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1、(10)申请公布号 CN 102607628 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 0 7 6 2 8 A *CN102607628A* (21)申请号 201210065215.2 (22)申请日 2012.01.13 G01D 11/00(2006.01) (71)申请人北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人赵维谦 侯茂盛 邱丽荣 王帆 (54) 发明名称 一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调 心工作台 (57) 摘要 本发明具体涉及一种基于空气静压轴承技术 的大范围调倾调心工作台，属于精密测量技术领 域。本发明的。
2、一种基于空气静压轴承技术的大范 围高精度调倾调心装置，包括调倾平台、调倾平台 座、调心平台、X向微位移发生器、Y向微位移发生 器、Z向微位移发生器、X向导向装置、Y向导向装 置、若干个回复弹簧；其连接关系为：将调倾平台 座放置在调心平台上，未接通低压空气时二者紧 密贴合。调倾平台座上放置调倾平台，调倾平台的 下表面与调倾平台座的上表面为截面形状互补的 表面，未接通低压空气时二者紧密贴合。本发明增 大调心、调倾范围，提高调心、调倾精度，满足被测 件几何参数和光学参数的高精度测量等需求。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发。
3、明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种基于空气静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置，其特征在于：包括调倾 平台(2)、调倾平台座(4)、调心平台(5)、X向微位移发生器(6)、Y向微位移发生器(3)、Z 向微位移发生器(9)、X向导向装置(16)、Y向导向装置(17)、若干个回复弹簧(18)；其连 接关系为：将调倾平台座(4)放置在调心平台(5)上，未接通低压空气时二者紧密贴合；调 倾平台座(4)上放置调倾平台(2)，调倾平台(2)的下表面与调倾平台座(4)的上表面为截 面形状互补的表面，未接通低压空气时二者紧密贴合；X向微位移发生器(6)、Y向。
4、微位移发 生器(3)和三个Z向微位移发生器(9)，分别放置在工作台周围，用于工作台倾斜和偏心的 调整，其中X向微位移发生器(6)沿X向作用于调心平台(5)；Y向微位移发生器(3)沿Y 向作用于调倾平台座(4)；当调倾平台(2)绕X轴、Y轴做滚转或俯仰时，保证在坐标系的X 轴或Y轴上安装一个Z向微位移发生器(9)，再在X轴或Y轴两侧对称安装两个Z向微位移 发生器(9)，三个Z向微位移发生器(9)共同作用于调倾平台(2)；X向导向装置(16)安放 于调心平台(5)沿X向的两侧，用于限定调心平台(5)沿X方向的运动；Y向导向装置(17) 安放于调倾平台座(4)沿Y向的两侧，用于限定调心平台(5)沿Y。
5、方向的运动；置于X向微 位移发生器(6)的对径位置的回复弹簧，是用于提供X方向偏心调整的回复力；置于Y向微 位移发生器(3)的对径位置的回复弹簧，是用于提供Y方向偏心调整的回复力；置于三个Z 向微位移发生器(9)附近的回复弹簧，是用于提供调倾回复力，限定调整范围，防止倾覆侧 翻，保证调倾平台(2)与调倾平台座(4)之间相对位置的稳定。 2.如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：所述调倾平台座(4)包括调倾气膜供气孔(13)和内部气路；在调倾平台座(4)的上 表面周围设置若干调倾气膜供气孔(13)，调倾气膜供气孔(13)通过内部气路与调倾平台 座供气管(。
6、11)相连通。 3.如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：所述调心平台(5)包括Y向调心气膜供气孔(14)、X向调心气膜供气孔(15)、内部气 路，Y向调心气膜供气孔(14)与X向调心气膜供气孔(15)分别安置在内部气路两侧，并通 过内部气路与调心平台供气管(12)相连通。 4.如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：调心平台(5)边缘突起，高度不高于调倾平台座(4)。 5.如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：调倾平台座(4)上表面的形状优选为半球面或半圆柱面等。 6.。
7、如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：当工作时，低压空气接通，所述的调倾平台(2)的下表面与调倾平台座(4)的上表面 之间形成调倾气膜(10)。 7.如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：当工作时，低压空气接通，所述的调心平台(5)与回转工作台之间形成X向调心气膜 (7)。 8.如权利要求1所述的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，其特征 在于：当工作时，低压空气接通，所述的调倾平台(2)与调倾平台座(4)之间形成Y向调心 气膜(8)。 权 利 要 求 书CN 102607628 A 1/6页 3 。
8、一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台 技术领域 0001 本发明具体涉及一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，属于精密 测量技术领域。 背景技术 0002 调倾调心工作台是精密测量领域的重要装置，这类工作台需满足调整精度高、范 围大、承载重、承载刚度好等要求，广泛应用于精密回转工作台上被测件倾斜、偏心等的精 确调整。 0003 现有调倾调心工作台一般采用滚动元件或液体静压技术作为承载轴承。滚动元件 的轴承不仅制造困难、价格昂贵，而且加工精度难于保证，低速下容易产生爬行。因此，调整 工作台的调倾、调心精度受滚动轴承元件精度的制约，难于提高到微米级，如果轴承间隙调 整不当，工作。
9、台甚至会出现震动和严重磨损等情况。液体静压工作台中静压和主轴等均需 使用质量要求很高的润滑油作为刚性承载介质，工作台的静压处发热较高，影响工作寿命， 并且工作台的自身结构复杂，需要专用的供油系统，对润滑油的质量要求很高，维护困难。 0004 以上所述方法都无法满足光学量和几何量精密测量中对高精度、高分辨力、无摩 擦、易于驱动、高承载刚度的要求。 发明内容 0005 本发明的目的是为了克服上述调倾调心系统的不足，增大调心、调倾范围，提高调 心、调倾精度，满足被测件几何参数和光学参数的高精度测量等需求，提出了一种基于空气 静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置。 0006 本发明是通过以下技术方案。
10、实现的。 0007 本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置，包括调倾平 台、调倾平台座、调心平台、X向微位移发生器、Y向微位移发生器、Z向微位移发生器、X向 导向装置、Y向导向装置、若干个回复弹簧； 0008 其连接关系为：将调倾平台座放置在调心平台上，未接通低压空气时二者紧密贴 合。调倾平台座上放置调倾平台，调倾平台的下表面与调倾平台座的上表面为截面形状互 补的表面，未接通低压空气时二者紧密贴合。X向微位移发生器、Y向微位移发生器和三个Z 向微位移发生器，分别放置在工作台周围，用于工作台倾斜和偏心的调整，其中X向微位移 发生器沿X向作用于调心平台；Y向微位移发生器沿Y向作。
11、用于调倾平台座；当调倾平台绕 X轴、Y轴做滚转或俯仰时，保证在坐标系的X轴或Y轴上安装一个Z向微位移发生器，再在 X轴或Y轴两侧对称安装两个Z向微位移发生器，三个Z向微位移发生器共同作用于调倾平 台。X向导向装置安放于调心平台沿X向的两侧，用于限定调心平台沿X方向的运动。Y向 导向装置安放于调倾平台座沿Y向的两侧，用于限定调心平台沿Y方向的运动。调心平台 边缘突起，高度不高于调倾平台座，用于限定调倾平台座的调整范围。 0009 置于X向微位移发生器的对径位置的回复弹簧，是用于提供X方向偏心调整的回 说 明 书CN 102607628 A 2/6页 4 复力。置于Y向微位移发生器的对径位置的回复。
12、弹簧，是用于提供Y方向偏心调整的回复 力。置于三个Z向微位移发生器附近的回复弹簧，是用于提供调倾回复力，限定调整范围， 防止倾覆侧翻，保证调倾平台与调倾平台座之间相对位置的稳定。 0010 其中，调倾平台座包括调倾气膜供气孔和内部气路；在调倾平台座的上表面周围 设置若干调倾气膜供气孔，调倾气膜供气孔通过内部气路与调倾平台座供气管相连通；调 心平台包括Y向调心气膜供气孔、X向调心气膜供气孔、内部气路，Y向调心气膜供气孔与X 向调心气膜供气孔分别安置在内部气路两侧，并通过内部气路与调心平台供气管相连通。 0011 调倾平台与调倾平台座构成调倾单元；调倾平台座与调心平台构成调心单元。 0012 其工。
13、作过程为： 0013 调倾单元工作过程：未接通低压空气时，调倾平台由自身重力作用压合在调倾平 台座上，调倾平台的下表面与调倾平台座的上表面紧密贴合。当工作时，低压空气接通，由 调倾平台座供气管经内部气路与调倾气膜供气孔供给调倾单元，由于各调倾气膜供气孔的 排气孔极小，将低压空气转化为高压空气排出，在调倾平台的下表面与调倾平台座的上表 面间形成一层极薄的气体润滑膜即调倾气膜。这时，三个沿圆周方向布置的Z向微位移发 生器及在各Z向微位移发生器附近的回复弹簧就可以联合起来驱动调倾平台在调倾平台 座内几乎无摩擦的沿上下表面的轮廓曲线做绕X轴的滚转及绕Y轴的俯仰运动，进而完成 调倾功能。 0014 调心。
14、单元工作过程：未接通低压空气时，调倾平台座由自身重力作用与调心平台 结合为整体，调倾平台座的下表面与调心平台的上表面紧密贴合。当工作时，低压空气接通 至调心平台供气管，低压空气经由内部气路分别送至垂直于内部气路两侧的Y向调心气膜 供气孔与X向调心气膜供气孔；由于各调心气膜供气孔极小，可将低压空气转化为高压空 气排出，这样就在调心平台的上表面与调倾平台座的下表面间、调心平台的下表面与固定 平台面间分别形成一层极薄的气体润滑膜即Y向调心气膜和X向调心气膜。这时，X向微 位移发生器及对径布置的回复弹簧就可以配合驱动调心平台沿X方向做偏心调整；Y向微 位移发生器及对径布置的回复弹簧就可以配合驱动调倾平。
15、台座沿Y方向几乎无摩擦地做 偏心调整，从而完成X、Y方向的调心功能。 0015 有益效果： 0016 1、本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台中，全部采用空 气静压轴承技术作为润滑和导向，调整过程中运动部件间几乎无摩擦，消除了迟滞、爬行和 回程等因素的影响，配合以高分辨力的微位移发生器，使得本发明装置的调倾、调心分辨率 大大提高，具备极高的调整精度。 0017 2、本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台采用独特的结 构形式，各位移机构易于限位，再配合选用大行程的微位移发生器，可以显著提高调倾、调 心范围。 0018 3、本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围。
16、调倾调心工作台，采用了空气静 压轴承技术作为支撑，调倾平台和调心平台的自身重力基本被抵消，使得在调整过程中，各 微位移发生器只需要提供很小的驱动力即可完成调倾、调心动作。 0019 4、尤其相较于油压轴承又具有环境清洁，易于维护，静压气模刚性好，承载能力强 等优点。 说 明 书CN 102607628 A 3/6页 5 0020 5、本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台，本发明专利创 新性的设计了多层式结构，利用多层空气静压气膜作为支撑、导向和润滑，将调倾与调心功 能整合为一个整体，优化了调倾调心工作台的结构，且调倾调心操作简便，功能性强，易于 实现自动控制的调心调倾。 附图。
17、说明 0021 图1为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台结构的主 视图； 0022 图2为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台结构的俯 视图； 0023 图3为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台的调倾工 作原理图； 0024 图4为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台的调心工 作原理图； 0025 图5为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台的实施例1 主视图； 0026 图6为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台的实施例1 俯视图； 0027 图7为本发明的一种基于空气静压轴承技术的。
18、大范围调倾调心工作台的实施例2 主视图； 0028 图8为本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围调倾调心工作台的实施例2 俯视图； 0029 图中，1-待测工件，2-调倾平台、3-Y向微位移发生器、4-调倾平台座、5-调心平 台、6-X向微位移发生器、7-X向调心气膜、8-Y向调心气膜、9-Z向微位移发生器、10-调倾气 膜、11-调倾平台座供气管、12-调心平台供气管、13-调倾气膜供气孔、14-Y向调心气膜供 气孔、15-X向调心气膜供气孔、16-X向导向装置、17-Y向导向装置、18-回复弹簧。 具体实施方式 0030 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 0031 实施例1 0。
19、032 本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置，包括调倾平 台2、调倾平台座4、调心平台5、X向微位移发生器6、Y向微位移发生器3、Z向微位移发生 器9、X向导向装置16、Y向导向装置17、若干个回复弹簧18；如图5、图6所示。 0033 调倾平台2与调倾平台座4构成调倾单元；调倾平台座4与调心平台5构成调心 单元。 0034 将本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置放置于精 密回转工作台上。 0035 调倾功能单元中，调倾平台座4的上表面被设置为具有适当弧度的凹球面，在凹 球面上圆周周围设置若干调倾气膜供气孔13，调倾气膜供气孔13由内部气路与调倾平台。
20、 说 明 书CN 102607628 A 4/6页 6 座供气管11相连通。同时，调倾平台2的下表面被精确加工成与调倾平台座4的凹球面弧 度相同的凸球面，使之互补，再安放于调倾平台座4上，如图5所示。三个Z向微位移发生 器9共同作用于调倾平台2，其中一个Z向微位移发生器放置在Y轴上的一点a，且该点与 坐标原点O的距离为d，另外两个微位移发生器分别以相等的距离d沿圆周方向对称布置在 Y轴两侧的b点和c点，如图6所示；用于调整调倾平台绕X轴的滚转和绕Y轴的俯仰。在 各Z向微位移发生器9的附近，再配置三个回复弹簧作为预紧力产生装置，用于提供调倾回 复力，限定调整范围，防止倾覆侧翻。回复弹簧还可保证调。
21、倾平台2与调倾平台座4之间相 对位置的稳定。 0036 未接通低压空气时，调倾平台2由自身重力作用压合在调倾平台座4上，调倾平台 2的凸球面与调倾平台座4的凹球面紧密贴合。当工作时，低压空气接通，由调倾平台座供 气管11供给调倾单元，再经由内部气路送至圆周上各调倾气膜供气孔13，由于各调倾气膜 供气孔13的排气孔极小，将低压空气转化为高压空气排出，在调倾平台2的凸球面与调倾 平台座4的凹球面间形成一层极薄的气体润滑膜即调倾气膜10。这时，三个沿圆周方向布 置的Z向微位移发生器9及回复弹簧就可以联合起来驱动调倾平台2在调倾平台座4内几 乎无摩擦的沿凹球面(或凸球面)的轮廓曲线做绕X轴的滚转及绕Y。
22、轴的俯仰运动，进而 完成调倾功能，如图3所示。 0037 调心功能单元中，调心平台5边缘突起，高度不高于调倾平台座4，用于限定调倾 平台座4的调整范围。调心平台5作为X向调心的执行单元，调倾平台座4作为Y向调心 的执行单元。调心平台5的下表面在圆周上设置若干X向调心气膜供气孔15，调心平台5 的上表面同样在圆周设置若干Y向调心气膜供气孔14，各调心气膜供气孔由内部气路与调 心平台供气管12相连通。调倾平台座4再安放于调心平台5上。X向微位移发生器6和Y 向微位移发生器3沿圆周方向布置成如图6所示形式，其中，X向微位移发生器6配合与其 对径布置的回复弹簧作用于调心平台5，用于调整沿X方向的偏心；。
23、Y向微位移发生器3配 合与其对径布置的回复弹簧作用于调倾平台座4，用于调整沿Y方向的偏心。各回复弹簧 用于限定调整范围，提供调整回复力，并保证调心平台5与调心平台座4之间相对位置的稳 定。 0038 未接通低压空气时，调倾平台座4由自身重力作用与调心平台5结合为整体，调倾 平台座4的下表面与调心平台5的上表面紧密贴合。当工作时，低压空气接通至调心平台 供气管12，低压空气经由内部气路分别送至调心平台5上表面圆周上的各Y向调心气膜供 气孔14和调心平台5下表面圆周上的各X向调心气膜供气孔15，由于各调心气膜供气孔极 小，可将低压空气转化为高压空气排出，这样就在调心平台5的上表面与调倾平台座4的下。
24、 表面间、调心平台5的下表面与固定平台面间分别形成一层极薄的气体润滑膜即Y向调心 气膜8和X向调心气膜7。这时，X向微位移发生器6及回复弹簧就可以配合驱动调心平台 5沿X方向几乎无摩擦地做偏心调整；Y向微位移发生器3及回复弹簧就可以配合驱动调倾 平台座4沿Y方向几乎无摩擦地做偏心调整，从而完成X、Y方向的调心功能，如图4所示。 0039 将以上所述两功能单元组合起来，分别提供低压空气气源输入，即可同时完成绕X 轴的滚转调倾、绕Y轴的俯仰调倾及沿X、Y方向的调心功能。 0040 实施例2 0041 本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置，包括调倾平 说 明 书CN 10260。
25、7628 A 5/6页 7 台2、调倾平台座4、调心平台5、X向微位移发生器6、Y向微位移发生器3、Z向微位移发生 器9、X向导向装置16、Y向导向装置17、若干个回复弹簧18；如图7、图8所示。 0042 调倾平台2与调倾平台座4构成调倾单元；调倾平台座4与调心平台5构成调心 单元。 0043 将本发明的一种基于空气静压轴承技术的大范围高精度调倾调心装置放置于精 密回转工作台上。 0044 调倾功能单元中，调倾平台座4的上表面被设置为适当曲率半径的凹柱面，而调 倾平台2的下表面被精确加工成与调倾平台座4的凹柱面曲率相同的凸柱面，再在调倾平 台座4的凹柱面上按一定距离设置两列调倾气膜供气孔13。
26、，调倾气膜供气孔13由内部气路 与调倾平台座供气管11相连通。同时，调倾平台2的下表面被精确加工成与调倾平台座4 的凹柱面弧度相同的凸柱面，使之互补，再安放于调倾平台座4上，如图7所示。三个Z向 微位移发生器9共同作用于调倾平台2，其中一个Z向微位移发生器放置在Y轴上的一点 a，且该点与坐标原点O的距离为d，另外两个微位移发生器分别以相等的距离d沿圆 周方向对称布置在Y轴两侧的b点和c点，如图8所示；用于调整调倾平台绕X轴的滚 转和绕Y轴的俯仰。在各Z向微位移发生器9的附近，再配置三个回复弹簧作为预紧力产 生装置，用于提供调倾回复力，限定调整范围，防止倾覆侧翻。回复弹簧还可保证调倾平台 2与调。
27、倾平台座4之间相对位置的稳定。 0045 未接通低压空气时，调倾平台2由自身重力作用压合在调倾平台座4上，调倾平台 2的凸柱面与调倾平台座4的凹柱面紧密贴合。当工作时，低压空气由调倾平台座供气管11 接通后，由调倾平台座供气管11供给调倾单元，再经由内部气路送至圆周上各调倾气膜供 气孔13，由于各调倾气膜供气孔13的排气孔极小，将低压空气转化为高压空气排出，由于 调倾平台2的下表面为凸柱面，而调倾平台座4的上表面为凹柱面，因而形成的调倾气膜10 为一层极薄的半圆柱面气膜。这时，三个沿圆周方向布置的Z向微位移发生器9及回复弹 簧就可以联合起来驱动调倾平台2在调倾平台座4内几乎无摩擦的沿凹柱面(或。
28、凸柱面) 的轮廓曲线做绕X轴的滚转及绕Y轴的俯仰运动，进而完成调倾功能，如图3所示。 0046 调心功能单元中，调心平台5边缘突起，高度不高于调倾平台座4，用于限定调倾 平台座4的调整范围。调心平台5作为X向调心的执行单元，调倾平台座4作为Y向调心 的执行单元。调心平台5的下表面在圆周上设置若干X向调心气膜供气孔15，调心平台5 的上表面同样在圆周设置若干Y向调心气膜供气孔14，各调心气膜供气孔由内部气路与调 心平台供气管12相连通。调倾平台座4再安放于调心平台5上。X向微位移发生器6和Y 向微位移发生器3沿圆周方向布置成如图8所示形式，其中，X向微位移发生器6配合与其 对径布置的回复弹簧作用。
29、于调心平台5，用于调整沿X方向的偏心；Y向微位移发生器3配 合与其对径布置的回复弹簧作用于调倾平台座4，用于调整沿Y方向的偏心。各回复弹簧 用于限定调整范围，提供调整回复力，并保证调心平台5与调心平台座4之间相对位置的稳 定。 0047 未接通低压空气时，调倾平台座4由自身重力作用与调心平台5结合为整体，调倾 平台座4的下表面与调心平台5的上表面紧密贴合。当工作时，低压空气接通至调心平台 供气管12，低压空气经由内部气路分别送至调心平台5上表面圆周上的各Y向调心气膜供 气孔14和调心平台5下表面圆周上的各X向调心气膜供气孔15，由于各调心气膜供气孔极 说 明 书CN 102607628 A 6。
30、/6页 8 小，可将低压空气转化为高压空气排出，这样就在调心平台5的上表面与调倾平台座4的下 表面间、调心平台5的下表面与固定平台面间分别形成一层极薄的气体润滑膜即Y向调心 气膜8和X向调心气膜7。这时，X向微位移发生器6及回复弹簧就可以配合驱动调心平台 5沿X方向几乎无摩擦地做偏心调整；Y向微位移发生器3及回复弹簧就可以配合驱动调倾 平台座4沿Y方向几乎无摩擦地做偏心调整，从而完成X、Y方向的调心功能，如图5所示。 0048 将以上所述两功能单元组合起来，分别提供低压空气气源输入，即可同时完成绕X 轴的转角调倾和沿X、Y方向的调心功能。 0049 以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制 了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基 础上的改动都是本发明的保护范围。 说 明 书CN 102607628 A 1/4页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102607628 A 2/4页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102607628 A 10 3/4页 11 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102607628 A 11 4/4页 12 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102607628 A 12 。