基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置的制作方法

本发明属于精密测量与仪器技术领域，特别涉及一种基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置。

背景技术：

在超精密计量测试和超精密加工领域，直线基准是精密/超精密测量仪器、试验装备与制造装备中的核心技术之一。

北京工业大学提出了一种闭式空气静压导轨装置(高精度高刚度闭式空气静压导轨，专利公开号：cn102632398a)。该装置包括底座、左立柱、导轨、溜板、卸荷导轨、卸荷溜板、卸荷弹簧、右立柱和静压气腔几个部分，底座用来支承左右立柱，左右立柱对称放置，支撑导轨、卸荷导轨、溜板和卸荷溜板，导轨和溜板之间是封闭式的，溜板和卸荷溜板之间有卸荷弹簧。其特点是，卸荷溜板通过弹簧作用将溜板自身的重量转移到卸荷导轨上，作业使用时，溜板同卸荷溜板沿着各自导轨同步实现水平直线运动。该方案主要着力于解决静压气浮支承气膜刚度低的缺点，在用于精密直线测量技术领域时，溜板运动带来的扰动会影响导轨的运动精度。

浙江工业大学提出了一种全解耦动态平衡装置(专利公开号：cn103116362a)。该装置包括基座和工作台，工作台底面安装第一直线导轨，动平台的顶面安装第二直线导轨，十字轴滑块的顶面可滑动地安装在第一直线导轨上，十字轴滑块的底面可滑动地安装在第二直线导轨上；通过该发明的全解耦动态平衡装置可以实现4个自由度的动态解耦，有助于提高相互正交的两个方向上的运动精度。但是该发明通过十字轴滑块作为连接装置，使用这类连接装置时安装误差会附加到导轨的运动精度上，并且十字轴滑块的运动精度低于导轨的运动精度且不具有调节功能。

通过导轨沿着导轨架产生水平运动作为水平测量基准使用时，要求仪器与装备同时兼有高精度、高位移灵敏度、低振动及高定位精度等特性，目前并没有较好的解决方案。因此，研究一种基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置，在精密装备制造业等领域的应用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置，在保留静压气浮轴导轨摩擦力小、无爬行的优势前提下，实现较高的直线导向精度；其驱动部分采用摩擦轮结构的设计，能够实现精密气浮导轨的无回程差直线运动；驱动连接单元能够将驱动部分产生的扰动滤除，将x方向的牵引力传递至基准部分。上述目的通过以下的技术方案实现：

一种基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置,包括基准部分、驱动部分，基准部分和驱动部分通过驱动连接单元和支架平行安装；基准部分包括光栅尺、光电读数头、通气管道、精密气浮导轨、气浮导套；驱动部分包括驱动导轨、运动检测部件、制动轮、制动单元、驱动电机、摩擦轮框架、从动轮、主动轮；基准部分的气浮导套和驱动部分的驱动导轨固定安装在支架上；基准部分的精密气浮导轨和驱动部分的摩擦轮框架通过驱动连接单元相连。

基准部分的2个气浮导套平行安装，2个气浮导套内部通过通气管道连通；精密气浮导轨安装在气浮导套的内侧；精密气浮导轨沿x运动方向安装有光栅尺，气浮导套上安装有与光栅尺配合使用的光电读数头。

驱动部分的摩擦轮框架和制动单元平行安装，摩擦轮框架上安装有主动轮和从动轮，制动单元上安装有制动轮；驱动导轨安装在主动轮的下方，同时驱动导轨安装在从动轮和制动轮的上方，即主动轮、从动轮和制动轮空间上夹持着驱动导轨；驱动电机和运动检测部件安装在主动轮的两侧，驱动电机同主动轮轴连，运动检测部件同主动轮固连。

驱动电机牵引主动轮回转运动，从动轮和制动轮产生与主动轮反方向的旋转；驱动导轨被主动轮、从动轮和制动轮夹持并受到滚动摩擦力的驱动，与摩擦轮框架产生相对直线运动，将驱动电机的回转运动转变为摩擦轮框架在驱动导轨上的直线运动。

运动检测部件采用圆光栅进行同步位移测量。

驱动连接单元安装在基准部分的精密气浮导轨和驱动部分的摩擦轮框架之间，将摩擦轮框架位移的x方向上水平分量传递至精密气浮导轨，摩擦轮框架位移y方向上和z方向上的干扰分量通过驱动连接单元解耦。

精密气浮导轨采用氧化铝陶瓷材料、花岗岩材料或者金属材料制作。

本发明装置具有如下显著特点：

1、本发明装置中精密气浮导轨在两个气浮套的引导下沿x运动方向进行运动，并通过光栅尺、光电读数头进行反馈调节，能够实现x方向的高运动精度和定位精度。

2、本发明装置中的驱动部分采用摩擦轮驱动技术，主动轮、从动轮和制动轮空间上三点夹持驱动导轨，限制驱动导轨除x方向上直线运动外的其他自由度；驱动电机通过主动轮牵引驱动导轨进行直线运动，制动轮配合制动单元使用能实现驱动导轨的即用即停。

3、本发明装置中驱动连接单元能够解耦驱动部分的y方向上和z方向上的干扰分量，将摩擦轮框架位移的x方向上水平分量传递至精密气浮导轨，以保证精密气浮导轨的运动精度。

本发明装置用途广泛，尤其适用于精密/超精密测量仪器、试验装备与制造装备中水平直线基准的建立。

附图说明

图1为基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置的结构示意图；

图2为基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置的结构剖视图；

图中：a、基准部分；b驱动部分、；1、光栅尺；2、光电读数头；3、通气导管；4、驱动连接单元；5、精密气浮导轨；6、气浮套；7、驱动导轨；8、运动检测部件；9、制动轮；10、制动单元；11、驱动电机；12、摩擦轮框架；13、从动轮；14、支架；15、主动轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

如图1、2所示，一种基于摩擦驱动的静压气浮水平直线运动基准装置,包括基准部分a、驱动部分b，基准部分a和驱动部分b通过驱动连接单元4和支架14平行安装；基准部分a包括光栅尺1、光电读数头2、通气管道3、精密气浮导轨5、气浮导套6；驱动部分b包括驱动导轨7、运动检测部件8、制动轮9、制动单元10、驱动电机11、摩擦轮框架12、从动轮13、主动轮15；基准部分a的气浮导套6和驱动部分b的驱动导轨固定安装在支架14上；基准部分a的精密气浮导轨5和驱动部分b的摩擦轮框架12通过驱动连接单元4相连。

基准部分a的2个气浮导套6平行安装，2个气浮导套6内部通过通气管道3连通；精密气浮导轨5安装在气浮导套6的内侧；精密气浮导轨5沿x运动方向安装有光栅尺1，气浮导套6上安装有与光栅尺1配合使用的光电读数头2。

驱动部分b的摩擦轮框架12和制动单元10平行安装，摩擦轮框架12上安装有主动轮15和从动轮13，制动单元10上安装有制动轮9；驱动导轨7安装在主动轮15的下方，同时驱动导轨7安装在从动轮13和制动轮9的上方，即主动轮15、从动轮13和制动轮9空间上夹持着驱动导轨7；驱动电机11和运动检测部件8安装在主动轮15的两侧，驱动电机11同主动轮15轴连，运动检测部件8同主动轮15固连。

驱动电机11牵引主动轮15回转运动，从动轮13和制动轮9产生与主动轮15反方向的旋转；驱动导轨7被主动轮15、从动轮13和制动轮9夹持并受到滚动摩擦力的驱动，与摩擦轮框架12产生相对直线运动，将驱动电机11的回转运动转变为摩擦轮框架12在驱动导轨7上的直线运动。

运动检测部件8采用圆光栅进行同步位移测量。

驱动连接单元4安装在基准部分a的精密气浮导轨5和驱动部分b的摩擦轮框架12之间，将摩擦轮框架12位移的x方向上水平分量传递至精密气浮导轨5，摩擦轮框架12位移y方向上和z方向上的干扰分量，通过驱动连接单元4解耦5。

精密气浮导轨5采用氧化铝陶瓷材料、花岗岩材料或者金属材料制作。