[发明专利]多轴支撑气浮平台的调平方法

摘要

多轴支撑气浮平台的调平方法，属于超精密仪器设备平台技术领域。本发明为了解决现有支撑平台的调平状态受限，应用范围狭窄的问题。它通过上位机将当前的工作模式、控制命令和误差参数通过以太网发送给控制器；控制器每200μs发出伺服周期开始信号，启动平动状态工作模式或静止状态工作模式；控制器对其读取的所有反馈信号进行数据融合处理，获得支撑腿的调节量，然后控制器通过驱动伺服音圈电机驱动器对伺服音圈电机的驱动信号进行修正，然后再判断承载平台是否静止及水平度是否达到设定精度范围之内，若是，当前伺服周期调平结束，等待下一个伺服周期，直至结束。本发明用于气浮平台的调平。

主权项

一种多轴支撑气浮平台的调平方法，其特征在于，所述多轴支撑气浮平台包括承载平台(1)，M条支撑腿(2)、M个气浮筒(3)和M个气足(4)，M为3、4、5、6、7或8，所述承载平台(1)为圆形平台，承载平台(1)由M条支撑腿(2)支撑，M条支撑腿(2)与承载平台(1)下表面的M个连接点构成正M边形；每条支撑腿(2)的末端连接一个气浮筒(3)，每个气浮筒(3)的底端通过气浮球轴承连接一个气足(4)；所述调平方法通过多轴支撑气浮平台的测量控制系统实现调平，所述测量控制系统包括负载反馈单元(5)、执行单元(6)、位置测量单元(7)、安全保护单元(8)、控制器(9)、旋转电机(10)、直线光源(11)、上位机(12)和状态显示板(13)，负载反馈单元(5)包括M个压力传感器(5‑1)和四个差动传感器(5‑2)；执行单元(6)包括M个伺服音圈电机(6‑1)和M个伺服音圈电机驱动器(6‑2)；位置测量单元(7)包括平面光栅(7‑1)、M个直线光栅(7‑2)、线阵CCD(7‑3)、倾角传感器(7‑4)、M个电子水平仪(7‑5)和室内GPS(7‑6)；安全保护单元(8)包括2M个接近传感器(8‑1)和M个温度传感器(8‑2)，线阵CCD(7‑3)由不少于六个CCD组成，所述多轴支撑气浮平台设置于圆形水平混凝土基座上，线阵CCD(7‑3)所包括的所有CCD沿圆形水平混凝土基座的圆周方向均匀放置，承载平台(1)上设置有旋转电机(10)，旋转电机(10)的上表面设置直线光源(11)，每条支撑腿(2)内部安装有一个压力传感器(5‑1)、一个伺服音圈电机(6‑1)和一个直线光栅(7‑2)，压力传感器(5‑1)用来检测相应支撑腿(2)的力矩，伺服音圈电机(6‑1)用来驱动相应的支撑腿(2)的伸缩，每个伺服音圈电机(6‑1)由一个伺服音圈电机驱动器(6‑2)驱动，直线光栅(7‑2)用于采集伺服音圈电机(6‑1)驱动支撑腿(2)所产生的位移，四个差动传感器(5‑2)沿承载平台(1)的圆周方向均匀分布在承载平台(1)的上表面外边缘上，差动传感器(5‑2)用来测量承载平台(1)与承载平台(1)上的负载之间的相对位置，平面光栅(7‑1)安装在承载平台(1)的上表面，平面光栅(7‑1)用于测量承载平台(1)上的负载相对承载平台(1)在两个相互垂直方向上发生的相对位移量；倾角传感器(7‑4)和M个电子水平仪(7‑5)均安装在承载平台(1)的上表面上，倾角传感器(7‑4)用于测量承载平台(1)移动过程中在空间坐标系的X方向和Y方向上的振动角度；M个电子水平仪(7‑5)所处的位置分别对应于M条支撑腿(2)与承载平台(1)下表面的M个连接点，电子水平仪(7‑5)用于测量承载平台(1)静止时的状态；室内GPS(7‑6)安装于相对圆形水平混凝土基座的上方空间，用于测量承载平台(1)在圆形水平混凝土基座上的位置坐标，每条支撑腿(2)内部的上限行程和下限行程分别安装一个接近传感器(8‑1)，接近传感器(8‑1)用于实现限位报警；每个伺服音圈电机(6‑1)内部安装一个温度传感器(8‑2)，温度传感器(8‑2)用于实现温度报警；压力传感器(5‑1)的压力信号输出端连接控制器(9)的压力信号输入端，差动传感器(5‑2)的位置信号输出端连接控制器(9)的位置信号输入端，控制器(9)的驱动控制信号输出端连接伺服音圈电机驱动器(6‑2)的驱动控制信号输入端，伺服音圈电机驱动器(6‑2)的驱动信号输出端连接伺服音圈电机(6‑1)的驱动信号输入端，伺服音圈电机(6‑1)的驱动信号输出端连接支撑腿(2)的驱动信号输入端；平面光栅(7‑1)的相对位移信号输出端连接控制器(9)的相对位移信号输入端，直线光栅(7‑2)的支撑腿位移信号输出端连接控制器(9)的支撑腿位移信号输入端，线阵CCD(7‑3)的监测信号输出端连接控制器(9)的监测信号输入端，倾角传感器(7‑4)的倾角信号输出端连接控制器(9)的倾角信号输入端，电子水平仪(7‑5)的水平信号输出端连接控制器(9)的水平信号输入端，室内GPS(7‑6)的GPS信号输出端连接控制器(9)的GPS信号输入端，温度传感器(8‑2)的温度信号输出端连接控制器(9)的温度信号输入端，接近传感器(8‑1)的极限位置信号输出端连接控制器(9)的极限位置信号输入端；上位机(12)的信号传输端与控制器(9)的信号传输端连接，上位机(12)的显示信号输出端连接状态显示板(13)的显示信号输入端；所述调平方法包括以下步骤：步骤一、通过上位机(12)将当前的工作模式、控制命令和误差参数通过以太网发送给控制器(9)；步骤二、控制器(9)每200μs发出伺服周期开始信号，启动平动状态工作模式或静止 状态工作模式；若启动平动状态工作模式，则执行步骤三；若启动静止状态工作模式，则执行步骤五：步骤三、检查控制器(9)是否接收到线阵CCD(7‑3)的监测信号，若是，执行步骤四；否则，执行步骤六；步骤四、控制器(9)根据线阵CCD(7‑3)输出的监测信号和室内GPS(7‑6)输出的GPS信号，计算获得承载平台(1)的倾角信息，然后执行步骤六；步骤五、位置测量单元(7)中的电子水平仪(7‑5)和线阵CCD(7‑3)检测承载平台(1)的水平度，并将水平度信息传递给控制器(9)，然后执行步骤七；步骤六、控制器(9)对其读取的所有反馈信号进行数据融合处理，获得支撑腿(2)的调节量，然后控制器(9)通过驱动伺服音圈电机驱动器(6‑2)对伺服音圈电机(6‑1)的驱动信号进行修正，然后执行步骤八；步骤七、控制器(9)对其读取的所有反馈信号进行数据融合处理，获得支撑腿(2)的调节量，然后控制器(9)通过驱动伺服音圈电机驱动器(6‑2)对伺服音圈电机(6‑1)的驱动信号进行修正，然后执行步骤九；步骤八、判断承载平台(1)是否静止，若是，执行步骤五；否则，执行步骤十；步骤九、判断承载平台(1)的水平度是否达到设定精度范围之内，若是，则执行步骤十一；否则，返回步骤五；步骤十、判断承载平台(1)的水平度是否达到设定精度范围之内，若是，则执行步骤十一；否则，返回步骤三；步骤十一、当前伺服周期调平结束，返回步骤二，等待下一个伺服周期，直至结束。