一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置及其使用方法
【技術領域】
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[0001]—種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置及其使用方法，屬于超精密靜壓氣體潤滑領域。
【背景技術】
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[0002]靜壓氣體軸承相對于油潤滑或脂潤滑，氣體潤滑粘性滯后小，無摩擦/極低摩擦，具有精度高、壽命長，發(fā)熱低、高速運動溫升小，克服了傳統(tǒng)軸承存在潤滑介質失效、熱穩(wěn)定性差等不足，廣泛應用于光刻曝光、超精密加工、干涉測量和半導體檢測等超精密工程技術領域的運動支撐元件。
[0003]隨著微電子制造、超精密加工以及超精密測量技術的快速發(fā)展，對靜壓氣體軸承的性能提出更高的要求，為進一步研究靜壓氣體潤滑機理，從而提高靜壓氣體軸承的性能，需要深入分析軸承內氣體流場特性，目前通過數值分析和仿真計算獲得軸承氣膜內的流場特性無法通過實驗方法直接驗證，只能通過軸承的承載能力、剛度、耗氣量等性能間接驗證軸承理論分析結果。
[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置及其使用方法，采用高速相機拍攝氣膜內示蹤粒的運動軌跡，實現靜壓氣體軸承內氣體流場的直接檢測。
【發(fā)明內容】
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[0005]本發(fā)明之目的是:提出一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置及其使用方法，實現靜壓氣體軸承內氣體流場的直接檢測。
[0006]為了實現本發(fā)明之目的，擬采用以下的技術方案:
[0007]本發(fā)明至少由:光源、濾光平面鏡1、中繼鏡、高速相機、濾光平面鏡I1、濾光棱鏡、顯微物鏡、連接管1、三通閥、連接管I1、調壓閥1、氣體壓縮機1、連接管II1、調壓閥I1、封閉箱、示蹤粒子、連接管IV、儲氣罐、連接管V、氣體壓縮機I1、軸承體、承載面組成，其特征在于:上述的軸承體上設置有軸承進氣孔和節(jié)流孔，示蹤粒子設置在封閉箱內，光源和濾光平面鏡I設置在濾光棱鏡的左側，中繼鏡、高速相機、濾光平面鏡II設置在濾光棱鏡的下偵h顯微物鏡設置在濾光棱鏡的上側，中繼鏡、高速相機和顯微物鏡設置在同一軸線上，三通閥的出氣口通過連接管I與軸承進氣孔連通，三通閥的進氣口通過連接管II和連接管
III分別與調壓閥I和調壓閥II的出氣口連通，調壓閥I的進氣口與氣體壓縮機I的出氣口連通，調壓閥II的進氣口與封閉箱的出氣口連通，封閉箱的進氣口通過連接管IV與儲氣罐的出氣口連通，儲氣罐的進氣口通過連接管V與氣體壓縮機II的出氣口連通，上述的光源是連續(xù)光源或者是脈沖光源，上述的承載面是透明塑料或者是透明石英玻璃或者是透明有機玻璃，上述的示蹤粒子是直徑小于1微米的熒光粒子。
[0008]本發(fā)明的使用方法如下:
[0009]關閉調壓閥I和調壓閥II，啟動氣體壓縮機II，直至封閉箱和儲氣罐內的氣體壓力穩(wěn)定，啟動氣體壓縮機I，開啟調壓閥I，通過調壓閥I調整軸承進氣孔內的氣體壓力，使軸承體和承載面之間形成的氣膜厚度穩(wěn)定，通過調壓閥II調整進入氣膜內示蹤粒子的數量，使示蹤粒子在氣膜內均勻分布，開啟光源，高速相機拍攝示蹤粒子的運動圖像。
[0010]本發(fā)明的特點:
[0011]軸承工作時示蹤粒子的運動取決于靜壓氣體軸承內的流場特性，其運軌跡反映了軸承內氣體流場的變化，因此，利用高速相機拍攝示蹤粒子的運動軌跡為軸承內氣體流場的直接測量創(chuàng)造了條件。
【附圖說明】
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[0012]圖1示意了本發(fā)明的檢測裝置。
[0013]1、光源；2、濾光平面鏡I ;3、中繼鏡；4、高速相機；5、濾光平面鏡II ;6、濾光棱鏡；
7、顯微物鏡；8、連接管I ;9、三通閥；10、連接管II ;11、調壓閥I ;12、氣體壓縮機I ;13、連接管III ;14、調壓閥II ;15、封閉箱；16、示蹤粒子；17、連接管IV ;18、儲氣罐；19、連接管V ;20、氣體壓縮機II ;21、軸承體；22、承載面；23、軸承進氣孔；24節(jié)流孔；25、氣膜。
【具體實施方式】
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[0014]本發(fā)明的軸承體21上設置有軸承進氣孔23和節(jié)流孔24，示蹤粒子16設置在封閉箱15內，光源1和濾光平面鏡12設置在濾光棱鏡6的左側，中繼鏡3、高速相機4、濾光平面鏡115設置在濾光棱鏡6的下側，顯微物鏡7設置在濾光棱鏡6的上側，中繼鏡3、高速相機4和顯微物鏡7設置在同一軸線上，三通閥9的出氣口通過連接管18與軸承進氣孔23連通，三通閥9的進氣口通過連接管1110和連接管III13分別與調壓閥111和調壓閥1114的出氣口連通，調壓閥111的進氣口與氣體壓縮機112的出氣口連通，調壓閥II14的進氣口與封閉箱15的出氣口連通，封閉箱15的進氣口通過連接管IV17與儲氣罐18的出氣口連通，儲氣罐18的進氣口通過連接管V19與氣體壓縮機1120的出氣口連通。
[0015]上述的光源1是連續(xù)光源或者是脈沖光源。
[0016]上所述的承載面22是透明塑料或者是透明石英玻璃或者是透明有機玻璃。
[0017]上所述的示蹤粒子16是直徑小于1微米的熒光粒子。
[0018]本發(fā)明的檢測裝置工作時，關閉調壓閥111和調壓閥1114，啟動氣體壓縮機1120，直至封閉箱15和儲氣罐18內的氣體壓力穩(wěn)定，啟動氣體壓縮機112，開啟調壓閥111，通過調壓閥111調整軸承進氣孔23內的氣體壓力，使軸承體21和承載面22之間形成的氣膜25厚度穩(wěn)定，通過調壓閥II調整進入氣膜25內示蹤粒子16的數量，使示蹤粒子16在氣膜25內均勻分布，開啟光源1，高速相機4拍攝示蹤粒子16的運動圖像。
【主權項】
1.一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置，它至少由:光源(1)、濾光平面鏡1(2)、中繼鏡(3)、高速相機(4)、濾光平面鏡II (5)、濾光棱鏡(6)、顯微物鏡(7)、連接管I⑶、三通閥(9)、連接管II (10)、調壓閥1(11)、氣體壓縮機1(12)、連接管III (13)、調壓閥11(14)、封閉箱(15)、示蹤粒子(16)、連接管IV(17)、儲氣罐(18)、連接管V(19)、氣體壓縮機II(20)、軸承體(21)、承載面(22)組成，其特征在于，所述的軸承體(21)上設置有軸承進氣孔(23)和節(jié)流孔(24)，示蹤粒子(16)設置在封閉箱(15)內，光源(1)和濾光平面鏡I (2)設置在濾光棱鏡(6)的左側，中繼鏡(3)、高速相機(4)、濾光平面鏡II (5)設置在濾光棱鏡(6)的下側，顯微物鏡(7)設置在濾光棱鏡￠)的上側，中繼鏡(3)、高速相機(4)和顯微物鏡(7)設置在同一軸線上，三通閥(9)的出氣口通過連接管1(8)與軸承進氣孔(23)連通，三通閥(9)的進氣口通過連接管11(10)和連接管111(13)分別與調壓閥1(11)和調壓閥11(14)的出氣口連通，調壓閥1(11)的進氣口與氣體壓縮機1(12)的出氣口連通，調壓閥11(14)的進氣口與封閉箱(15)的出氣口連通，封閉箱(15)的進氣口通過連接管IV (17)與儲氣罐(18)的出氣口連通，儲氣罐(18)的進氣口通過連接管V(19)與氣體壓縮機11(20)的出氣口連通。2.根據權利要求1所述的一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置，其特征在于:所述的光源(1)是連續(xù)光源或者是脈沖光源。3.根據權利要求1所述的一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置，其特征在于:所述的承載面(22)是透明塑料或者是透明石英玻璃或者是透明有機玻璃。4.根據權利要求1所述的一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置，其特征在于:所述的示蹤粒子(16)是直徑小于1微米的熒光粒子。5.根據權利要求1所述的一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置的使用方法，其特征在于:關閉調壓閥1(11)和調壓閥II (14)，啟動氣體壓縮機II (20)，直至封閉箱(15)和儲氣罐(18)內的氣體壓力穩(wěn)定，啟動氣體壓縮機I (12)，開啟調壓閥I (11)，通過調壓閥I (11)調整軸承進氣孔(23)內的氣體壓力，使軸承體(21)和承載面(22)之間形成的氣膜(25)厚度穩(wěn)定，通過調壓閥11(14)調整進入氣膜(25)內示蹤粒子(16)的數量，使示蹤粒子(16)在氣膜(25)內均勻分布，開啟光源(1)，高速相機⑷拍攝示蹤粒子(16)的運動圖像。
【專利摘要】一種靜壓氣體軸承內氣體流場檢測裝置，它至少由：光源(1)、濾光平面鏡I(2)、中繼鏡(3)、高速相機(4)、濾光平面鏡II(5)、濾光棱鏡(6)、顯微物鏡(7)、連接管I(8)、三通閥(9)、連接管II(10)、調壓閥I(11)、氣體壓縮機I(12)、連接管III(13)、調壓閥II(14)、封閉箱(15)、示蹤粒子(16)、連接管IV(17)、儲氣罐(18)、連接管V(19)、氣體壓縮機II(20)、軸承體(21)、承載面(22)組成，本發(fā)明通過高速相機(4)拍攝氣膜(25)內示蹤粒的運動軌跡，實現靜壓氣體軸承內氣體流場的直接檢測。
【IPC分類】G01M9/06
【公開號】CN105424313
【申請?zhí)枴緾N201511028940
【發(fā)明人】李運堂, 梁宏民, 沈傳康, 萬欣, 吳進田, 孫在, 李孝祿
【申請人】中國計量學院
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月24日