[發明專利]一種直線電機單自由度隔振裝置及其運動控制方法

有效

• 申請號: 201210116967.7
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102647143A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 楊開明;朱煜;余東東;成榮;張鳴;李鑫;穆海華;胡金春;徐登峰;尹文生;季國鋒
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;G03F7/20
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

本發明涉及一種直線電機單自由度隔振裝置及其運動控制方法，屬于半導體裝備技術領域。

背景技術

光刻機工件臺掃描過程可分為加速、掃描、減速三個階段，將加速段結束至掃描開始定義為工件臺調整時間，該值的大小直接影響著光刻機整機的生產率。在加速段，工件臺直線電機會產生較大的反作用力作用在直線電機定子上，當直線電機定子與基座固定時，該反作用力會引起基座的振動，進而耦合至基座上的測量系統中，增大了工件臺的調整時間，制約了其工作效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種直線電機單自由度隔振裝置及其運動控制方法，既能保證平衡塊在直線電機運動過程中不產生單側漂移，又能夠避免將較大的反作用力傳遞至基座上。

本發明的技術方案如下：

該隔振裝置包括一個沿X軸方向運動的平衡塊、一個防漂移驅動單元以及控制單元；

所述平衡塊的上表面與直線電機的定子固連，平衡塊的下表面通過第一氣浮軸承與基座連接，平衡塊的一側安裝有第一光柵尺，第一光柵尺的光柵條紋沿X軸方向布置，在直線電機動子上安裝有與第一光柵尺對應的第一光柵讀數頭；

所述防漂移驅動單元包括一個防漂移直線電機、一個光柵尺和一個導軌；導軌與防漂移直線電機的動子相固連，導軌的一端在YZ平面通過第二氣浮軸承與所述的平衡塊連接，導軌在XY平面的一側通過第二氣浮軸承與防漂移直線電機定子連接，導軌在XZ平面的一側通過第二氣浮軸承與防漂移直線電機的定子連接；防漂移直線電機的定子與基座相固連，導軌的一側安裝有第二光柵尺，第二光柵尺的光柵條紋沿X軸方向，在防漂移直線電機定子上安裝有與第二光柵尺對應的第二光柵尺讀數頭；

所述控制單元包括含有控制程序的工控機、光柵計數卡、D/A卡和驅動器，光柵計數卡分別采集第一光柵尺和第二光柵尺信號，光柵計數卡將采集到的兩路光柵信號輸入至工控機，工控機以所述兩路光柵信號為位置反饋信號對防漂移直線電機進行控制，控制指令通過D/A卡輸出至驅動器。

第一氣浮軸承采用真空預載軸承、永磁預載軸承或重力預載軸承；第二氣浮軸承采用真空預載軸承或者永磁預載軸承。

所述直線電機單自由度隔振裝置的控制方法有兩種：

第一技術方案包括如下步驟：

1)在伺服周期開始，設定平衡塊位移為零，然后采用光柵計數卡采集第二光柵尺的信號，得到平衡塊相對于基座的位移信號，并將該位移信號輸入工控機作為位置反饋信號，得到平衡塊的位移偏差e_b；

2)采用第一非線性環節對位移偏差e_b進行處理，第一非線性環節表達式為：

φ1(·)=ap+bp[1-2ecp·eb+e-cp·eb]]]>

其中e_b為平衡塊的位移偏差，a_p為偏置系數，b_p為放大系數，c_p為上升速率系數；

3)將第一非線性環節的輸出信號通過平衡塊線性控制器處理后，得到防漂移電機的控制指令，該控制指令由D/A卡進行數模轉換后輸入至驅動器，驅動器成比例地輸出電流驅動防漂移電機；在下一個伺服周期重復1)至3)步驟，進而驅動平衡塊向設定位置運動。

第二技術方案包括如下步驟：