[发明专利]一种精密定位隔振平台

说明书

技术领域

本发明属于精密定位隔振领域，具体涉及一种精密定位隔振平台。它的主要功能是保证放置在负载平板上的设备具有较高的垂向定位精度，并能有效的隔离地基振动。

背景技术

随着制造业从精密制造到超精密制造的转变，以及对测量技术、光学实验精度的要求不断提高，支撑平台的定位精度对设备的整体性能的影响逐渐增大，这就对支撑平台的定位精度提出了更高的要求。例如，各种显微镜的支撑系统、光学成像光刻工件及光学检测系统的基准平台、微小机构及零件的装配平台等对定位精度有严格的限定。

影响定位精度有两个主要的因素，一个是支撑装置自身的所能达到的定位精度，二是地面的垂向振动的影响。支撑装置的结构形式、传感器性能参数、不同类型的作动器、控制软硬件系统都会对定位精度造成影响。另一方面，机电系统中不可避免的振动现象对产品制造精度、测量精度的不良影响日益突出。例如，半导体芯片制造的光刻精度已经进入一百纳米以下，这就使得环境振动对光刻精度的影响变得十分明显，微小的振动都会影响到芯片的加工精度，缩短机械设备的使用寿命。再比如，精密光学实验中，实验台微小的振动会导致光路发生变化，使得实验结果严重偏离实际值，造成很大的误差。在一般所处的环境中存在大量振动源，如机器运转、车辆行驶、人员走动等引起地面振动，以及空调对流、声音等都会对实验台造成影响。因此为了满足精密制造、精密测量以及光学实验等对定位精度的严格要求，需要对精密定位隔振平台作深入的研究。

目前，支撑装置一般采用滚珠直线导轨、滚珠丝杠等部件，由于是接触约束副，存在间隙、摩擦等问题，间隙碰撞、非线性摩擦力会大大增加控制难度，影响最终的控制精度。常见的主动作动器有如下几种，压电作动器、气动作动器、液压作动器、磁致伸缩作动器。压电作动器存在驱动力、变形量小的缺点，不适合作为大位移的驱动器。气压和液压作动器的缺点是设备庞大，需要额外设备供气供液，而且有严重的延时性，控制精度不高，不适合用作精密的控制场合。磁致伸缩作动器适合高频，大驱动力的隔振场合，但是其价格非常昂贵。

发明内容

为了克服目前常用的支撑平台的精度不足问题，本发明提供一种基于音圈电机和柱面气浮导轨的精密定位隔振平台，该隔振平台行程大、响应快、隔振性能好、定位精度高。

本发明提供的一种定位隔振平台，它包括定位隔振装置和主动控制器，两者之间通过电气连接，主动控制器对定位隔振装置进行位置控制和振动控制。

作为上述技术方案的改进，所述定位隔振装置包括三个结构相同的支撑腿，以及三个速度传感器，三个支撑腿分别位于负载平板的三个角并共同对其进行支撑，三个速度传感器安装在负载平板对应三个支撑腿的位置，用于检测负载平板的三个角处垂向的绝对速度。

作为上述技术方案的进一步改进，每个所述支撑腿均包括音圈电机、气浮导轨、螺旋弹簧、柔性块和位移传感器；音圈电机定子与基板相连，音圈电机动子与U型连接架相连；脚垫座固定在基座上，脚垫螺钉的一端通过螺纹与脚垫座连接，气浮导轨由气浮导轨外部套筒和气浮圆柱组成，气浮圆柱位于气浮导轨外部套筒内部，气浮圆柱能够沿着气浮导轨外部套筒的内壁上下滑动；气浮导轨外部套筒固定在基座的一个立柱上，螺旋弹簧上端固定在气浮圆柱的下端，另一端与螺旋弹簧夹持板连接；螺旋弹簧夹持板由脚垫螺钉支撑；连接板一端与气浮圆柱的上端相连，连接板另一端与U型连接架相连；柔性块固定在连接板的中间位置；位移传感器通过位移传感器安装板固定在基座的另一个立柱上；位移传感器探测头正好位于连接板固定柔性块位置的下方，用于检测柔性块处的垂向位移；柔性块与负载平板固定，对负载平板进行支撑，速度传感器固定在支撑腿上方的负载平板上，用于检测负载平板此处的速度信号；限位螺钉的一端通过螺纹连接在音圈电机定子上，其另一端位于负载平板的沉头孔中，但未与负载平板相接触。

作为上述技术方案的另一进一步改进，所述柔性块为水平方向上十字交叉的柔性铰链组成。

作为上述技术方案的更进一步改进，主动控制器由上位控制机和下位执行器组成，两者之间通过总线连接通信，下位执行器用于采集定位隔振装置的位移信号和速度信号，并传送给上位控制机，上位控制机对位移信号和速度信号分别作差值运算和PID处理，得到控制指令，定位隔振装置根据控制指令进行位置控制和振动控制。

作为上述技术方案的再进一步改进，下位执行器包括数据采集卡、信号调理卡和音圈电机驱动器；数据采集卡的A/D采集通道与信号调理卡相连；数据采集卡的D/A通道与音圈电机驱动器相连；信号调理卡与三个位移传感器、三个速度传感器相连；音圈电机驱动器与三个音圈电机动子相连。