[发明专利]一种基于主动隔振器的转动惯量测量方法及系统

说明书

本发明属于转动惯量测量领域，并具体公开了一种基于主动隔振器的转动惯量测量方法及系统，其采用两个及以上的主动隔振器在不同位置支撑负载；然后各主动隔振器同时对负载进行激励，并控制其出力幅值使负载仅沿一个方向转动，测量此时主动隔振器的响应幅值；再在负载质心两侧等距处各放置一个标准质量块，各主动隔振器再次同时对负载进行激励，并控制其出力幅值使负载仍仅沿同一方向转动，测量此时主动隔振器的响应幅值；最后通过放置标准质量块前后主动隔振器的出力幅值和响应幅值关系，确定负载在该转动方向上的转动惯量。该方法简便、快捷、精度高，直接利用主动隔振器进行测量，对精密设备的影响小。

技术领域

本发明属于转动惯量测量领域，更具体地，涉及一种基于主动隔振器的转动惯量测量方法及系统。

背景技术

随着工程技术的进步，以光刻机、扫描电镜等为代表的超精密设备的应用越来越广泛，其制造和测量精度也越来越接近物理极限。在微米/纳米加工或测量的过程中，环境振动成为了制约其精度的瓶颈问题，为减小振动，光刻机、扫描电镜等精密加工设备和仪器需要放置在精密主动隔振器上进行工作。

现有常用的转动惯量测量方法有三线摆、扭摆、复摆等，但是对于精密设备和仪器来说，由于受其安装的不可移动性、密闭性以及结构的复杂性等因素的影响，其转动惯量的测量无法通过上述这些方法来进行。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于主动隔振器的转动惯量测量方法及系统，其以主动隔振器作为激励源，通过放置标准质量块前后主动隔振器出力幅值和负载响应幅值关系，确定负载的转动惯量，该测量方法简便、快捷、精度高，直接利用主动隔振器进行测量，对精密设备的影响小。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于主动隔振器的转动惯量测量方法，包括如下步骤：

S1采用两个或以上的主动隔振器在不同位置支撑负载，以负载质心为原点建立坐标系；各主动隔振器同时对负载进行激励，并控制其出力幅值使负载仅沿i轴转动(i轴为所建立坐标系中任一轴)，测量此时各支撑点处负载的响应幅值；

S2停止激励，在负载质心两侧等距处各放置一个标准质量块，各主动隔振器再同时对负载进行激励，并控制其出力幅值使负载仍仅沿i轴转动，测量此时各支撑点处负载的响应幅值；

S3任选一支撑点，根据S1中该支撑点处主动隔振器的出力幅值f_m和负载的响应幅值v_m，以及S2中该支撑点处主动隔振器的出力幅值f_m′和负载的响应幅值v_m′，得到负载添加标准质量块前绕i轴转动时的转动惯量为：

其中，m为标准质量块的质量，l_i为标准质量块质心到i轴的距离。

作为进一步优选的，所述S1和S2中，由负载在其质心处的合力幅值关系式和合力矩幅值关系式确定出力系数，按此出力系数确定各主动隔振器的出力幅值。

作为进一步优选的，所述S1中各主动隔振器的激励频率相同，所述S2中各主动隔振器的激励频率相同。

作为进一步优选的，各主动隔振器的激励频率大于负载和所有主动隔振器所构成整体固有频率的10倍。

作为进一步优选的，所述S2中放置的两个标准质量块的质心与负载质心在同一条直线上，且该直线与所建立的坐标轴不重合。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于主动隔振器的转动惯量测量系统，包括控制器和两个或以上的主动隔振器，其中，所述控制器与所有所述主动隔振器相连，用于控制各主动隔振器，以及接收和处理其数据；所述主动隔振器包括执行器、传感器和弹簧，所述执行器用于对负载施加力，所述传感器用于测量负载的响应幅值，所述弹簧用于支撑负载。