АЭРОСТАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ОТНОСИТЕЛЬНО ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к области координатных машин, предназначенных для точного позиционирования инструмента относительно объекта для проведения измерений или обработки.
Из публикации GB 2160975A, G01B 21/04, 02.01.1986 известно координатное измерительное устройство, содержащее основание, на котором на пневматических опорах установлен портал, представляющий собой арочную конструкцию, с возможностью его перемещения в первом горизонтальном направлении. По перекладине портала во втором горизонтальном направлении, перпендикулярном первому, перемещается каретка с инструментом, при этом обеспечена возможность перемещения инструмента в вертикальном направлении. Портал может быть неподвижным относительно основания, в таком случае подвижной в первом направлении выполнена платформа, на которой размещен объект. Такое устройство способно позиционировать инструмент относительно объекта по трем координатам, однако не обеспечивает необходимой для прецизионных операций точности.
Недостаток данного технического решения, вследствие которого возникают погрешности позиционирования инструмента, заключается в вертикальном смещении портала при перепадах давления в пневматической системе, подающей воздух в пневматические опоры.
Задачей полезной модели является создание конструкции, позволяющей повысить точность позиционирования инструмента относительно объекта.
Для решения этой задачи предложена группа полезных моделей.
Согласно первой полезной модели устройство для позиционирования инструмента относительно объекта содержит установленный на пневматической опоре элемент, связанный с инструментом, при этом устройство также содержит установленный на пневматической опоре элемент, связанный с объектом. Пневматическая опора элемента, связанного с объектом, и пневматическая опора элемента, связанного с инструментом, создают усилия в одном направлении и подключены к общей пневматической системе.
В частном случае первой полезной модели элемент, связанный с объектом, может быть выполнен в виде платформы, установленной на основании с возможностью перемещения вдоль первой горизонтальной оси. Элемент, связанный с инструментом, может быть выполнен в виде портала, установленного на основании с возможностью перемещения вдоль второй горизонтальном оси, перпендикулярной первой горизонтальной оси. При этом пневматические опоры платформы и портала создают усилие вдоль вертикальной оси.
В другом частном случае первой полезной модели элемент, связанный с объектом, может быть выполнен в виде платформы, установленной на основании с возможностью перемещения вдоль первой горизонтальной оси. Элемент, связанный с инструментом, может быть выполнен в виде каретки, установленной на портале с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси. При этом пневматические опоры платформы и каретки создают усилие вдоль второй горизонтальной оси, перпендикулярной первой горизонтальной оси.
Согласно второй полезной модели устройство для позиционирования инструмента относительно объекта содержит установленный на пневматической опоре первый элемент, связанный с инструментом, при этом устройство также содержит установленный на пневматической опоре второй элемент, связанный с инструментом. Первый и второй элементы обеспечивают перемещение инструмента вдоль взаимно перпендикулярных осей. При этом пневматическая опора первого элемента и пневматическая опора второго элемента создают усилия в противоположных направлениях и подключены к общей пневматической системе.
В частном случае второй полезной модели первый элемент выполнен в виде портала, установленного на основании с возможностью перемещения вдоль второй горизонтальном оси. Второй элемент выполнен в виде каретки, установленной на портале с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси, при этом портал и каретка установлены на пневматических опорах, создающих усилие вдоль первой горизонтальной оси.
В качестве инструмента может быть использован режущий или измерительный инструмент.
При использовании каждой полезной модели из группы полезных моделей достигается следующий технический результат:
- компенсация колебания давления в пневматических опорах, вызывающего смещение инструмента относительно объекта.
Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуру с изображением устройства для позиционирования инструмента относительно объекта.
Устройство для позиционирования инструмента относительно объекта содержит основание 1, на котором, по меньшей мере, на одной пневматической опоре 2 установлена платформа 3, имеющая возможность перемещения вдоль первой горизонтальной оси X. На платформе установлен объект для измерения или обработки (не показан).
На основании на пневматических опорах 4 установлен портал 5, в предпочтительном варианте представляющий собой арочную конструкцию, образованную стойками 6 и перекладиной 7. Портал имеет возможность перемещения вдоль второй горизонтальной оси Y, перпендикулярной первой оси.
На портале, по меньшей мере, на одной пневматической опоре 8 установлена каретка 9, имеющая возможность перемещения вдоль вертикальной оси Z. На каретке в месте крепления 11 установлен инструмент (не показан).
Выполнение устройства с возможностью перемещения платформы вдоль первой оси и перемещения портала вдоль второй оси позволяет осуществлять позиционирование инструмента в горизонтальной плоскости, не прибегая к перемещению каретки по перекладине портала. Поскольку перемещение каретки по перекладине сопровождается изменяющимся прогибом перекладины и изменяющимся воздействием на пневматические опоры портала вследствие смещения центра тяжести, то при использовании предложенного решения указанные факторы исключаются, тем самым повышается точность позиционирования инструмента относительно объекта.
Как указывалось выше, все подвижные элементы предложенного устройства снабжены пневматическими опорами. Пневматическая опора в общем случае включает направляющую, закрепленную на неподвижном в выбранной системе координат элементе, и имеющую магнитную связь с танкеткой, соединенной с подвижным элементом или выполненной с ним заодно. Танкетка снабжена каналами для подачи воздуха к направляющей, при этом давлением подаваемого из танкетки воздуха создается зазор между направляющей и танкеткой. Использование пневматических опор позволяет исключить трение между подвижными и неподвижными элементами, тем самым предотвратить износ и повысить точность позиционирования подвижного элемента в направлении перемещения.
Пневматическим системам, используемым совместно с пневматическими опорами, свойственны колебания давления, обусловленные главным образом ступенчатым характером работы нагнетающих элементов их компрессоров - крыльчаток или поршней. Колебания давления приводят к непостоянству воздушного зазора в пневматической опоре, вследствие чего возникают неточности позиционирования инструмента в направлении усилия аэростатических опор.
Для решения этой проблемы в устройстве реализован способ автокомпенсации перепадов давления.
Пневматические опоры 2 и 4, создающие усилие в вертикальном направлении и на которых установлены платформа и портал, присоединены к общей пневматической системе. Направляющие указанных опор закреплены на основании, а танкетки связаны с платформой и порталом.
Под общей пневматической системой понимается пневматическая система, имеющая общий, по меньшей мере, для двух пневматических опор источник давления, в данном случае - для опор платформы и портала, однако общая пневматическая система может иметь единственный источник давления для всех пневматических опор, входящих в состав устройства.
Под направлением усилия, создаваемого пневматической опорой, понимается направление от направляющей, являющейся неподвижной в выбранной системе координат, в данном случае - связанной с основанием, к танкетке.
При возникновении перепада давления и вызванного этим изменения воздушного зазора в опоре платформы, происходит также изменение воздушного зазора в опоре портала. Таким образом, смещение расположенного на платформе объекта относительно инструмента, расположенного на портале, компенсируется таким же по величине и направлению смещением инструмента относительно объекта, вследствие чего не возникает погрешности позиционирования инструмента относительно объекта в вертикальном направлении.
Платформа снабжена дополнительной пневматической опорой 12, направляющая которой расположена на основании и которая создает усилие в положительном направлении вдоль второй горизонтальной оси Y. Опора 12 необходима для стабилизации положения платформы на пневматической опоре 2, однако перепады давления в опоре вызывают смещение платформы вдоль второй горизонтальной оси.
В свою очередь, пневматическая опора 8, направляющая которой закреплена на портале, а танкетка - на каретке, также создает усилие в положительном направлении вдоль второй горизонтальной оси. Дополнительная пневматическая опора платформы 12 и пневматическая опора каретки 8 присоединены к общей пневматической системе.
Положительное направление второй горизонтальной оси может быть выбрано произвольно, важно, однако, чтобы усилия, создаваемые опорами 12 и 8, имели одинаковое направление.
При возникновении перепада давления и вызванного этим изменения воздушного зазора в дополнительной опоре платформы, происходит также изменение воздушного зазора в опоре каретки. Таким образом, смещение расположенного на платформе объекта компенсируется таким же по величине и направлению смещением инструмента, расположенного на каретке, вследствие чего не возникает погрешности позиционирования инструмента относительно объекта вдоль второй горизонтальной оси.
Портал снабжен дополнительной пневматической опорой 13, направляющая которой закреплена на основании, а танкетка - на портале, и которая создает усилие в положительном направлении вдоль первой горизонтальной оси X. Опора 13 необходима для стабилизации положения портала на пневматической опоре 4. Однако перепады давления, приводящие к изменению воздушного зазора в дополнительной опоре портала, вызывают смещение портала вдоль первой горизонтальной оси.
Каретка при этом снабжена дополнительной пневматической опорой 14, направляющая которой закреплена на портале, а танкетка - на каретке, и которая создает усилие в отрицательном направлении вдоль первой горизонтальной оси. Причем термин «дополнительная опора» использован в отношении опоры 14 лишь для того, чтобы различать опору 14 и опору 8 - сами опоры могут быть полностью идентичны. Дополнительная пневматическая опора портала 13 и дополнительная пневматическая опора каретки 14 присоединены к общей пневматической системе.
Положительное направление первой горизонтальной оси может быть выбрано произвольно, важно, однако, чтобы усилия, создаваемые опорами 13 и 14, имели противоположное направление.
При возникновении перепада давления и вызванного этим изменения воздушного зазора в дополнительной опоре портала, происходит также изменение воздушного зазора в дополнительной опоре каретки. Таким образом, смещение инструмента вдоль первой горизонтальной оси, обусловленное смещением портала, компенсируется таким же по величине и противоположным по направлению смещением инструмента вследствие смещения каретки, а потому не возникает погрешности позиционирования инструмента относительно объекта вдоль первой горизонтальной оси.
Однако первая и вторая полезные модели не ограничены описанной выше конструкцией, которая отражает только лишь один из множества вариантов.
Согласно представленной выше конструкции элемент, связанный с объектом, выполнен в виде платформы. При этом элемент, связанный с объектом, может иметь иное исполнение, важным является то, что посредством данного элемента осуществляется позиционирование объекта относительно основания.
Под элементом, связанным с инструментом, понимается элемент, посредством которого осуществляется перемещение инструмента относительно объекта. В представленной конструкции такими элементами - первым и вторым - являются портал, перемещающий инструмент вдоль второй горизонтальной оси, и каретка, перемещающая инструмент вдоль вертикальной оси.
Следует отметить, что взаимное перемещение объекта и инструмента может быть реализовано иначе, чем в представленной конструкции. Например, платформа может перемещаться вдоль второй горизонтальной оси, портал при этом может быть неподвижным, перемещение инструмента вдоль первой горизонтальной оси может быть выполнено при помощи первой каретки, а перемещение инструмента вдоль вертикальной оси - при помощи второй каретки, установленной на пневматической опоре на первой каретке. В этом случае элементом, связанным с объектом является платформа, а первым и вторым элементами, связанными с инструментом - первая и вторая каретки.
Устройство, выполненное согласно каждой из группы полезных моделей, может быть выполнено как измеряющее или обрабатывающее устройство, для чего оно может быть оснащено измерительным или режущим инструментом.