[发明专利]多轴支撑气浮平台的质心偏移容许干扰的测量与监控方法

摘要

多轴支撑气浮平台的质心偏移容许干扰的测量与监控方法，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。它首先设定质心偏移量阈值，然后将质心偏移量G(x0，y0)与质心偏移量阈值进行比较，当质心偏移量G(x0，y0)小于质心偏移量阈值时，对支撑腿的伸缩长度进行补偿；当质心偏移量G(x0，y0)大于质心偏移量阈值时，通过控制气足的喷嘴喷气使承载平台在水平混凝土基座上平动，跟随承载平台上负载的运动以调整相对位移量(x2，y2)，直到将质心偏移量G(x0，y0)调至质心偏移量阈值范围之内。本发明用于气浮平台的质心偏移容许干扰的测量与监控。

主权项

1.一种多轴支撑气浮平台的质心偏移容许干扰的测量与监控方法，其特征在于，所述多轴支撑气浮平台包括承载平台(1)，三条支撑腿(2)、三个气浮筒(3)和三个气足(4)，所述承载平台(1)为圆形平台，承载平台(1)由三条支撑腿(2)支撑，三条支撑腿(2)与承载平台(1)下表面的三个连接点构成等边三角形，并且该等边三角形的中心与承载平台(1)的圆心重合；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)；承载平台(1)上表面安装一个平面光栅(7-1)，该平面光栅(7-1)读数头与承载平台(1)上的负载固联；所述测量与监控方法首先设定质心偏移量阈值，然后将质心偏移量G(x₀，y₀)与质心偏移量阈值进行比较，当质心偏移量G(x₀，y₀)小于质心偏移量阈值时，按下述方法对支撑腿(2)的伸缩长度进行补偿：所述质心偏移量G(x₀，y₀)的获得方法为：以承载平台(1)的圆心为原点建立两面直角坐标系，承载平台(1)的质心坐标为(0，0)，将G(x₀，y₀)作为承载平台(1)与其上负载整体的质心，其中x₀为质心偏移量G(x₀，y₀)在空间坐标系中X轴方向的坐标，y₀为质心偏移量G(x₀，y₀)在空间坐标系中Y轴方向的坐标，采用平面光栅(7-1)测得承载平台(1)上面负载与承载平台(1)的相对位移量(x₂，y₂)，则有：x0=M1x1+M2x2M1+M2=M2x2M1+M2y0=M1y1+M2y2M1+M2=M2y2M1+M2,]]>式中M₁为承载平台(1)的质量，M₂为承载平台(1)上负载的质量；质心偏移量G(x₀，y₀)对气足(4)气膜高度的影响按以下方法获得：设定三条支撑腿(2)与承载平台(1)下表面的三个连接点为A、B和C，其中A点坐标为B点坐标为C点坐标为式中L为三个连接点A、B和C形成的等边三角形的边长，当气浮平台处于静态平衡状态时，根据力系的主矢和对于坐标轴的主矩为零得到公式：ΣFi=0ΣMx(Fi)=0ΣMy(Fi)=0,]]>式中i＝1、2和3，F₁为对应于A点的支撑腿(2)上的负载力，F₂为对应于A点的支撑腿(2)上的负载力，F₃为对应于C点的支撑腿(2)上的负载力；M_x(F_i)为负载力F_i绕X轴的等效转矩，M_y(F_i)为负载力F_i绕Y轴的等效转矩，将A、B和C三点坐标代入上述公式得到：F1+F2+F3-G=0-(F1+F2)·36L+F3·33L-G·y0=0F1·12L-F2·12L+G·x0=0,]]>求解上式，获得F₁、F₂和F₃的值：F1=G3+3x0-y03L·GF2=G3-3x0+y03L·GF3=G3+2y03L·G,]]>由此获得当前对应于A点的支撑腿的承重质量m₁、对应于B点的支撑腿的承重质量m₂和对应于C点的支撑腿的承重质量m₃，m₁、m₂和m₃与质心G(x₀，y₀)的关系为：m1=M3+3x0-y03L·Mm2=M3-3x0+y03L·Mm3=M3+2y03L·M,]]>式中M为承载平台(1)与其上负载整体的总质量；最后获得质心偏移量G(x₀，y₀)与气足(4)的气膜高度矩阵：h1h2h3=GLJ-G3LJ-GLJ-G3LJ02G3LJ·x0y0+G3J,]]>式中h₁为对应于A点的支撑腿(2)底部气足的气膜高度，h₂为对应于B点的支撑腿(2)底部气足的气膜高度，h₃为对应于C点的支撑腿(2)底部气足的气膜高度，G为承载平台(1)与其上负载整体的总重量，J为支撑腿(2)底部气足的气膜刚度；气足的气膜高度变化使支撑轴(2)产生的高度变化通过倾角传感器(7-4)或者线阵CCD(7-3)的测量信号获得，对该测量信号进行处理，获得质心偏移量G(x₀，y₀)对承载平台(1)倾角干扰信息，由承载平台(1)倾角干扰信息计算获得各个支撑腿(2)调平所需的位移量，由此实现对气浮平台的质心偏移容许干扰的测量与补偿；当质心偏移量G(x₀，y₀)大于质心偏移量阈值时，通过控制气足(4)的喷嘴喷气使承载平台(1)在水平混凝土基座上平动，跟随承载平台(1)上负载的运动以调整相对位移量(x₂，y₂)，直到将质心偏移量G(x₀，y₀)调至质心偏移量阈值范围之内。