【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字孪生，尤其涉及一种气浮转台的数字孪生构建方法及系统。
技术介绍
1、静压气浮转台近年被广泛的应用在半导体，3c，航空航天，精密医疗等超精密制造领域，其原理是以高压空气为润滑及承载介质，代替传统机械接触的滚子机构，实现0摩擦，0污染的亚微米甚至纳米级别定位/位移运动的新型技术，多以力矩电机直接驱动。工作时由外部通入高压气体并在轴承和压环之间形成几微米到几十微米厚度的气膜，气体在气膜边缘融入大气，从而在其中形成规则的压强分布，继而产生承载及润滑能力。
2、数字孪生技术被广泛认为是现代制造业的未来，它解决了实时加工过程监控和诊断以及更高精度的数字和物理数据融合等领域的瓶颈。因此，开发用于超精密制造机床和/或加工系统的静压气浮转台数字孪生模型是未来一代超精密定位/位移机构的主题。它们的设计、制造和控制，加上计算效率高的数字孪生并行优化算法，将能以更具竞争力的工业方式，进一步提高超精密气浮转台的应用性能。
3、现有静压气浮转台大多在设计环节计算及仿真气浮性能，在实际工作时无法对性能变化进行有效观测或干预。在工作环境中气浮转台往往受到负载、加速度、环境扰动等因素从而产生性能变化，极端环境中更可能产生接触磨损和振动失效等危险状况。对于转台性能的实时观测，预测和调整因此十分必要。同时，因为静压气浮转台大多以铜、钢作为轴承和结构材料，二者的热膨胀系数差异导致转台部件在面对温差时很容易产生相对变形，从而将仅有十几微米的气膜填平，导致磨损。
4、因此，需要提供一种能够对气浮转台的运动状态进行实时观
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种气浮转台的数字孪生构建方法及系统。
2、本专利技术技术方案如下所述：
3、一种气浮转台的数字孪生构建方法，所述构建方法包括：
4、s1：获取静压气浮转台实体特征参数以及几何关系；
5、s2：建立气浮转台的数字孪生3d模型；
6、s3：建立气浮转台的流体力学模型，通过流体力学模型推导出气浮转台承载力公式为：
7、wn＝∫a(p-pa)da，
8、其中wn为承载力，a为气膜面积，p为分布在各处的压强，pa为大气压强；
9、通过流体力学模型推导出气浮转台刚度公式为：
10、
11、其中，k0为刚度，w1，w2为2种不同气膜厚度下的静压导轨承载力，δh为气膜厚度变化量；
12、s4：建立气浮转台线性热膨胀模型，基于线性热膨胀方程：
13、lt＝l0(1+αt)，
14、其中，lt为膨胀后材料长度，l0为膨胀前材料长度，α为线性热膨胀系数，t为温度变化量；
15、s5：建立多孔质石墨渗透率计算模型，基于达西定理，推算出渗透率的公式为：
16、pe＝0.2*q*v*h*/(a*((p1+0.1)2-0.01))，
17、其中，pe为渗透率，q为气体流量，p1为供气压力，v为空气粘度，h为石墨厚度，a为石墨表面积；
18、s6：建立气浮转台真空预载力计算模型，计算公式为：
19、f＝pa*a*k，
20、其中，f为真空力，pa为大气压强，a为真空室的横截面积，k为真空度；
21、s7：基于数字孪生3d模型、流体力学模型、线性热膨胀模型、多孔质石墨渗透率计算模型以及真空预载力计算模型建立气浮转台的数字孪生体；
22、s8：获取气浮转台运动过程中的实时数据，并传输至数字孪生体；
23、s9：数字孪生体对实时数据进行分析，并将分析结果实时反馈至控制器；
24、s10：控制器根据分析结果实时调整气浮转台的运动参数。
25、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s8中，通过光栅尺、传感器获取所述气浮转台在运动过程中的实时数据，并将所述实时数据传输至所述数字孪生体。
26、作为本专利技术的进一步改进，所述实时数据包括所述气浮转台在运动过程中实时的位移、速度、加速度、温度、气压以及流量。
27、作为本专利技术的进一步改进，在步骤s9中，所述数字孪生体将获取的实时数据与系统中设定的仿真数据进行比对分析，并将分析结果实时反馈至所述控制器。
28、作为本专利技术的进一步改进，所述运动参数包括所述气浮转台实时的进气压、真空力以及电机驱动力。
29、一种数字孪生系统，包括气浮转台、数字孪生体以及控制器，所述数字孪生体获取所述气浮转台在运动过程中的实时数据进行分析，并将分析结果反馈至所述控制器，所述控制器根据所述分析结果实时调整所述气浮转台的运动参数。
30、作为本专利技术的进一步改进，所述数字孪生体包括仿真形貌的数字孪生3d模型和对所述气浮转台的运动数据进行仿真的仿真模型，所述仿真模型包括流体力学模型、线性热膨胀模型、多孔质石墨渗透率计算模型以及真空预载力计算模型。
31、作为本专利技术的进一步改进，所述气浮转台、所述数字孪生体以及所述控制器相互通过信号传输组件进行连接，所述信号传输组件进行实时数据的采集、传输以及控制信号的传输。
32、作为本专利技术的进一步改进，所述信号传输组件包括光栅尺、温度传感器、压力传感器、流量传感器、电流传感器以及信号线。
33、作为本专利技术的进一步改进，所述气浮转台包括动子和定子，所述动子与所述定子之间设有电压传感器，当所述动子与所述定子接触时，所述电压传感器向所述数字孪生体传输报警信号。
34、根据上述方案的本专利技术，本专利技术的有益效果在于：
35、本专利技术提供一种气浮转台的数字孪生构建方法及系统，根据气浮转台的实际尺寸，1∶1建立数字孪生3d模型，通过雷诺方程参数化求解方法以及外力(负载，扰动)的输入及圆光栅反馈回的位移，速度，加速度等数据及温度传感器的温差反馈，构建静压气浮转台数字孪生体，以实现对工况中的气浮静压转台性能的实时观测和预测，并可进一步通过调节进气压和驱动力的方式补偿性能损失，提高整体工作的稳定性。
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1.一种气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：
2.根据权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，在步骤S8中，通过光栅尺、传感器获取所述气浮转台在运动过程中的实时数据，并将所述实时数据传输至所述数字孪生体。
3.根据权利要求2所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，所述实时数据包括所述气浮转台在运动过程中实时的位移、速度、加速度、温度、气压以及流量。
4.根据权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，在步骤S9中，所述数字孪生体将获取的实时数据与系统中设定的仿真数据进行比对分析，并将分析结果实时反馈至所述控制器。
5.根据权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，所述运动参数包括所述气浮转台实时的进气压、真空力以及电机驱动力。
6.一种基于如权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法的数字孪生系统，其特征在于，包括气浮转台、数字孪生体以及控制器，所述数字孪生体获取所述气浮转台在运动过程中的实时数据进行分析，并将分析结果反馈至所述控制器，所述控制器根据所
7.根据权利要求6所述的数字孪生系统，其特征在于，所述数字孪生体包括仿真形貌的数字孪生3D模型和对所述气浮转台的运动数据进行仿真的仿真模型，所述仿真模型包括流体力学模型、线性热膨胀模型、多孔质石墨渗透率计算模型以及真空预载力计算模型。
8.根据权利要求6所述的数字孪生系统，其特征在于，所述气浮转台、所述数字孪生体以及所述控制器相互通过信号传输组件进行连接，所述信号传输组件进行实时数据的采集、传输以及控制信号的传输。
9.根据权利要求8所述的数字孪生系统，其特征在于，所述信号传输组件包括光栅尺、温度传感器、压力传感器、流量传感器、电流传感器以及信号线。
10.根据权利要求6所述的数字孪生系统，其特征在于，所述气浮转台包括动子和定子，所述动子与所述定子之间设有电压传感器，当所述动子与所述定子接触时，所述电压传感器向所述数字孪生体传输报警信号。
...【技术特征摘要】
1.一种气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：
2.根据权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，在步骤s8中，通过光栅尺、传感器获取所述气浮转台在运动过程中的实时数据，并将所述实时数据传输至所述数字孪生体。
3.根据权利要求2所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，所述实时数据包括所述气浮转台在运动过程中实时的位移、速度、加速度、温度、气压以及流量。
4.根据权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，在步骤s9中，所述数字孪生体将获取的实时数据与系统中设定的仿真数据进行比对分析，并将分析结果实时反馈至所述控制器。
5.根据权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法，其特征在于，所述运动参数包括所述气浮转台实时的进气压、真空力以及电机驱动力。
6.一种基于如权利要求1所述的气浮转台的数字孪生构建方法的数字孪生系统，其特征在于，包括气浮转台、数字孪生体以及控制器，所述数字孪生体获取所述气浮转台在...
【专利技术属性】
技术研发人员：勾宁，牛增渊，丁辉，
申请(专利权)人：江苏集萃精凯高端装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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