在气浮平台工作过程中空气中含有的灰尘会导致气浮轴承堵塞以及实现气浮平台高效制动的技术效果，本发明提供了一种高精密气浮直线平台，该直线平台包括：承载台，承载台上方设置有气浮台，承载台侧方设置有多个过滤器，过滤器包括第三壳体，第三壳体外侧固定连接有进气壳罩，第三壳体内套设有第二壳体，第二壳体内套设有第一壳体，第一壳体内套设有过滤基体，过滤基体中心设置有可相对转动的过滤组件。

进一步地，该气浮台在工作时，外部设有的输气设备通过输气至过滤器，过滤器再将过滤完成的空气输送至气浮轴承，气浮轴承顶部出口与承载台抵接，将输入的空气喷出形成一层紧密的空气膜，将气浮台支撑起来。

本发明中，承载台中心开设有阶梯状凹槽，该凹槽侧面从上到下依次设置有光栅尺和直线电机定子，承载台内设置有气浮轴承，气浮轴承输出端抵接气浮台。

进一步地，在气浮台底部还分别设置有直线电机动子以及光栅读数头，当该气浮直线平台工作时，气浮台被压缩气体吹起，直线电机动子脱离定子的限制，使得气浮台可相对承载台进行滑移，同时位于直线电机动子两侧的光栅读数头受到外部控制器控制，外部控制器能够记录光栅读数头的所处位置，通过光栅尺上的刻度记录气浮台的位移量上传至控制中心处并加以处理。

本发明中，第一壳体与第二壳体之间夹设有限位条，限位条环绕第一壳体外侧设置，第二壳体端部设置有可相对第三壳体的转动的滚动件，第三壳体与第二壳体之间还夹设有过滤圈套，第三壳体侧面有一段向外延伸的空心柱体，该空心柱体内设置有封盖，第一壳体，第二壳体，以及限位条表面均设置有通气孔。

进一步地，外界气体首先通过进气壳罩输入至第三壳体内侧，由于过滤圈套的滤孔较小，因此输入的气流有部分会暂留在第三壳体内壁，由于输入的气流均为高压气流，在后续气流的推力作用下，气体会逐渐包覆第三壳体内壁，其中过滤圈套为空心柱体结构，其壁面为透气结构，能够阻拦相当一部分空气中的灰尘。更进一步地，过滤完后的空气流入至第二壳体内部，第二壳体与第一壳体之间设置有限位条，限位条表面为呈内凹的弧形结构，限位条内凹的表面上设置有通气孔，由于气流先前已经完全包覆第三壳体内表面，因此气流能够从多个方向顺着限位条的结构匀速向第一壳体内流入，避免气流集中在某个区域造成堵塞，同时限位条控制气流匀速流入内部起到隔音降噪效果。

本发明中，过滤基体为空心柱体结构，其侧面开设多个滤孔，滤孔之间的间隔处设置有叶板，叶板纵向设置并且叶板设置于过滤基体内部，过滤组件不与叶板接触，过滤组件包括主轴体和滤板，主轴体一端与封盖转动连接，此外，在过滤基体远离封盖一端还设置有盖板，该盖板直径与过滤基体内壁直径一致，主轴体另一端与该盖板一端转动连接，该盖板上围绕主轴体设置有气孔，盖板另一端设置有与气孔连通的第一管道，且该第一管道与气浮轴承相连，主轴体上滑动连接有第二移动基体，第二移动基体内部中空且两侧面通过滤板连接有第一移动基体。

进一步地，过滤基体设置在第一壳体内部并且与第一壳体之间采用过盈装配的形式，并且第一壳体壁面上设有多个孔洞便于气流通过。当气流输入至过滤基体时，由于气流的带动作用使得叶板发生摆动，并促使过滤基体同步带动第一壳体发生转动，使气流可从过滤基体表面的滤孔中流入，避免气流在某处堆积。同时叶板的摆动一定程度上减缓了气流的流速，使得气流中携带有的更细小颗粒物被截留在过滤基体内部，这里值得一提的是，由于采用空气压缩机供入气流的形式，并且空气中总是有水的，即所谓湿度，压缩以后就会成为过饱和状态，空气中的水分析出，成为液体。因此叶板除了能够用于扩大与气体的接触面积之外，还能够将气流中夹带的水体截留或甩到过滤基体的壁面上。

进一步地，主轴体上设置有能够相对主轴体滑移的第一移动基体、滤板以及第二移动基体，在以第二移动基体底面还对称连接有第一移动基体、滤板以及第二移动基体，第一移动基体等可以在过滤基体中受气流滑移，气流受阻后流速进一步降低，并且有利于使过滤基体内部不同区域存在流速差，流速差有助于叶板形成震动或抖动，避免尘粒粘附以及利于抖动传递以影响过滤基体，起到过滤基体上的颗粒物掉落效果，降低堵塞可能性。

本发明中，进气壳罩包括第一过滤通道，第一过滤通道一侧连接有第二过滤通道，第二过滤通道输出端与第三壳体相连接，过滤器输出端连接有气浮轴承。

进一步地，第一过滤通道侧面呈梯形状，设置这种倾斜结构具有对气流的导向作用，避免气流在第一过滤通道前方堆积无法流入第二过滤通道中。

本发明中，气浮轴承包括轴承外壳，轴承外壳侧面开设有进气通道，进气通道与过滤器通过第一管道连接，轴承外壳侧面设置有气浮基体，轴承外壳内设置有抽压基体，气浮基体环绕抽压基体设置，抽压基体中心开设贯通孔，抽压基体一端固定连接有抽气管道，抽压基体表面套设有滤气圆板，滤气圆板设于气浮基体一侧。

进一步地，气浮基体呈扇形结构并且环绕布设在抽压基体侧面，气浮基体表面开设细密的孔洞，在气流从进气通道流入至轴承外壳内部时，气流首先堆积在气浮基体下层再由细密的孔洞中排至喷气孔的表面，由于气浮台和承载台之间的间隙较小，大量的高压气体形成了一层致密的空气膜，值得一提的是，滤气圆板位于气浮基体一侧，可在气流通过气浮基体之前再次被过滤，同时滤气圆板被卡牢在圆台状的气浮基体上，气流不容易将滤气圆板推动，滤气圆板与气浮基体之间存在一定空隙，避免过滤圆板与气浮基体距离过近导致气体排出率降低。

本发明中，气浮基体一侧固定连接有轴承盖板，轴承盖板中心处开设有通气孔，通气孔与气浮基体中心的贯通孔相通，轴承盖板表面开设多个喷气孔，喷气孔环绕通气孔设置。

进一步地，当气浮台停止工作时，气浮轴承停止供气，气浮台底部的动子落回直线电机定子中，此时动子被直线电机定子卡牢，气浮台无法运动。在气浮轴承顶部还设计有通气孔，通气孔一端固定连接有抽压基体，抽压基体中部设置的抽气管道输出端与气泵通过第二管道连接，当气浮台停止工作时，气泵开始工作并迅速抽吸气浮轴承表面及其四周的空气，使得承载台与气浮轴承快速贴合，实现气浮台相对于承载台位置固定。

相比于现有技术，本发明的特点在于：设置有叶板以及过滤基体能够降低气流流速，同时能够截留部分细小颗粒，避免气流流入气浮轴承时空气中含有的灰尘堵塞气浮轴承；在气浮轴承处设置有气浮基体，能够促使流入轴承内的气流匀速流出在轴承端面形成一层空气膜，同时轴承中部还设计有抽压基体等，能够实现迅速抽空气浮轴承表面的空气膜使气浮台停止运动，并减少气浮台突然制动产生的冲击。

附图说明

图1为本发明所涉及的高精密气浮直线平台结构示意图；

图2为本发明所涉及的高精密气浮直线平台剖视图；

图3为本发明所涉及的过滤器结构示意图；

图4为本发明所涉及的过滤器剖视图；

图5为本发明所涉及的图3中A处放大结构示意图；

图6为本发明所涉及的过滤基体结构示意图；

图7为本发明所涉及的过滤组件结构示意图；

图8为本发明所涉及的气浮轴承结构示意图；

图9为本发明所涉及的气浮轴承剖视图。

附图标记说明：1-气浮台；2-承载台；21-光栅尺；22-直线电机定子；3-过滤器；31-封盖；32-第三壳体；321-过滤圈套；33-第二壳体；331-滚动件；332-限位条；34-第一壳体；341-过滤基体；342-滤孔；343-叶板；35-过滤组件；351-第一移动基体；352-滤板；353-第二移动基体；354-主轴体；36-进气壳罩；361-第一过滤通道；362-第二过滤通道；4-气浮轴承；41-轴承盖板；42-喷气孔；43-通气孔；44-气浮基体；45-进气通道；46-轴承外壳；47-抽气管道；471-抽压基体；472-滤气圆板；5-气泵。

具体实施方式

实施例1：

参考附图1，图2所示，本发明提供了一种高精密气浮直线平台，该直线平台包括：承载台2，承载台2上方设置有气浮台1，承载台2侧方设置有多个过滤器3，过滤器3包括第三壳体32，第三壳体32外侧固定连接有进气壳罩36，第三壳体32内套设有第二壳体33，第二壳体33内套设有第一壳体34，第一壳体34内套设有过滤基体341，过滤基体341中心设置有可相对转动的过滤组件35。

进一步地，该气浮台1在工作时，外部设有的输气设备通过输气至过滤器3，过滤器3再将过滤完成的空气输送至气浮轴承4，气浮轴承4顶部出口与承载台2抵接，将输入的空气喷出形成一层紧密的空气膜，将气浮台1支撑起来。

本发明中，承载台2中心开设有阶梯状凹槽，该凹槽侧面从上到下依次设置有光栅尺21和直线电机定子22，承载台2内设置有气浮轴承4，气浮轴承4输出端抵接气浮台1。

进一步地，在气浮台1底部还分别设置有直线电机动子以及光栅读数头，其中直线电机为现有技术，具体可参考专利CN107598869B，当该气浮直线平台工作时，气浮台1被压缩气体吹起，直线电机动子脱离定子的限制，使得气浮台1可相对承载台2进行滑移，同时位于直线电机动子两侧的光栅读数头受到外部控制器控制，外部控制器能够记录光栅读数头的所处位置，通过光栅尺21上的刻度记录气浮台1的位移量上传至控制中心处并加以处理。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图3所示，本发明中，第一壳体34与第二壳体33之间夹设有限位条332，限位条332环绕第一壳体34外侧设置，第二壳体33端部设置有可相对第三壳体32的转动的滚动件331，第三壳体32与第二壳体33之间还夹设有过滤圈套321，第三壳体32侧面有一段向外延伸的空心柱体，该空心柱体内设置有封盖31，第一壳体34，第二壳体33，以及限位条332表面均设置有通气孔。

进一步地，外界气体首先通过进气壳罩36输入至第三壳体32内侧，由于过滤圈套321的滤孔较小，因此输入的气流有部分会暂留在第三壳体32内壁，由于输入的气流均为高压气流，在后续气流的推力作用下，气体会逐渐包覆第三壳体32内壁，其中过滤圈套321为空心柱体结构，其壁面为透气结构，能够阻拦相当一部分空气中的灰尘。更进一步地，过滤完后的空气流入至第二壳体33内部，第二壳体33与第一壳体34之间设置有限位条332，限位条332表面为呈内凹的弧形结构，限位条332内凹的表面上设置有通气孔，由于气流先前已经完全包覆第三壳体32内表面，因此气流能够从多个方向顺着限位条332的结构匀速向第一壳体34内流入，避免气流集中在某个区域造成堵塞，同时限位条332控制气流匀速流入内部起到隔音降噪效果。

参考附图3，图4所示，本发明中，过滤基体341为空心柱体结构，其侧面开设多个滤孔342，滤孔342之间的间隔处设置有叶板343，叶板343纵向设置并且叶板343设置于过滤基体341内部，过滤组件35不与叶板343接触，过滤组件35包括主轴体354和滤板352，主轴体354一端与封盖31转动连接，此外，在过滤基体341远离封盖31一端还设置有盖板，该盖板直径与过滤基体341内壁直径一致，主轴体354另一端与该盖板一端转动连接，该盖板上围绕主轴体354设置有气孔，盖板另一端设置有与气孔连通的第一管道，且该第一管道与气浮轴承 4 相连，主轴体354上滑动连接有第二移动基体353，第二移动基体353内部中空且两侧面通过滤板352连接有第一移动基体351。

参考附图3，图4，图6所示，进一步地，过滤基体341设置在第一壳体34内部并且与第一壳体34之间采用过盈装配的形式，并且第一壳体34壁面上设有多个孔洞便于气流通过。当气流输入至过滤基体341时，由于气流的带动作用使得叶板343发生摆动，并促使过滤基体341同步带动第一壳体34发生转动，使气流可从过滤基体341表面的滤孔342中流入，避免气流在某处堆积。同时叶板343的摆动一定程度上减缓了气流的流速，使得气流中携带有的更细小颗粒物被截留在过滤基体341内部，这里值得一提的是，由于采用空气压缩机供入气流的形式，并且空气中总是有水的，即所谓湿度，压缩以后就会成为过饱和状态，空气中的水分析出，成为液体。因此叶板343除了能够用于扩大与气体的接触面积之外，还能够将气流中夹带的水体截留或甩到过滤基体341的壁面上。

参考附图4，图5所示，进一步地，主轴体354上设置有能够相对主轴体354滑移的第一移动基体351、滤板352以及第二移动基体353，在以第二移动基体353底面还对称连接有第一移动基体351、滤板352以及第二移动基体353，第一移动基体351等可以在过滤基体341中受气流滑移，气流受阻后流速进一步降低，并且有利于使过滤基体341内部不同区域存在流速差，流速差有助于叶板343形成震动或抖动，避免尘粒粘附以及利于抖动传递以影响过滤基体341，起到过滤基体341上的颗粒物掉落效果，降低堵塞可能性。

本发明中，进气壳罩36包括第一过滤通道361，第一过滤通道361一侧连接有第二过滤通道362，第二过滤通道362输出端与第三壳体32相连接，过滤器3输出端连接有气浮轴承4。

进一步地，第一过滤通道361侧面呈梯形状，设置这种倾斜结构具有对气流的导向作用，避免气流在第一过滤通道361前方堆积无法流入第二过滤通道362中。实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图7，图8所示，本发明中，气浮轴承4包括轴承外壳46，轴承外壳46侧面开设有进气通道45，进气通道45与过滤器3通过第一管道连接，轴承外壳46侧面设置有气浮基体44，轴承外壳46内设置有抽压基体471，气浮基体44环绕抽压基体471设置，抽压基体471中心开设贯通孔，抽压基体471一端固定连接有抽气管道47，抽压基体471表面套设有滤气圆板472，滤气圆板472设于气浮基体44一侧。

进一步地，气浮基体44呈扇形结构并且环绕布设在抽压基体471侧面，气浮基体44表面开设细密的孔洞，在气流从进气通道45流入至轴承外壳46内部时，气流首先堆积在气浮基体44下层再由细密的孔洞中排至喷气孔42的表面，由于气浮台1和承载台2之间的间隙较小，大量的高压气体形成了一层致密的空气膜，值得一提的是，滤气圆板472位于气浮基体44一侧，可在气流通过气浮基体44之前再次被过滤，同时滤气圆板472被卡牢在圆台状的气浮基体44上，气流不容易将滤气圆板472推动，滤气圆板472与气浮基体44之间存在一定空隙，避免过滤圆板472与气浮基体44距离过近导致气体排出率降低。

本发明中，气浮基体44一侧固定连接有轴承盖板41，轴承盖板41中心处开设有通气孔43，通气孔43与气浮基体44中心的贯通孔相通，轴承盖板41表面开设多个喷气孔42，喷气孔42环绕通气孔43设置。

参考附图7，图8所示，进一步地，当气浮台1停止工作时，气浮轴承4停止供气，气浮台1底部的动子落回直线电机定子22中，此时动子被直线电机定子22卡牢，气浮台1无法运动。在气浮轴承4顶部还设计有通气孔43，通气孔43一端固定连接有抽压基体471，抽压基体471中部设置的抽气管道47输出端与气泵5通过第二管道连接，当气浮台1停止工作时，气泵5开始工作并迅速抽吸气浮轴承4表面及其四周的空气，使得承载台2与气浮轴承4快速贴合，实现气浮台1相对于承载台2位置固定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.高精密气浮直线平台，包括：承载台（2），所述承载台（2）上方设置有气浮台（1），其特征在于，所述气浮台（1）侧方设置有多个过滤器（3），所述过滤器（3）包括第三壳体（32），所述第三壳体（32）外侧固定连接有进气壳罩（36），所述第三壳体（32）内套设有第二壳体（33），所述第二壳体（33）内套设有第一壳体（34），所述第一壳体（34）内套设有过滤基体（341），所述过滤基体（341）中心设置有可转动的过滤组件（35）。

2.根据权利要求1所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述承载台（2）中心开设有阶梯状凹槽，该凹槽侧面从上到下依次设置有光栅尺（21）和直线电机定子（22），所述气浮台（1）内设置有气浮轴承（4），所述气浮轴承（4）输出端抵接承载台（2）。

3.根据权利要求1所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述第一壳体（34）与第二壳体（33）之间夹设有限位条（332），所述限位条（332）环绕第一壳体（34）外侧设置，所述第二壳体（33）端部设置有可相对第三壳体（32）的转动的滚动件（331），所述第三壳体（32）与第二壳体（33）之间还夹设有过滤圈套（321），所述第三壳体（32）侧面设置有封盖（31），所述第一壳体（34）、第二壳体（33）、以及限位条（332）表面均设置有通气孔。

4.根据权利要求3所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述过滤基体（341）为空心柱体结构，其侧面开设多个滤孔（342），所述滤孔（342）之间的间隔处设置有叶板（343），所述叶板（343）纵向设置并且所述叶板（343）设置于过滤基体（341）内部，所述过滤组件（35）不与叶板（343）接触，所述过滤组件（35）包括主轴体（354）和滤板（352），所述主轴体（354）一端与所述封盖（31）转动连接，所述主轴体（354）上滑动连接有第二移动基体（353），所述第二移动基体（353）内部中空且两侧面通过滤板（352）连接有第一移动基体（351）。

5.根据权利要求4所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述进气壳罩（36）包括第一过滤通道（361），所述第一过滤通道（361）一侧连接有第二过滤通道（362），所述第二过滤通道（362）输出端与第三壳体（32）内部连通，所述过滤器（3）输出端通过第一管道与气浮台（1）内的气浮轴承（4）连通。

6.根据权利要求2所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述气浮轴承（4）包括轴承外壳（46），所述轴承外壳（46）侧面开设有进气通道（45），所述进气通道（45）与过滤器（3）通过第一管道连接，所述轴承外壳（46）侧面设置有气浮基体（44）。

7.根据权利要求6所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述气浮基体（44）一侧固定连接有轴承盖板（41），所述轴承盖板（41）中心处开设有通气孔（43），所述通气孔（43）与所述气浮基体（44）中心的贯通孔相通，所述轴承盖板（41）表面开设多个喷气孔（42），所述喷气孔（42）环绕所述通气孔（43）设置。

8.根据权利要求7所述的高精密气浮直线平台，其特征在于，所述承载台（2）一端设置有气泵（5），所述通气孔（43）输出端与气泵（5）通过第二管道连接。