[实用新型]一种精密主动减振装置

说明书

技术领域

本实用新型属于超精密减振领域，具体涉及一种精密主动减振装置。本实用新型所涉及的精密主动减振装置具有极低的固有频率，不仅对高频振动干扰具有良好的隔振效果，还能有效的隔离超低频振动，适用于对低频振动敏感的超精密加工与测量设备。 

背景技术

随着科技的发展，以光刻机、扫描隧道显微镜（STM）、扫描探针显微镜（SPM）、原子力显微镜（AFM）等为代表的超精密加工与测量设备得到了越来越广泛的应用。由于其超精密性，这一类加工与测量设备对环境微幅振动的要求也愈加严格。超低频精密主动减振平台能够有效隔离地基和环境的低频微幅振动，为设备提供平稳的工作环境。 

常见的减振器一般采用螺旋钢弹簧、空气弹簧等元件隔离地基的振动。螺旋钢弹簧无法同时满足大的承载能力和抑制低频振动的要求。空气弹簧虽然具有大的承载力以及抑制低频振动的能力，但是如果想要实现超低频隔振就必须采用加大气室容积等方法，这样会带来减振器体积的增大和控制上的困难。因此，一般的空气弹簧减振器的固有频率通常在1.5Hz-2Hz左右，无法实现1Hz以下的超低频隔振。 

美国专利文献US5844664提供了一种主动减振装置，其垂向和水平向的低刚度分别通过空气弹簧和偏摆机构实现。垂向空气弹簧采用膜式空气弹簧，由于减振器体积的限制和控制上的要求，无法实现超低频隔振。 

世界组织产权组织出版的专利文献WO95/20113提供了一种正负刚度并联的超低频被动减振器，其垂向正刚度由钢弹簧提供，垂向负刚度机构是利用压杆原理形成的一种机构，其预紧力可通过螺钉调节。为了支承变 化的负载，采用螺钉调节机构来调节垂向支承弹簧的位置使得垂向负刚度机构始终工作在平衡位置附近。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种精密主动减振装置，该减振装置结构紧凑，具有极低的固有频率，不仅对高频振动干扰具有良好的隔振效果，还能够有效地隔离地基和环境的超低频振动，为超精密加工与测量设备提供平稳的工作环境。 

本实用新型提供的一种精密主动减振装置，其特征在于，该减振装置包含主动减振单元与被动减振单元，主动减振单元与被动减振单元并联；主动减振单元包括洛伦兹直线作动器，被动减振单元由负刚度机构与空气弹簧并联组成，负刚度机构安装在空气弹簧的腔室内部； 

空气弹簧包括金属腔室、橡胶薄膜、金属压圈、安装座、负载支承板、限位装置、上活塞板、下活塞板和进气孔；金属腔室是一种内部中空而上端开口的圆筒形结构，上活塞板和下活塞板位于金属腔室内部，通过橡胶薄膜与金属腔室柔性相连；橡胶薄膜呈环形结构，橡胶薄膜内圈安置于上活塞板和下活塞板之间，并锁紧密封，形成空气弹簧的活塞结构；金属压圈将橡胶薄膜的外圈压在金属腔室上，上面装上安装座后将金属压圈和橡胶薄膜压紧连接在金属腔室上；限位装置安装在安装座上，负载支承板与上活塞板固连，用于支撑减振器负载；进气孔用于与供气系统连通； 

负刚度机构包括垂向支撑活塞杆、第一、第二压杆、第一、第二片弹簧、第一、第二夹紧块、第三、第四夹紧块、第一、第二调整块、第一、第二调整导杆、加强梁以及底板； 

底板固定安装在金属腔室的底部，垂向支撑活塞杆与下活塞板固连，垂向支撑活塞杆通过铰链与第一压杆和第二压杆的一端连接，第一压杆的另一端通过铰链与第一夹紧块连接，第二压杆的另一端通过铰链与第二夹紧块连接；第一片弹簧穿过第一调整块，并且第一片弹簧的两端分别通过第一夹紧块和第三夹紧块夹紧；第一片弹簧穿过第二调整块，并且第二片 弹簧的两端分别通过第二夹紧块和第四夹紧块夹紧；夹紧块与底板固连，进而固定片弹簧，调整导杆穿过第一调整块，其底端与底板固定连接，调整导杆穿过调整块，其底端与底板固定连接，第一、第二调整导杆的顶端均与加强梁固定连接；调整块固定在调整导杆上； 

主动减振单元还包括振动速度传感器以及电涡流位移传感器；洛伦兹直线作动器包括洛伦兹直线作动器动子和定子；动子与负载支承板固连，定子安装在安装座上；振动速度传感器和电涡流位移传感器用于减振器振动反馈控制，振动速度传感器安装在负载支承板上；电涡流位移传感器安装在安装座上。 

本实用新型减振器所包含的负刚度机构，其负刚度大小可调，用于匹配空气弹簧的正刚度，从而调整减振器的刚度大小。负刚度的调整通过调整片弹簧的有效弯曲长度来实现；另外，还可以采用两片或者多片片弹簧并联叠加来调整负刚度机构的刚度。