[发明专利]气浮轴承的刚度测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及气浮支撑技术，尤其涉及一种气浮轴承的刚度测试装置。

背景技术

气浮支撑技术广泛应用于微细加工技术领域，气浮轴承能够满足微细加工技术领域提出的高精度、高速度、高分辨率、热稳定好、低振动、爬行小、少污染以及降低成本等方面的苛刻要求，是微细测量与加工系统的关键部件。气浮支撑技术是光刻机制造工程中关键技术之一，是实现高精度扫描光刻的关键支撑技术。

气浮轴承可定义为被空气膜隔开的两个精加工表面，这两个精加工表面称为气浮面。

气浮轴承常用的性能参数主要有承载力、流量、刚度和稳定性。气浮轴承的相对承载能力小，刚度低，这使得气浮支撑技术在微细加工及检测设备的应用中对各种工况适应能力不强，因此，检测气浮轴承的刚度在工程应用中十分重要。

气浮轴承的刚度是指轴承的承载能力与浮起高度(气膜厚度)之比值。

目前，供应商虽然能够提供气浮轴承的刚度曲线(单个气浮轴承)作为参考，但在实际应用中，使用工况不同，刚度会产生很大的差异，特别是在多个气浮轴承组合使用时，组合的刚度曲线未知；另外，在自行设计的气浮轴承中，也需要通过测量得出其气浮刚度曲线，找到其最佳的使用膜厚。

一种现有技术的气浮轴承的刚度测量装置是张君安在《高刚度静压轴承研究》(西北工业大学，2006年12月)中所提到的“气体静压推力轴承的性能测试实验台”，该性能测试实验台使用球面副接触，需要找到被测组件的绝对中心，这在实际操作中比较困难；另外，该性能测试实验台柔性不足，只能测试单个的气浮轴承的刚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气浮轴承的刚度测试装置，既能测试单个气浮轴承的刚度，又能测试多个气浮轴承组合的刚度，且操作简单。

为了达到上述的目的，本发明提供一种气浮轴承的刚度测试装置，包括平台、显示仪表、加载机构和龙门架；被测组件设置在所述平台的上表面上，所述平台的上表面为气浮面，该被测组件与所述平台之间形成气浮轴承；所述龙门架安装在所述平台上；所述加载机构安装在所述龙门架上，对所述被测组件施加加载力；所述显示仪表与所述加载机构连接，该显示仪表实时显示所述加载机构施加的加载力。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，还包括导轨和导轨定位块；所述导轨通过所述导轨定位块固定设置在所述平台上，所述导轨为气浮导轨；所述被侧组件的一侧面紧贴所述导轨的侧面时，该被测组件与所述平台和所述导轨之间均形成气浮轴承。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述龙门架包括两根立柱、一横梁和一侧梁；所述横梁的两端分别设置在所述两根立柱的顶端；所述侧梁的两端分别与所述两根立柱连接；所述两根立柱分别安装在所述平台的两个相对侧表面上。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述横梁上设有偏心槽，所述偏心槽用于安装所述加载机构；所述两根立柱上均设有安装长槽，所述安装长槽用于连接所述侧梁；所述侧梁上设有安装长槽，所述安装长槽用于连接所述加载机构。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述平台的两个相对侧表面上设有多个安装孔，所述安装孔用于连接所述龙门架的立柱。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述两个立柱上均设有安装孔，所述两个立柱上的安装孔与所述平台的两个相对侧表面上的安装孔相匹配，用于连接所述平台。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述加载机构由上安装夹板和下安装夹板夹持安装在所述龙门架上，包括套筒、粗调螺母、粗调弹簧、顶针、直线轴承、力传感器、关节轴承和铰链座；所述套筒固定安装在所述下安装夹板上；所述粗调螺母穿过所述下安装夹板，该粗调螺母与所述下安装夹板螺纹连接；所述粗调弹簧设置在所述粗调螺母的底端，所述粗调弹簧以及所述粗调螺母的下部设置在所述套筒内；所述顶针的上部设置在所述粗调螺母和粗调弹簧内，该顶针的轴肩与所述粗调弹簧的底端连接；所述顶针的底端穿过与所述套筒底端连接的直线轴承，连接所述力传感器；所述关节轴承连接在所述力传感器的底端；所述铰链座通过铰链销与所述关节轴承连接；所述加载机构通过所述铰链座与所述被测组件接触施加加载力。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述加载机构还包括微调螺钉和微调弹簧，所述微调弹簧设置在所述微调螺钉的底端，所述微调螺钉的下部以及微调弹簧的上部设置在所述粗调螺母内，所述微调螺钉与所述粗调螺母螺纹连接，所述顶针的上部穿过所述微调弹簧，该顶针与所述微调弹簧的底端连接。

上述气浮轴承的刚度测试装置，其中，所述加载机构还包括导向螺钉，所述导向螺钉的一端穿过所述套筒顶在所述顶针的轴肩上。