[發明專利]一種精密定位隔振平臺

有效

• 申請號: 201210408833.2
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102943839A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 陳學東;李子龍;吳文江;徐振高
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于精密定位隔振領域，具體涉及一種精密定位隔振平臺。它的主要功能是保證放置在負載平板上的設備具有較高的垂向定位精度，并能有效的隔離地基振動。

背景技術

隨著制造業從精密制造到超精密制造的轉變，以及對測量技術、光學實驗精度的要求不斷提高，支撐平臺的定位精度對設備的整體性能的影響逐漸增大，這就對支撐平臺的定位精度提出了更高的要求。例如，各種顯微鏡的支撐系統、光學成像光刻工件及光學檢測系統的基準平臺、微小機構及零件的裝配平臺等對定位精度有嚴格的限定。

影響定位精度有兩個主要的因素，一個是支撐裝置自身的所能達到的定位精度，二是地面的垂向振動的影響。支撐裝置的結構形式、傳感器性能參數、不同類型的作動器、控制軟硬件系統都會對定位精度造成影響。另一方面，機電系統中不可避免的振動現象對產品制造精度、測量精度的不良影響日益突出。例如，半導體芯片制造的光刻精度已經進入一百納米以下，這就使得環境振動對光刻精度的影響變得十分明顯，微小的振動都會影響到芯片的加工精度，縮短機械設備的使用壽命。再比如，精密光學實驗中，實驗臺微小的振動會導致光路發生變化，使得實驗結果嚴重偏離實際值，造成很大的誤差。在一般所處的環境中存在大量振動源，如機器運轉、車輛行駛、人員走動等引起地面振動，以及空調對流、聲音等都會對實驗臺造成影響。因此為了滿足精密制造、精密測量以及光學實驗等對定位精度的嚴格要求，需要對精密定位隔振平臺作深入的研究。

目前，支撐裝置一般采用滾珠直線導軌、滾珠絲杠等部件，由于是接觸約束副，存在間隙、摩擦等問題，間隙碰撞、非線性摩擦力會大大增加控制難度，影響最終的控制精度。常見的主動作動器有如下幾種，壓電作動器、氣動作動器、液壓作動器、磁致伸縮作動器。壓電作動器存在驅動力、變形量小的缺點，不適合作為大位移的驅動器。氣壓和液壓作動器的缺點是設備龐大，需要額外設備供氣供液，而且有嚴重的延時性，控制精度不高，不適合用作精密的控制場合。磁致伸縮作動器適合高頻，大驅動力的隔振場合，但是其價格非常昂貴。

發明內容

為了克服目前常用的支撐平臺的精度不足問題，本發明提供一種基于音圈電機和柱面氣浮導軌的精密定位隔振平臺，該隔振平臺行程大、響應快、隔振性能好、定位精度高。

本發明提供的一種定位隔振平臺，它包括定位隔振裝置和主動控制器，兩者之間通過電氣連接，主動控制器對定位隔振裝置進行位置控制和振動控制。

作為上述技術方案的改進，所述定位隔振裝置包括三個結構相同的支撐腿，以及三個速度傳感器，三個支撐腿分別位于負載平板的三個角并共同對其進行支撐，三個速度傳感器安裝在負載平板對應三個支撐腿的位置，用于檢測負載平板的三個角處垂向的絕對速度。

作為上述技術方案的進一步改進，每個所述支撐腿均包括音圈電機、氣浮導軌、螺旋彈簧、柔性塊和位移傳感器；音圈電機定子與基板相連，音圈電機動子與U型連接架相連；腳墊座固定在基座上，腳墊螺釘的一端通過螺紋與腳墊座連接，氣浮導軌由氣浮導軌外部套筒和氣浮圓柱組成，氣浮圓柱位于氣浮導軌外部套筒內部，氣浮圓柱能夠沿著氣浮導軌外部套筒的內壁上下滑動；氣浮導軌外部套筒固定在基座的一個立柱上，螺旋彈簧上端固定在氣浮圓柱的下端，另一端與螺旋彈簧夾持板連接；螺旋彈簧夾持板由腳墊螺釘支撐；連接板一端與氣浮圓柱的上端相連，連接板另一端與U型連接架相連；柔性塊固定在連接板的中間位置；位移傳感器通過位移傳感器安裝板固定在基座的另一個立柱上；位移傳感器探測頭正好位于連接板固定柔性塊位置的下方，用于檢測柔性塊處的垂向位移；柔性塊與負載平板固定，對負載平板進行支撐，速度傳感器固定在支撐腿上方的負載平板上，用于檢測負載平板此處的速度信號；限位螺釘的一端通過螺紋連接在音圈電機定子上，其另一端位于負載平板的沉頭孔中，但未與負載平板相接觸。

作為上述技術方案的另一進一步改進，所述柔性塊為水平方向上十字交叉的柔性鉸鏈組成。

作為上述技術方案的更進一步改進，主動控制器由上位控制機和下位執行器組成，兩者之間通過總線連接通信，下位執行器用于采集定位隔振裝置的位移信號和速度信號，并傳送給上位控制機，上位控制機對位移信號和速度信號分別作差值運算和PID處理，得到控制指令，定位隔振裝置根據控制指令進行位置控制和振動控制。

作為上述技術方案的再進一步改進，下位執行器包括數據采集卡、信號調理卡和音圈電機驅動器；數據采集卡的A/D采集通道與信號調理卡相連；數據采集卡的D/A通道與音圈電機驅動器相連；信號調理卡與三個位移傳感器、三個速度傳感器相連；音圈電機驅動器與三個音圈電機動子相連。