[發明專利]基于氣浮零位基準和激光自準直測量的空氣彈簧隔振平臺

有效

• 申請號: 201210571936.0
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103062582A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 趙勃;譚久彬;王雷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16M11/04
• 分類號: F16M11/04;F16M11/18;F16F15/023;F16F15/02
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技術領域

本發明屬于超精密測量與超精密加工裝備，主要涉及一種基于氣浮零位基準和激光自準直測量的空氣彈簧隔振平臺。

背景技術

在超精密計量測試和超精密加工領域中，具有高質量水平姿態的平臺是進行精密測量和大規模集成電路制造的基本保證。高質量水平姿態空氣彈簧隔振平臺的應用十分廣泛。在生物科學、電子光學、精密機械加工、理化試驗及其研究相關的工廠中，平臺的水平姿態控制會影響到機器設備的測量實驗結果和儀表器械的使用性能，并且會直接影響空氣彈簧隔振平臺對振動的抑制性能。隨著超精密測量儀器和超精密加工制造設備的精度等級的提高，環境振動對儀器設備的影響越來越大。空氣彈簧隔振平臺作為新興的隔振設備也隨著精密儀器制造業的發展而發展。而空氣彈簧隔振平臺的水平姿態則直接影響到其上面所放儀器和裝備的精度，因此空氣彈簧隔振平臺姿態的穩定在精密儀器制造和科研中顯得格外重要。特別是對于我國科研單位和企業，隨著超大規模集成電路制造業的高速發展以及對測量精度和測量穩定性要求的不斷提高，作為基礎的隔振平臺的穩定性也受到了更加嚴峻的考驗。

隨著超精密儀器及系統對工作環境要求的提高，傳統的被動隔振方式受隔振器材料特性、結構剛度等因素制約，已無法滿足對低頻信號的隔振要求。針對這一問題，研究人員將主動隔振技術與被動隔振器相結合，達到提升低頻隔振性能的目的(Vibration?Isolation?Apparatus?For?Stage.美國專利公開號US006327024B1)。該方法將一個或多個振動阻尼器安裝在工作臺與基座之間，阻尼器件具有一個電執行器，執行器對一個位置傳感器的信號進行響應，起到主動隔振作用，提升了其低頻隔振性能。該方法存在的問題在于：1)工作臺不具備姿態調整功能；2)位置傳感器反饋信號為相對量，沒有絕對零位基準，無法對工作臺位置精確定位。

為了實現隔振臺臺體姿態調整功能，中國計量學院提出了一種隔振平臺氣動姿態調整方案(隔振地基精密調平系統。專利公開號：CN?101353897A)。該方案采用兩級隔振平臺，精密光學隔振平臺放置于隔振地基上，通過測量隔振平臺與水平面的夾角，對空氣彈簧進行充放氣控制，達到調整隔振平臺姿態的目的。該方案存在的問題在于：1)已公開技術方案中，隔振平臺無法實現精確定位；2)通過對空氣彈簧充放氣調整隔振平臺姿態，系統響應速度慢。

中船第九設計研究院工程有限公司提出一種隔微振基礎(多臺精密儀器集中布置的防微振基礎。專利公開號：CN?200920078087.9)。該方案設計了上下兩層獨立的隔振臺，上層采用T型截面隔振座，隔振座由隔振元件支撐在下層砼梁上，該結構能夠降低隔振系統質心，提高了隔振效率。該方案的問題在于，僅采用被動隔振方式，無法隔離低頻振動信號。

重慶師范大學提出一種精密隔振裝置(一種精密隔振裝置。公開號：CN200920207338.9)。該方案采用兩層隔振結構，第一層被動隔振器由空氣彈簧與磁流變體并聯構成，第二層隔振器由空氣彈簧與微作動器并聯構成，兩層結構串聯布置，該方案提高了隔振裝置對低頻信號的隔振性能。該方案的問題在于，隔振平臺不具備姿態調整功能。

現有發明專利存在的共性問題：

1.對隔振平臺的測量均為相對位置，沒有絕對零位基準，因此無法對隔振平臺位置進行精確定位；

2.沒有對隔振平臺的姿態高精度控制方案，因此隔振平臺無法獲得高水平隔振性能。

空氣彈簧隔振平臺臺體水平姿態的檢測方案有多種，精確定位的方法主要是通過建立直角坐標系來檢測水平姿態，測量臺體各自由度位移變化。空氣彈簧隔振平臺臺體的位移測量需采用光學非接觸式測量方法，否則傳感器將會給隔振系統附加剛度和阻尼，破壞空氣彈簧隔振平臺固有頻率，降低隔振性能。傳統非接觸式光學測量位移的方法種類有基于CCD圖像檢測、基于激光的鑒頻和鑒幅測量等。由于平臺臺體是六個自由度上的位移變化，各自由度之間相互干涉，基于圖像的測量方法無法實現；而基于激光檢測的方法又受激光自身漂移的影響很難實現高精度的測量。但是，對空氣彈簧隔振平臺隔振性能要求的不斷提高，對臺體姿態位移的控制精度要求達到微米量級，而且平臺均是大或超大臺體情況下。所以具有位移控制精度高、隔振性能優異、達到VC-F級別以上的大型或超大型空氣彈簧隔振平臺是目前國內外超精密測量和加工制造設備迫切需求的隔/減振設備。

發明內容

本發明的目的就是針對上述現有技術存在的問題，結合實際需求，設計提供一種基于氣浮零位基準和激光自準直測量的空氣彈簧隔振平臺，達到提高激光束零位基準的穩定性、實現參考光束校準、提高平臺隔振性能的目的。