本發(fā)明屬于精密測(cè)量與儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置。

背景技術(shù)：

在超精密計(jì)量測(cè)試和超精密加工領(lǐng)域，直線基準(zhǔn)是精密/超精密測(cè)量?jī)x器、試驗(yàn)裝備與制造裝備中的核心技術(shù)之一。

北京工業(yè)大學(xué)提出了一種閉式空氣靜壓導(dǎo)軌裝置(高精度高剛度閉式空氣靜壓導(dǎo)軌，專利公開號(hào)：cn102632398a)。該裝置包括底座、左立柱、導(dǎo)軌、溜板、卸荷導(dǎo)軌、卸荷溜板、卸荷彈簧、右立柱和靜壓氣腔幾個(gè)部分，底座用來支承左右立柱，左右立柱對(duì)稱放置，支撐導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、溜板和卸荷溜板，導(dǎo)軌和溜板之間是封閉式的，溜板和卸荷溜板之間有卸荷彈簧。其特點(diǎn)是，卸荷溜板通過彈簧作用將溜板自身的重量轉(zhuǎn)移到卸荷導(dǎo)軌上，作業(yè)使用時(shí)，溜板同卸荷溜板沿著各自導(dǎo)軌同步實(shí)現(xiàn)水平直線運(yùn)動(dòng)。該方案主要著力于解決靜壓氣浮支承氣膜剛度低的缺點(diǎn)，在用于精密直線測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域時(shí)，溜板運(yùn)動(dòng)帶來的擾動(dòng)會(huì)影響導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度。

浙江工業(yè)大學(xué)提出了一種全解耦動(dòng)態(tài)平衡裝置(專利公開號(hào)：cn103116362a)。該裝置包括基座和工作臺(tái)，工作臺(tái)底面安裝第一直線導(dǎo)軌，動(dòng)平臺(tái)的頂面安裝第二直線導(dǎo)軌，十字軸滑塊的頂面可滑動(dòng)地安裝在第一直線導(dǎo)軌上，十字軸滑塊的底面可滑動(dòng)地安裝在第二直線導(dǎo)軌上；通過該發(fā)明的全解耦動(dòng)態(tài)平衡裝置可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)自由度的動(dòng)態(tài)解耦，有助于提高相互正交的兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)精度。但是該發(fā)明通過十字軸滑塊作為連接裝置，使用這類連接裝置時(shí)安裝誤差會(huì)附加到導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度上，并且十字軸滑塊的運(yùn)動(dòng)精度低于導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度且不具有調(diào)節(jié)功能。

通過導(dǎo)軌沿著導(dǎo)軌架產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)作為水平測(cè)量基準(zhǔn)使用時(shí)，要求儀器與裝備同時(shí)兼有高精度、高位移靈敏度、低振動(dòng)及高定位精度等特性，目前并沒有較好的解決方案。因此，研究一種基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置，在精密裝備制造業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的問題，提出一種基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置，在保留靜壓氣浮軸導(dǎo)軌摩擦力小、無爬行的優(yōu)勢(shì)前提下，實(shí)現(xiàn)較高的直線導(dǎo)向精度；其驅(qū)動(dòng)部分采用摩擦輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)精密氣浮導(dǎo)軌的無回程差直線運(yùn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)連接單元能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)部分產(chǎn)生的擾動(dòng)濾除，將x方向的牽引力傳遞至基準(zhǔn)部分。上述目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置,包括基準(zhǔn)部分、驅(qū)動(dòng)部分，基準(zhǔn)部分和驅(qū)動(dòng)部分通過驅(qū)動(dòng)連接單元和支架平行安裝；基準(zhǔn)部分包括光柵尺、光電讀數(shù)頭、通氣管道、精密氣浮導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)套；驅(qū)動(dòng)部分包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件、制動(dòng)輪、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、摩擦輪框架、從動(dòng)輪、主動(dòng)輪；基準(zhǔn)部分的氣浮導(dǎo)套和驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌固定安裝在支架上；基準(zhǔn)部分的精密氣浮導(dǎo)軌和驅(qū)動(dòng)部分的摩擦輪框架通過驅(qū)動(dòng)連接單元相連。

基準(zhǔn)部分的2個(gè)氣浮導(dǎo)套平行安裝，2個(gè)氣浮導(dǎo)套內(nèi)部通過通氣管道連通；精密氣浮導(dǎo)軌安裝在氣浮導(dǎo)套的內(nèi)側(cè)；精密氣浮導(dǎo)軌沿x運(yùn)動(dòng)方向安裝有光柵尺，氣浮導(dǎo)套上安裝有與光柵尺配合使用的光電讀數(shù)頭。

驅(qū)動(dòng)部分的摩擦輪框架和制動(dòng)單元平行安裝，摩擦輪框架上安裝有主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，制動(dòng)單元上安裝有制動(dòng)輪；驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌安裝在主動(dòng)輪的下方，同時(shí)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌安裝在從動(dòng)輪和制動(dòng)輪的上方，即主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和制動(dòng)輪空間上夾持著驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌；驅(qū)動(dòng)電機(jī)和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件安裝在主動(dòng)輪的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)同主動(dòng)輪軸連，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件同主動(dòng)輪固連。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)牽引主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)輪和制動(dòng)輪產(chǎn)生與主動(dòng)輪反方向的旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌被主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和制動(dòng)輪夾持并受到滾動(dòng)摩擦力的驅(qū)動(dòng)，與摩擦輪框架產(chǎn)生相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ凛喛蚣茉隍?qū)動(dòng)導(dǎo)軌上的直線運(yùn)動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件采用圓光柵進(jìn)行同步位移測(cè)量。

驅(qū)動(dòng)連接單元安裝在基準(zhǔn)部分的精密氣浮導(dǎo)軌和驅(qū)動(dòng)部分的摩擦輪框架之間，將摩擦輪框架位移的x方向上水平分量傳遞至精密氣浮導(dǎo)軌，摩擦輪框架位移y方向上和z方向上的干擾分量通過驅(qū)動(dòng)連接單元解耦。

精密氣浮導(dǎo)軌采用氧化鋁陶瓷材料、花崗巖材料或者金屬材料制作。

本發(fā)明裝置具有如下顯著特點(diǎn)：

1、本發(fā)明裝置中精密氣浮導(dǎo)軌在兩個(gè)氣浮套的引導(dǎo)下沿x運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并通過光柵尺、光電讀數(shù)頭進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)x方向的高運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。

2、本發(fā)明裝置中的驅(qū)動(dòng)部分采用摩擦輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)，主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和制動(dòng)輪空間上三點(diǎn)夾持驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌，限制驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌除x方向上直線運(yùn)動(dòng)外的其他自由度；驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過主動(dòng)輪牽引驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)輪配合制動(dòng)單元使用能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌的即用即停。

3、本發(fā)明裝置中驅(qū)動(dòng)連接單元能夠解耦驅(qū)動(dòng)部分的y方向上和z方向上的干擾分量，將摩擦輪框架位移的x方向上水平分量傳遞至精密氣浮導(dǎo)軌，以保證精密氣浮導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度。

本發(fā)明裝置用途廣泛，尤其適用于精密/超精密測(cè)量?jī)x器、試驗(yàn)裝備與制造裝備中水平直線基準(zhǔn)的建立。

附圖說明

圖1為基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖中：a、基準(zhǔn)部分；b驅(qū)動(dòng)部分、；1、光柵尺；2、光電讀數(shù)頭；3、通氣導(dǎo)管；4、驅(qū)動(dòng)連接單元；5、精密氣浮導(dǎo)軌；6、氣浮套；7、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌；8、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件；9、制動(dòng)輪；10、制動(dòng)單元；11、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；12、摩擦輪框架；13、從動(dòng)輪；14、支架；15、主動(dòng)輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。

如圖1、2所示，一種基于摩擦驅(qū)動(dòng)的靜壓氣浮水平直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)裝置,包括基準(zhǔn)部分a、驅(qū)動(dòng)部分b，基準(zhǔn)部分a和驅(qū)動(dòng)部分b通過驅(qū)動(dòng)連接單元4和支架14平行安裝；基準(zhǔn)部分a包括光柵尺1、光電讀數(shù)頭2、通氣管道3、精密氣浮導(dǎo)軌5、氣浮導(dǎo)套6；驅(qū)動(dòng)部分b包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌7、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件8、制動(dòng)輪9、制動(dòng)單元10、驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、摩擦輪框架12、從動(dòng)輪13、主動(dòng)輪15；基準(zhǔn)部分a的氣浮導(dǎo)套6和驅(qū)動(dòng)部分b的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌固定安裝在支架14上；基準(zhǔn)部分a的精密氣浮導(dǎo)軌5和驅(qū)動(dòng)部分b的摩擦輪框架12通過驅(qū)動(dòng)連接單元4相連。

基準(zhǔn)部分a的2個(gè)氣浮導(dǎo)套6平行安裝，2個(gè)氣浮導(dǎo)套6內(nèi)部通過通氣管道3連通；精密氣浮導(dǎo)軌5安裝在氣浮導(dǎo)套6的內(nèi)側(cè)；精密氣浮導(dǎo)軌5沿x運(yùn)動(dòng)方向安裝有光柵尺1，氣浮導(dǎo)套6上安裝有與光柵尺1配合使用的光電讀數(shù)頭2。

驅(qū)動(dòng)部分b的摩擦輪框架12和制動(dòng)單元10平行安裝，摩擦輪框架12上安裝有主動(dòng)輪15和從動(dòng)輪13，制動(dòng)單元10上安裝有制動(dòng)輪9；驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌7安裝在主動(dòng)輪15的下方，同時(shí)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌7安裝在從動(dòng)輪13和制動(dòng)輪9的上方，即主動(dòng)輪15、從動(dòng)輪13和制動(dòng)輪9空間上夾持著驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌7；驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件8安裝在主動(dòng)輪15的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)11同主動(dòng)輪15軸連，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件8同主動(dòng)輪15固連。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)11牽引主動(dòng)輪15回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)輪13和制動(dòng)輪9產(chǎn)生與主動(dòng)輪15反方向的旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌7被主動(dòng)輪15、從動(dòng)輪13和制動(dòng)輪9夾持并受到滾動(dòng)摩擦力的驅(qū)動(dòng)，與摩擦輪框架12產(chǎn)生相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)11的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ凛喛蚣?2在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌7上的直線運(yùn)動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)部件8采用圓光柵進(jìn)行同步位移測(cè)量。

驅(qū)動(dòng)連接單元4安裝在基準(zhǔn)部分a的精密氣浮導(dǎo)軌5和驅(qū)動(dòng)部分b的摩擦輪框架12之間，將摩擦輪框架12位移的x方向上水平分量傳遞至精密氣浮導(dǎo)軌5，摩擦輪框架12位移y方向上和z方向上的干擾分量，通過驅(qū)動(dòng)連接單元4解耦5。

精密氣浮導(dǎo)軌5采用氧化鋁陶瓷材料、花崗巖材料或者金屬材料制作。