[发明专利]一种紧凑型磁悬浮工作台的实验装置

说明书

技术领域

本发明属于精密加工和检测设备技术领域，具体涉及一种紧凑型磁悬浮工作台的实验装置。

背景技术

精密运动平台广泛应用于集成电路制造、微型机械装配、生物细胞作业、超精密加工及测量和微外科手术等。然而，传统的叠加式二维定位平台无法摆脱其本质上的缺点：定位精度低、响应速度慢、制造成本高、不能用于真空超净环境等。目前常见的替代方案有：压电式精密运动平台、气浮式精密运动平台以及磁悬浮式精密运动平台。

压电式精密运动平台静刚度大、响应快，常用于高精度定位方案，但是其运动范围小，通常不超过100μm，该缺点限制了压电陶瓷驱动的定位平台在大行程场合的应用。虽然可以通过叠加的措施，比如杠杆放大或者粗定位于精定位结合等方式扩大器行程，但由于叠加措施往往无法有效解决精确测量定位点，以及削弱了系统的动态响应性能等缺陷，该方法仍然不适合在精密定位中使用。

空气悬浮并结合直线电机驱动是另外一种精密定位方式。这一类驱动方式靠空气支撑使动子与支撑面分离，避免了摩擦力的影响。但是这类平台不能运用于真空环境。再加上其刚度低、容易引起高频振动等缺点，因此很难满足高精度定位的需求。

与传统的叠加式二维定位平台相比，磁悬浮平台具有无接触的直接驱动、低摩擦（无摩擦）、无反向间隙等优点，并具有真空环境的应用潜质，有效避免了压电式和空气悬浮的弱点。因此具有精密定位的潜质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型磁悬浮工作台的实验装置，满足超精密定位的需求，可以用于光刻机硅片台的定位，也可以用于激光加工或其他需要微动工作台的场合。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

本发明包括定子部分和动子部分，所述定子部分包括底座和设置于底座上的圆筒形的定子外罩，定子外罩的顶端设置有圆形的顶盖；所述动子部分包括设置在定子外罩内的动子，动子上固定有支撑柱，支撑柱穿过顶盖，且支撑柱的顶部设置载物台；所述顶盖上设置有用于在竖直方向上驱动动子的若干第一电磁铁和用于检测动子竖直方向位移的若干第一电涡流传感器，定子外罩侧壁上设置有用于在水平方向上驱动动子运动的若干第二电磁铁和用于检测动子水平方向位移的若干第二电涡流传感器。

所述动子上部为中空结构，动子的顶部设置有动子盖板，动子盖板上开设有使支撑柱穿过动子盖板固定在动子底部的通孔。

所述动子的材质为钢材，载物台和支撑柱的材质为铝材。

所述第一电磁铁为3个，且沿顶盖的周向均匀设置；第二电磁铁为3个，且在定子外罩侧壁上周向均匀设置。

所述顶盖上相邻两个第一电磁铁之间设置一个第一电涡流传感器，且相邻第一电涡流传感器和第一电磁铁圆心角成60度设置；定子外罩上相邻的两个第二电磁铁之间设置一个第二电涡流传感器，且相邻第二电涡流传感器和第二电磁铁圆心角成60度设置。

所述第一电磁铁和第二电磁铁为Ⅰ形电磁铁。

所述动子底部为圆台结构，底座上设有和圆台结构相配合的凹槽；底座上表面开设用于走线的孔，底座底部开设有引线槽。

动子的水平方向上和和竖直方向上驱动均采用吸引式驱动。

所述动子的横截面为正六边形。

相对于现有技术，本发明具有的有益效果：

本发明由于在定子外罩内设置动子，顶盖上设置若干第一电磁铁，在定子外罩上设置若干第二电磁铁，所以可使动子在竖直方向上稳定悬浮及绕X、Y轴的转动，并可以实现水平面内X、Y两个方向的运动和绕竖直方向的转动。因为运动过程中无摩擦力故运动精度较机械式大大提高；并且由于靠电磁力驱动，可以适用于真空环境。本发明适于高速准确定位的磁悬浮工作台的试验装置，克服了传统丝杠定位精度低的缺点，亦克服了现有技术中压电驱动运动范围小，以及气浮平台高频扰动等不适合大行程场合的缺点。本发明的磁悬浮工作台实验装置是为满足超精密定位的需求而设计的，可以用于光刻机硅片台的定位，也可以用于激光加工或其他需要微动工作台的场合，尤其适用需要真空、无摩擦的应用场合。

进一步的，本发明中动子采用上部空心结构，一方面可以减小动子质量，另一方面，经过合理配重设计，使动子的重心在理想的位置，可以减少因水平驱动对竖直驱动造成的扰动，实现磁悬浮工作台在设计上的解耦。因采用上部空心结构的动子即动子上部被掏空，所以在动子顶端设置动子盖板，动子盖板用于竖直方向的位移检测。

本发明中动子的底部设计有圆台结构，配合底座上表面中心的凹槽，可以实现运动控制中的动子初始定位。