[发明专利]一种两自由度隔振与精密定位的复合主动隔振器

说明书

技术领域

本发明属于超隔振与精密定位领域，具体涉及一种两自由度隔振与精密定位的复合主动隔振器。

背景技术

当前，在高端IC芯片制造领域与超精密检测领域，对环境微振动隔离和精密定位的要求越来越严格。而一般的超精密减振器，往往只具备精密隔振的作用，而一些高端微动平台只具备精密定位的作用。由于减振的需要，一些微运动平台的定位精度被大大衰减，因此迫切需要一些新技术、新方法来改善这一现状。液压缸+金属弹簧、压电致动器+弹簧膜片、音圈电机+空气弹簧等一些手段可极大地提高这类精密减振器的定位与减振能力。

液压缸+金属弹簧的组合不仅可通过金属弹簧降低系统的固有频率，改善被动隔振性能；液压缸作为主动执行元件，也可实现隔振的主动控制；同时液压缸也可作为主动定位元件实现一定程度的定位作用。但是由于液压缸的工作频率较低，其对于中高频的减振不为明显；同时这种机械结构的组合，导致运动形成间隙较大，从而影响其工作定位精度和定位速度。压电致动器+弹簧膜片的组合，也可通过膜片弹簧改变系统的被动隔振能力，实现中高频的振动抑制；而且压电致动器作为主动执行电机可以实现各频段的主动减振；同时，压电致动器也可充当定位执行器，可实现纳米级定位，但其全部运动行程仅为微米级，限制了其使用空间。音圈电机+空气弹簧的组合，可通过空气弹簧实现中高频的被动隔振能力，音圈电机作为主动控制执行器可实现低频段的主动隔振能力；同时音圈电机又作为精密定位的主动执行器，可以实现微米级定位和毫米级行程，既能保证减振器具有大的承载力的同时，有效地隔离超低频振动，又能实现精密定位精度。

专利文献CN103318839A公开了一种基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台及切换方法，其采用3个或3个以上静压空气弹簧结构的隔振器支撑空气弹簧隔振平台及其负载，从而实现结构的精密减振。但该专利文献公开的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其未形成闭环位置环路，无法实现精密定位的作用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种两自由度隔振与精密定位的复合主动隔振器，该复合主动隔振器结构紧凑，通过两个单独的精密定位和精密隔振单元，配合不同的主动控制元件，来实现微动环境下的精密隔振和精密定位。

为了实现上述目的，本发明提供了一种两自由度隔振与精密定位的复合主动隔振器，该隔振器包括基础平台和负载平台，所述基础平台的下端与外部平台连接，所述负载平台的上端与需要定位和隔振的设备连接，其特征在于：

该隔振器还包括隔振单元，其设置在所述基础平台和负载平台之间，一端与所述基础平台连接，另一端与所述负载平台连接，所述隔振单元包括沿第一方向设置的空气弹簧和第一音圈电机，所述空气弹簧用于实现高频部分的被动隔振，所述第一音圈电机用于实现中低频主动隔振，从而实现第一方向的主被动复合全频段隔振；所述隔振单元还包括沿第二方向设置的可调刚度片弹簧和第二音圈电机，所述片弹簧通过解耦柔性铰链与所述空气弹簧连接，用于实现高频部分的被动隔振，所述第二音圈电机用于实现中低频主动隔振，从而实现第二方向的主被动复合全频段隔振；以及

定位单元，其设置在所述隔振单元的外侧，一端与所述基础平台连接，另一端与所述负载平台连接，所述定位单元包括沿第一方向设置的比例压力阀，用于控制所述空气弹簧进气量，从而实现第一方向的精密定位；所述定位单元还包括沿第二方向设置得第二音圈电机，用于实现位移控制，从而实现第二方向的精密定位。

进一步地，所述隔振单元还包括沿第一方向设置的第一速度传感器和控制器，所述第一速度传感器用于所述负载平台的振动速度信号并传输给所述控制器，控制器用于通过算法处理病将主动控制信号传递给所述第一音圈电机，从而实现中低频主动隔振。

进一步地，所述隔振单元还包括沿第二方向设置的第二速度传感器，所述第二速度传感器用于采集所述负载平台的振动速度信号传输给所述控制器，控制器用于通过算法处理并将主动控制信号传递给所述第二音圈电机，实现第二方向的中低频主动隔振。

进一步地，所述定位单元还包括沿第一方向设置的第一位移传感器，所述第一位移传感器用于采集所述负载平台的位移信号并传输给所述控制器，控制器用于通过算法处理并将主动控制信号传递给所述比例压力阀，比例压力阀控所述空气弹簧的制进出气量，从而实现第一方向的精密定位。