[发明专利]基于气浮零位基准和激光自准直测量的磁浮隔振平台

说明书

技术领域

本发明属于超精密测量与超精密加工装备，主要涉及一种基于气浮零位基准和激光自准直测量的磁浮隔振平台。

背景技术

在超精密计量测试和超精密加工领域中，具有高质量水平姿态的平台是进行精密测量和大规模集成电路制造的基本保证。高质量水平姿态磁浮隔振平台的应用十分广泛。在生物科学、电子光学、精密机械加工、理化试验及其研究相关的工厂中，平台的水平姿态控制会影响到机器设备的测量实验结果和仪表器械的使用性能，并且会直接影响磁浮隔振平台对振动的抑制性能。随着超精密测量仪器和超精密加工制造设备的精度等级的提高，环境振动对仪器设备的影响越来越大。磁浮隔振平台作为新兴的隔振设备也随着精密仪器制造业的发展而发展。而磁浮隔振平台的水平姿态则直接影响到其上面所放仪器和装备的精度，因此磁浮隔振平台姿态的稳定在精密仪器制造和科研中显得格外重要。特别是对于我国科研单位和企业，随着超大规模集成电路制造业的高速发展以及对测量精度和测量稳定性要求的不断提高，作为基础的隔振平台的稳定性也受到了更加严峻的考验。

随着超精密仪器及系统对工作环境要求的提高，传统的被动隔振方式受隔振器材料特性、结构刚度等因素制约，已无法满足对低频信号的隔振要求。针对这一问题，研究人员将主动隔振技术与被动隔振器相结合，达到提升低频隔振性能的目的(Vibration Isolation Apparatus For Stage.美国专利公开号US006327024B1)。该方法将一个或多个振动阻尼器安装在工作台与基座之间，阻尼器件具有一个电执行器，执行器对一个位置传感器的信号进行响应，起到主动隔振作用，提升了其低频隔振性能。该方法存在的问题在于：1)工作台不具备姿态调整功能；2)位置传感器反馈信号为相对量，没有绝对零位基准，无法对工作台位置精确定位。

为了实现隔振台台体姿态调整功能，中国计量学院提出了一种隔振平台气动姿态调整方案(隔振地基精密调平系统。专利公开号：CN 101353897A)。该方案采用两级隔振平台，精密光学隔振平台放置于隔振地基上，通过测量隔振平台与水平面的夹角，对空气弹簧进行充放气控制，达到调整隔振平台姿态的目的。该方案存在的问题在于：1)已公开技术方案中，隔振平台无法实现精确定位；2)通过对空气弹簧充放气调整隔振平台姿态，系统响应速度慢。

中船第九设计研究院工程有限公司提出一种隔微振基础(多台精密仪器集中布置的防微振基础。专利公开号：CN 200920078087.9)。该方案设计了上下两层独立的隔振台，上层采用T型截面隔振座，隔振座由隔振元件支撑在下层砼梁上，该结构能够降低隔振系统质心，提高了隔振效率。该方案的问题在于，仅采用被动隔振方式，无法隔离低频振动信号。

重庆师范大学提出一种精密隔振装置(一种精密隔振装置。公开号：CN200920207338.9)。该方案采用两层隔振结构，第一层被动隔振器由空气弹簧与磁流变体并联构成，第二层隔振器由空气弹簧与微作动器并联构成，两层结构串联布置，该方案提高了隔振装置对低频信号的隔振性能。该方案的问题在于，隔振平台不具备姿态调整功能。

现有发明专利存在的共性问题：

1.对隔振平台的测量均为相对位置，没有绝对零位基准，因此无法对隔振平台位置进行精确定位；

2.没有对隔振平台的姿态高精度控制方案，因此隔振平台无法获得高水平隔振性能。

磁浮隔振平台台体水平姿态的检测方案有多种，精确定位的方法主要是通过建立直角坐标系来检测水平姿态，测量台体各自由度位移变化。磁浮隔振平台台体的位移测量需采用光学非接触式测量方法，否则传感器将会给隔振系统附加刚度和阻尼，破坏磁浮隔振平台固有频率，降低隔振性能。传统非接触式光学测量位移的方法种类有基于CCD图像检测、基于激光的鉴频和鉴幅测量等。由于平台台体是六个自由度上的位移变化，各自由度之间相互干涉，基于图像的测量方法无法实现；而基于激光检测的方法又受激光自身漂移的影响很难实现高精度的测量。但是，对磁浮隔振平台隔振性能要求的不断提高，对台体姿态位移的控制精度要求达到微米量级，而且平台均是大或超大台体情况下。所以具有位移控制精度高、隔振性能优异、达到VC-F级别以上的大型或超大型磁浮隔振平台是目前国内外超精密测量和加工制造设备迫切需求的隔/减振设备。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合实际需求，设计提供一种基于气浮零位基准和激光自准直测量的磁浮隔振平台，达到提高激光束零位基准的稳定性、实现参考光束校准、提高平台隔振性能的目的。

本发明的技术解决方案是：