一种静压气体轴承内气体流场检测装置及其使用方法
【技术领域】
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[0001]—种静压气体轴承内气体流场检测装置及其使用方法，属于超精密静压气体润滑领域。
【背景技术】
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[0002]静压气体轴承相对于油润滑或脂润滑，气体润滑粘性滞后小，无摩擦/极低摩擦，具有精度高、寿命长，发热低、高速运动温升小，克服了传统轴承存在润滑介质失效、热稳定性差等不足，广泛应用于光刻曝光、超精密加工、干涉测量和半导体检测等超精密工程技术领域的运动支撑元件。
[0003]随着微电子制造、超精密加工以及超精密测量技术的快速发展，对静压气体轴承的性能提出更高的要求，为进一步研究静压气体润滑机理，从而提高静压气体轴承的性能，需要深入分析轴承内气体流场特性，目前通过数值分析和仿真计算获得轴承气膜内的流场特性无法通过实验方法直接验证，只能通过轴承的承载能力、刚度、耗气量等性能间接验证轴承理论分析结果。
[0004]针对上述问题，本发明提出一种静压气体轴承内气体流场检测装置及其使用方法，采用高速相机拍摄气膜内示踪粒的运动轨迹，实现静压气体轴承内气体流场的直接检测。
【发明内容】
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[0005]本发明之目的是:提出一种静压气体轴承内气体流场检测装置及其使用方法，实现静压气体轴承内气体流场的直接检测。
[0006]为了实现本发明之目的，拟采用以下的技术方案:
[0007]本发明至少由:光源、滤光平面镜1、中继镜、高速相机、滤光平面镜I1、滤光棱镜、显微物镜、连接管1、三通阀、连接管I1、调压阀1、气体压缩机1、连接管II1、调压阀I1、封闭箱、示踪粒子、连接管IV、储气罐、连接管V、气体压缩机I1、轴承体、承载面组成，其特征在于:上述的轴承体上设置有轴承进气孔和节流孔，示踪粒子设置在封闭箱内，光源和滤光平面镜I设置在滤光棱镜的左侧，中继镜、高速相机、滤光平面镜II设置在滤光棱镜的下侦h显微物镜设置在滤光棱镜的上侧，中继镜、高速相机和显微物镜设置在同一轴线上，三通阀的出气口通过连接管I与轴承进气孔连通，三通阀的进气口通过连接管II和连接管
III分别与调压阀I和调压阀II的出气口连通，调压阀I的进气口与气体压缩机I的出气口连通，调压阀II的进气口与封闭箱的出气口连通，封闭箱的进气口通过连接管IV与储气罐的出气口连通，储气罐的进气口通过连接管V与气体压缩机II的出气口连通，上述的光源是连续光源或者是脉冲光源，上述的承载面是透明塑料或者是透明石英玻璃或者是透明有机玻璃，上述的示踪粒子是直径小于1微米的荧光粒子。
[0008]本发明的使用方法如下:
[0009]关闭调压阀I和调压阀II，启动气体压缩机II，直至封闭箱和储气罐内的气体压力稳定，启动气体压缩机I，开启调压阀I，通过调压阀I调整轴承进气孔内的气体压力，使轴承体和承载面之间形成的气膜厚度稳定，通过调压阀II调整进入气膜内示踪粒子的数量，使示踪粒子在气膜内均匀分布，开启光源，高速相机拍摄示踪粒子的运动图像。
[0010]本发明的特点:
[0011]轴承工作时示踪粒子的运动取决于静压气体轴承内的流场特性，其运轨迹反映了轴承内气体流场的变化，因此，利用高速相机拍摄示踪粒子的运动轨迹为轴承内气体流场的直接测量创造了条件。
【附图说明】
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[0012]图1示意了本发明的检测装置。
[0013]1、光源；2、滤光平面镜I ;3、中继镜；4、高速相机；5、滤光平面镜II ;6、滤光棱镜；
7、显微物镜；8、连接管I ;9、三通阀；10、连接管II ;11、调压阀I ;12、气体压缩机I ;13、连接管III ;14、调压阀II ;15、封闭箱；16、示踪粒子；17、连接管IV ;18、储气罐；19、连接管V ;20、气体压缩机II ;21、轴承体；22、承载面；23、轴承进气孔；24节流孔；25、气膜。
【具体实施方式】
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[0014]本发明的轴承体21上设置有轴承进气孔23和节流孔24，示踪粒子16设置在封闭箱15内，光源1和滤光平面镜12设置在滤光棱镜6的左侧，中继镜3、高速相机4、滤光平面镜115设置在滤光棱镜6的下侧，显微物镜7设置在滤光棱镜6的上侧，中继镜3、高速相机4和显微物镜7设置在同一轴线上，三通阀9的出气口通过连接管18与轴承进气孔23连通，三通阀9的进气口通过连接管1110和连接管III13分别与调压阀111和调压阀1114的出气口连通，调压阀111的进气口与气体压缩机112的出气口连通，调压阀II14的进气口与封闭箱15的出气口连通，封闭箱15的进气口通过连接管IV17与储气罐18的出气口连通，储气罐18的进气口通过连接管V19与气体压缩机1120的出气口连通。
[0015]上述的光源1是连续光源或者是脉冲光源。
[0016]上所述的承载面22是透明塑料或者是透明石英玻璃或者是透明有机玻璃。
[0017]上所述的示踪粒子16是直径小于1微米的荧光粒子。
[0018]本发明的检测装置工作时，关闭调压阀111和调压阀1114，启动气体压缩机1120，直至封闭箱15和储气罐18内的气体压力稳定，启动气体压缩机112，开启调压阀111，通过调压阀111调整轴承进气孔23内的气体压力，使轴承体21和承载面22之间形成的气膜25厚度稳定，通过调压阀II调整进入气膜25内示踪粒子16的数量，使示踪粒子16在气膜25内均匀分布，开启光源1，高速相机4拍摄示踪粒子16的运动图像。
【主权项】
1.一种静压气体轴承内气体流场检测装置，它至少由:光源(1)、滤光平面镜1(2)、中继镜(3)、高速相机(4)、滤光平面镜II (5)、滤光棱镜(6)、显微物镜(7)、连接管I⑶、三通阀(9)、连接管II (10)、调压阀1(11)、气体压缩机1(12)、连接管III (13)、调压阀11(14)、封闭箱(15)、示踪粒子(16)、连接管IV(17)、储气罐(18)、连接管V(19)、气体压缩机II(20)、轴承体(21)、承载面(22)组成，其特征在于，所述的轴承体(21)上设置有轴承进气孔(23)和节流孔(24)，示踪粒子(16)设置在封闭箱(15)内，光源(1)和滤光平面镜I (2)设置在滤光棱镜(6)的左侧，中继镜(3)、高速相机(4)、滤光平面镜II (5)设置在滤光棱镜(6)的下侧，显微物镜(7)设置在滤光棱镜￠)的上侧，中继镜(3)、高速相机(4)和显微物镜(7)设置在同一轴线上，三通阀(9)的出气口通过连接管1(8)与轴承进气孔(23)连通，三通阀(9)的进气口通过连接管11(10)和连接管111(13)分别与调压阀1(11)和调压阀11(14)的出气口连通，调压阀1(11)的进气口与气体压缩机1(12)的出气口连通，调压阀11(14)的进气口与封闭箱(15)的出气口连通，封闭箱(15)的进气口通过连接管IV (17)与储气罐(18)的出气口连通，储气罐(18)的进气口通过连接管V(19)与气体压缩机11(20)的出气口连通。2.根据权利要求1所述的一种静压气体轴承内气体流场检测装置，其特征在于:所述的光源(1)是连续光源或者是脉冲光源。3.根据权利要求1所述的一种静压气体轴承内气体流场检测装置，其特征在于:所述的承载面(22)是透明塑料或者是透明石英玻璃或者是透明有机玻璃。4.根据权利要求1所述的一种静压气体轴承内气体流场检测装置，其特征在于:所述的示踪粒子(16)是直径小于1微米的荧光粒子。5.根据权利要求1所述的一种静压气体轴承内气体流场检测装置的使用方法，其特征在于:关闭调压阀1(11)和调压阀II (14)，启动气体压缩机II (20)，直至封闭箱(15)和储气罐(18)内的气体压力稳定，启动气体压缩机I (12)，开启调压阀I (11)，通过调压阀I (11)调整轴承进气孔(23)内的气体压力，使轴承体(21)和承载面(22)之间形成的气膜(25)厚度稳定，通过调压阀11(14)调整进入气膜(25)内示踪粒子(16)的数量，使示踪粒子(16)在气膜(25)内均匀分布，开启光源(1)，高速相机⑷拍摄示踪粒子(16)的运动图像。
【专利摘要】一种静压气体轴承内气体流场检测装置，它至少由：光源(1)、滤光平面镜I(2)、中继镜(3)、高速相机(4)、滤光平面镜II(5)、滤光棱镜(6)、显微物镜(7)、连接管I(8)、三通阀(9)、连接管II(10)、调压阀I(11)、气体压缩机I(12)、连接管III(13)、调压阀II(14)、封闭箱(15)、示踪粒子(16)、连接管IV(17)、储气罐(18)、连接管V(19)、气体压缩机II(20)、轴承体(21)、承载面(22)组成，本发明通过高速相机(4)拍摄气膜(25)内示踪粒的运动轨迹，实现静压气体轴承内气体流场的直接检测。
【IPC分类】G01M9/06
【公开号】CN105424313
【申请号】CN201511028940
【发明人】李运堂, 梁宏民, 沈传康, 万欣, 吴进田, 孙在, 李孝禄
【申请人】中国计量学院
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月24日