[发明专利]一种六自由度磁悬浮转台、控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种六自由度磁悬浮转台、控制系统及方法,包括光学隔振平台、水平支撑架、竖直支撑架、平台基座、线圈支架、线圈阵列、磁铁阵列、圆形载物台、椭圆目标物、线圈四周光电传感器及其支架、线圈下方的光电传感器及其支架组成。本发明具有结构简单、运动自由度多、承载刚度高、推力密度大、回转精度高、真空兼容性的特点，可广泛应用于微机械加工、雷达、光学天线跟踪系统等领域。

技术领域

本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及到一种高精度六自由度磁悬浮转台，可用于微机械加工、航天飞行器仿真转台等。

背景技术

精密转台在现代科学和生产中有着重要的应用价值，例如微机械加工、航天器仿真测试平台、激光通信光学天线跟踪系统等。这种旋转工作台是一种高精密设备，要求摩擦力小、定位精度高、响应速度快、结构刚度高。现存的精密转台几乎都只能实现单自由度的旋转运动，限制了精密转台的应用使用范围。尤其在于半导体加工、触觉反馈系统等领域，定位平台不仅需要大范围的角度转动，还需要一定范围内的平移运动。常见的多轴运动往往由多个单自由度运动执行器合成而得到，这样不仅增加了系统设计的复杂性和总体惯量，也降低了系统的响应频率和微动分辨率。利用磁悬浮技术可以得到能够多自由度运动的一体化装置，克服了层叠式驱动结构的缺点，并且悬浮技术可以消除传统机械转台动子与定子间的摩擦，具有零摩擦、无后坐力、隔振、清洁、结构紧凑的特点，十分适合于精密制造和生产领域。

发明内容

为了解决现有旋转工作台结构复杂、运动自由度少、摩擦力大、平台刚度低和推力密度低等缺点，本发明提出了一种中子对称的磁悬浮转台，易于制造装配、密集的线圈阵列排布增大了推力密度与平台刚度，并且该转台具备多自由度运动的能力，可广泛应用于微铣削、光学天线跟踪系统等多种领域。

一种六自由度磁悬浮转台，其特征在于：包括一个平台基座、设置在平台基座上的圆形载物台；圆形载物台顶部通过三个螺纹孔固定住椭圆目标被测物，使椭圆目标物质心位于载物台的中心轴上,圆形载物台底部有围绕中心轴呈圆周型排布的矩形凹槽，若干矩形磁铁阵列镶嵌在矩形凹槽中；位于磁铁阵列下方的线圈阵列通过弓形线圈支架固定在平台基座上；沿线圈阵列周向设有若干上端面传感器支架以及固定在上端面传感器支架上的上端面光电传感器，上端面传感器支架固定在平台基座的上端面；平台基座的下端面并位于线圈阵列下方设有下端面传感器支架以及固定在下端面传感器支架上的下端面光电传感器；方形基座通过竖直支撑架和水平支撑架固定到光学隔振平台上。

在上述的六自由度磁悬浮转台，弓形线圈支架为一种中间空心的弓形部件，弓形部件包括矩形件一和矩形件二，矩形件一四周抛光为圆弧形的倒角，用于绕制线圈，连接件两端将矩形件一和矩形件二连接固定，矩形件二固定在平台基座的螺纹孔上。

在上述的六自由度磁悬浮转台，线圈阵列和磁铁阵列均呈圆周型结构排布，实现转台绕竖直方向的大角度转动控制；圆周型线圈阵列的外径大于圆周型磁铁阵列的外径，保证载物台平移或旋转时，磁铁阵列均能处于线圈阵列的内部,矩形凹槽内壁设有环氧树脂层,若干矩形磁铁阵列与环氧树脂层过盈配合固定在矩形凹槽内。

在上述的六自由度磁悬浮转台，线圈的个数与磁铁的个数为1：3；所述磁体阵列采用强磁材料牌号为N48烧结铷铁硼制成，磁体阵列按照圆型的Halbach结构进行排布；所述无铁芯跑道型线圈由210匝直径0.6mm的漆包铜线绕制而成。

在上述的六自由度磁悬浮转台，由于磁铁阵列和线圈阵列均成周期性排布，处于类似磁场环境下的线圈为串联形式。

在上述的六自由度磁悬浮转台，所述的方形基座中心有一个大圆孔，下端面光电传感器发射出的激光能够穿过大圆孔对磁悬浮转台的位置进行测量；围绕基座中心轴，设有用于安装弓形线圈支架的螺纹孔。

在上述的六自由度磁悬浮转台，方形平台基座厚度不低于15mm；线圈下方的传感器支架包括相互垂直固定的矩形模块一和矩形模块二组成，矩形模块二为铝制挡板，用来固定光电传感器，矩形模块一连接铝制挡板并将其固定到光学隔振平台上。