[发明专利]位置敏感型智能气足

说明书

技术领域

本发明涉及位置敏感型智能气足，属于气悬浮及传感器技术领域。

背景技术

气悬浮技术被广泛应用在精密测量、高精度位置控制、零重力模拟等领域。气足是一种基于气悬浮技术的特殊气浮轴承，与气浮平台配合可以在平面内同时实现转动和二维平动。基于气足的支撑系统具有高刚度、零摩擦等特点，因此在空间零重力环境模拟、精密装配、高精度测量等领域得到了广泛的应用。

传统的气足不具备对自身运动位移的测量能力，因此，被气足支撑的负载需要安装一定的位置测量装置或仪器，实现负载的运动位置测量。由于基于气足的支撑系统实现的是平面内的三维运动，即没有固定的转动轴，也没有固定的运动方向，因此传统的光栅、磁栅等测量定向运动的传感器和编码器、圆光栅等测量定轴运动的传感器无法完成负载的运动位置的测量。为了实现负载位置测量，往往需要采用基于视觉相机、激光跟踪仪、室内GPS、惯导等复杂的、昂贵的非接触测量手段。这不仅增加了系统的复杂度，而且成本昂贵，集成度低，开发周期长。

随着技术的发展，特别是空间探索的不断深入，快速低成本实现地面航天器零重力试验、高精度装配、测量等对能够实现对自身位移进行测量的智能气足提出了迫切需求。

发明内容

本发明目的是为了解决对气足的自身位移测量需要安装测量装置或仪器，造成系统复杂及成本高的问题，提供了一种位置敏感型智能气足。

本发明所述位置敏感型智能气足，它包括封气板、气足基板、紧固件、处理电路板、光电位置敏感器、N个节流嘴和两个O型密封圈，N＝3,4,5,6,7,8,9；

封气板和气足基板通过紧固件连接在一起；

气足基板的上表面上设置有环形气腔，上表面为与封气板相连接的表面，气足基板的下表面上均匀设置有N个气流通孔，每个气流通孔与环形气腔相连通，N个气流通孔的中轴线分别对应于环形气腔的中心；每个气流通孔的底端过盈配合一个节流嘴；环形气腔的内环侧和外环侧分别通过一个设置于封气板和气足基板之间的O型密封圈密封；

气足基板的中心位置设置有上空腔和下空腔，上空腔和下空腔相连通，上空腔内放置处理电路板，下空腔内放置光电位置敏感器；

光电位置敏感器用于敏感其本身相对于气浮平台运动产生的位移量，并对所述位移量进行处理，输出运动位移增量；

处理电路板用于对光电位置敏感器输出的运动位移增量进行处理，并输出所述气足相对于气浮平台的位移量。

光电位置敏感器由光学传感器和图像处理芯片组成；处理电路板包括数字处理芯片和总线接口芯片；

光学传感器采集当前位置气浮平台的光学图像，并将光学图像转换为数字图像后传递给图像处理芯片，图像处理芯片将相邻两次获得的数字图像做差获得运动位移增量；

数字处理芯片对所述运动位移增量进行积分获得当前气足相对于气浮平台的运动位移，总线接口芯片再将所述运动位移转换为总线形式位移量，由此获得所述气足相对于气浮平台的位移量。

处理电路板还包括电源芯片，

电源芯片用于为光学传感器、图像处理芯片、数字处理芯片和总线接口芯片供电。

本发明的优点：本发明能够在平面内实现非接触相对运动且可以测量并输出运动位移。在平面内实现高精度非接触相对运动时，采用气悬浮技术，即通过气足与气浮平台配合，气足上的节流嘴喷出高压气体在气足和气浮平台之间形成高刚度气膜，从而实现气足和气浮平台的非接触相对运动。本发明在传统气足实现气悬浮支撑的基础上，集成了光电位置敏感器和对应的处理电路板，光电位置敏感器通过光学成像敏感气足下表面中心点相对于气浮平台的位置变化，这一变化信息经过处理电路板变换处理，采用通用的总线输出气足下表面中心点的移动位移。采用本发明所述气足，负载中的上位机可以直接利用气足的测量输出值计算出负载的运动位移。

本发明中的光电位置敏感器采用光学成像手段敏感气足相对于气浮平台的运动，属于非接触测量，不影响气足相对于气浮平台的无摩擦非接触运动；光电位置敏感器的集成度、可靠性高，成本低，避免了在负载上安装复杂、昂贵的运动位移测量装置；本发明应用于基于气足的高精度装配、测量、零重力试验设备或系统时，可以降低整个系统的开发难度和成本、缩短开发周期周期。

附图说明

图1是本发明所述位置敏感型智能气足的结构示意图；

图2是处理电路板和光电位置敏感器的原理框图。

具体实施方式