Спосіб стабілізації положення рухомого елемента плоскої пружної опори та пристрій для його реалізації

Винахід відносіться до верстатобудування і може бути використаний при конструюванні, наприклад, прецизійних шліфувальних верстатів для точного переміщення заготовки в площині шліфування. Відомий пристрій стабілізації положення рухомого елемента плоскої аеростатичної опори, розкритий у патенті України № 17152 М.кл. 5 F16СЗ2/06 від 189.03.1997p., який є найбільш близьким по технічній суті до технічного рішення, що заявляється. Його суть полягає в наступному. Рухомий елемент 1 (Фіг, 1) переміщується між основами 2 і 3 плоскої опори 1, 2, 3, причому, положення рухомого елемента 1 стабілізується відносно нерухомої в просторі площини “Р” (фіг.1) у тому смислі, що в процесі переміщення рухомого елемента 1 відстань від будь-яких трьох точок рухомого елемента до площини "Р" залишаються незмінними. В основі 3 плоскої опори встановлено (Фіг.1, Фіг.2) не менш трьох, а у даному прикладі реалізації способа-прототипа - чотири блока 53 датчиків величин зазорів. Кожний блок датчиків (Фіг.3) включає перший датчик 54 (по напрямку переміщення ) величини зазора і другий датчик 55 величини зазора. Таким чином, вимірюються величини зазорів між основами датчиків і зверненою до них поверхнею рухомого елемента 1. Основи перших і других датчиків 54 і 55 усіх блоків датчиків лежать в одній площині, паралельній площині "Р". Відстані між центрами основ датчиків 54 і 55 у кожному блоку датчиків рівні між собою і рівні дискретні стабілізації “l”. Зафіксуємо положення рухомого елемента 1 і приймемо це положення у якості вихідного для переміщення рухомого елемента 1 вуказанному на Фіг.1 напрямку. i Z У вихідному положенні рухомого елемента 1 вимірюють величини зазорів 2 під другими датчиками 55 i Z 0 кожного і-го блока датчиків і запам'ятовують їх у якості опорних 2on зазорів (і = 1, 2, 3, 4 . у даному прикладі). Нехай такої відстані від точок Аі поверхні рухомого елемента 1, розташованих над центрами основ других датчиків 55 кожного і-го блока датчиків до нерухомої площини “Р” відповідно рівні аі (0), (і = 1, 2, 3, 4). Переміщують рухомий елемент управо (Фіг. 1) на відстань, рівну дискреті стабілізації “l”. У загальному випадку рухомий елемент 1 після переміщення на відстань “l” займе відносно основ датчиків 54 і 55 випадкове положення. Змішують рухомий елемент 1 висоті зазора і встановлюють під першими датчиками величин зазорів l Z 0 зазори, рівні відповідним ± величинам опорних зазорів 2on : 1 l 2 2 3 3 4 4 0 Z1 1 Z 0 Z1 1 Z 0 Z1 1 Z 0 Z2 1 Z = 2on = 2on , = 2on , . = 2on , Так як після переміщення рухомого елемента 1 з вихідного положення на відстань "l” точки Аi (I = 1, 2, 3, 4) (Фіг.1) рухомого елемента 1 розташувались над центрами основ перших датчиків 54, після установлення під першими датчиками 54 величин зазорів, рівних величинам відповідних опорних зазорів, відстані аі(1) від цих точок до базової поверхні “Р” будуть рівні відповідним відстаням аі(0) від цих точок до площини “Р” у вихідному положенні рухомого елемента 1 а1(1) = a1(0), a2(1) = а2(0), а3(1) = а3(0), а4(1) = а4 (0). Отже, після переміщення рухомого елемента 1 на відстань "l" і виконання описаних дій відстані від точок А 1, А2, А3 А4, до базової площини не змінилися. Тому не змінилося і положення рухомого елемента 1 відносно нерухомої площини “Р”. Після першого переміщення рухомого елемента 1 на відстань “l” і установлення під першими датчиками l 2 3 4 Z 1 Z 1 Z 1 Z 1 величин зазорів, рівних опорним, вимірюють величини зазорів 2 , 2 , 2 , 2 під другими l 2 3 4 Z 2on 1 Z 2on 1 Z 2on 1 Z 2on 1 , , , для датчиками І запам'ятовують їх у якості опорних зазорів установлення рухомого елемента 1 у незбурене положення після його другого переміщення на відстань "l". Описану процедуру з дискретністю "l" виконують до переміщення рухомого елемента 1 на задану l 2 3 4 l 2 Z 0 Z 2on 0 Z 2on 0 Z 2on 0 Z 1 Z 1 відстань “L”. Одержують масив опорних зазорів [ 2on , , , ], [ 2on , 2on , () () () () () () () () () () () () () () () () () () () () () () () () æ Lö çJ ³ ÷ 3 4 l 2 3 4 Z 2on 1 Z 2on 1 Z J Z 2on J Z 2on J Z 2on J l ø , відповідаючих незбуреному , ],….[ 2on , , , ], è положенню рухомого елемента 1 на дискретах стабілізації j*l (j = 0, 1,…,J). У процесі стабілізації рухомого елемента 1 на кожній j-ий декреті стабілізації порівнюють поточні l 2 3 4 Z t Z t Z t Z t значення величин зазорів під другими датчиками 2 , 2 , 2 , 2 з величинами відповідних l 2 3 4 Z j - 1 Z2on j - 1 Z2on j - 1 Z2on j - 1 опорних зазорів 2on , , , для j-ої дискрети стабілізації При відхиленні згаданих поточних значень величин зазорів під другими датчиками від відповідних () () () () () () () ( ) ( ) ( ) () ( ) () () опорних змінюють положення рухомого елемента 1 так, щоб неузгодження æ Zi - Zi (t) ö ® 0 ç 2on ÷ 2 ø è , а отже запобігають зміщення рухомого елемента 1 відносно площини "Р". Вадами стабілізації положення рухомого елемента 1 по способу опорних зазорів пристроєм є те, що: 1. Похибка стабілізації положення рухомого елемента 1 залежить від величини “l” дискреті стабілізації і на j-ій дискреті стабілізації визначається величинами різниць опорних зазорів на суміжних дискретах i i Z Z стабілізації: 2on - 2on . Причому, величина дискрети “l” дорівнює відстані між центрами основ датчиків (Фіг.2) і тому завжди l > ДД , де ДД - діаметр основи датчика величини зазора. 2. Реалізація способа опорних зазорів вимагає установлення основ датчиків в площині, паралельної площині "Р" з особливо високою точністю. В противному разі на кожній відстані переміщення рухомого елемента похибка його положення відносно нерухомої площини “Р” (відхилення точок Аі від площини "Р" ) буде зростати на величину похибки встановлення основи датчика величини зазора відносно площини установлення датчиків. В основу винаходу поставлена задача такого удосконалення способа стабілізації положення рухомого елемента, при якому стабілізація рухомого елемента може здійснюватися зі скіль завгодно малою дискретою стабілізації, мінімальне значення якої обмежується тільки чутливістю вимірювача величини переміщення рухомого елемента плоскої пружної опори, а похибка установлення основ датчиків величин зазорів не приводить до суттєвого збільшення похибки стабілізації рухомого елемента та її накопиченню. Рішення цієї задачі досягається тим, що в способі стабілізації положення елемента плоскої пружної опори, який включає регулювання величин зазорів між основами плоскої пружної опори і поверхнею рухомого елемента, згідно винаходу, в основі плоскої пружної опори встановлюють обмежену множину Q датчиків величин зазорів, основи яких розміщують у площині згаданої основи плоскої пружної опори, причому, датчики величин зазорів встановлюють по "n" лініям датчиків величин зазорів, направлених перпендикулярно напрямку переміщення рухомого елемента, створюючи при цьому поле датчиків обмежене прямокутником, сторони якого проходять через центри основ крайніх датчиків ліній датчиків, а датчики, які розташовані по вершинам згаданого прямокутника, являються одночасно датчиками величин узорів стабілізації, в початковому положенні рухомого елемента вимірюють зазори під Q датчиками поля датчиків і в системі координат OXYZ, площина XOY якої суміщена з площиною основи плоскої пружної опори, одержують координати Q точок поверхні рухомого елемента, по координатам Q точок поверхні 3 CQ рухомого елемента будують рівнянь площин, які проходять через три точки поверхні рухомого елемента, а по ним одержують рівняння базової згладжуваючої поверхню рухомого елемента площини, в процесі переміщення рухомого елемента із вихідного положення на відстань (l - Δl) на кожній дискреті Δl стабілізації положення рухомого елемента вимірюють величини зазорів під (Q - к) датчиками, встановленими на 2-ій, 3-ій,...n-ій по напрямку переміщення рухомого елемента лініях датчиків, по координатам (Q - к) точок поверхні рухомого елемента одержують рівняння сгладжуваючої поверхню рухомого елемента площини, суміщають згладжуваючу поверхню рухомого елемента площину з базовою згладжуваючої поверхню рухомого елемента площиною і встановлюють рухомий елемент на поточній дискреті стабілізації в незбурене положення відносно базової згладжувачої поверхню рухомого елемента площини, одержують величини зазорів стабілізації, по яким здійснюють корекцію положення рухомого елемента на кожній дискреті стабілізації в процесі його переміщення із вихідного положення на відстань (lΔl), на відстані (l - Δl) рухомого елемента відносно вихідного і при його незбуреному положенні відносно базової згладжуваючої поверхню рухомого елемента площини вимірюють величини зазорів під Q датчиками поля датчиків, а по ним отримують рівняння згладжуваючої поверхню рухомого елемента площини і перевіряють збіг цієї площини з базовою згладжуваючою поверхню рухомого елемента площиною, і якщо ці площини збігаються, при переміщенні рухомого елемента на відрізку (l - Δl) < l