[發(fā)明專(zhuān)利]基于氣浮零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的氣磁隔振平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210574058.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103064431A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚久彬;聞榮偉;王雷;趙勃
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D3/12
• 分類(lèi)號(hào): G05D3/12;F16F15/02;F16F15/023;G01B11/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超精密測(cè)量與超精密加工裝備，主要涉及一種基于氣浮零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的氣磁隔振平臺(tái)。

背景技術(shù)

在超精密計(jì)量測(cè)試和超精密加工領(lǐng)域中，具有高質(zhì)量水平姿態(tài)的平臺(tái)是進(jìn)行精密測(cè)量和大規(guī)模集成電路制造的基本保證。高質(zhì)量水平姿態(tài)氣磁隔振平臺(tái)的應(yīng)用十分廣泛。在生物科學(xué)、電子光學(xué)、精密機(jī)械加工、理化試驗(yàn)及其研究相關(guān)的工廠中，平臺(tái)的水平姿態(tài)控制會(huì)影響到機(jī)器設(shè)備的測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果和儀表器械的使用性能，并且會(huì)直接影響氣磁隔振平臺(tái)對(duì)振動(dòng)的抑制性能。隨著超精密測(cè)量?jī)x器和超精密加工制造設(shè)備的精度等級(jí)的提高，環(huán)境振動(dòng)對(duì)儀器設(shè)備的影響越來(lái)越大。氣磁隔振平臺(tái)作為新興的隔振設(shè)備也隨著精密儀器制造業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。而氣磁隔振平臺(tái)的水平姿態(tài)則直接影響到其上面所放儀器和裝備的精度，因此氣磁隔振平臺(tái)姿態(tài)的穩(wěn)定在精密儀器制造和科研中顯得格外重要。特別是對(duì)于我國(guó)科研單位和企業(yè)，隨著超大規(guī)模集成電路制造業(yè)的高速發(fā)展以及對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性要求的不斷提高，作為基礎(chǔ)的隔振平臺(tái)的穩(wěn)定性也受到了更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

隨著超精密儀器及系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境要求的提高，傳統(tǒng)的被動(dòng)隔振方式受隔振器材料特性、結(jié)構(gòu)剛度等因素制約，已無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)低頻信號(hào)的隔振要求。針對(duì)這一問(wèn)題，研究人員將主動(dòng)隔振技術(shù)與被動(dòng)隔振器相結(jié)合，達(dá)到提升低頻隔振性能的目的(Vibration?Isolation?Apparatus?For?Stage.美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)US006327024B1)。該方法將一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼器安裝在工作臺(tái)與基座之間，阻尼器件具有一個(gè)電執(zhí)行器，執(zhí)行器對(duì)一個(gè)位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，起到主動(dòng)隔振作用，提升了其低頻隔振性能。該方法存在的問(wèn)題在于：1)工作臺(tái)不具備姿態(tài)調(diào)整功能；2)位置傳感器反饋信號(hào)為相對(duì)量，沒(méi)有絕對(duì)零位基準(zhǔn)，無(wú)法對(duì)工作臺(tái)位置精確定位。

為了實(shí)現(xiàn)隔振臺(tái)臺(tái)體姿態(tài)調(diào)整功能，中國(guó)計(jì)量學(xué)院提出了一種隔振平臺(tái)氣動(dòng)姿態(tài)調(diào)整方案(隔振地基精密調(diào)平系統(tǒng)。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)：CN?101353897A)。該方案采用兩級(jí)隔振平臺(tái)，精密光學(xué)隔振平臺(tái)放置于隔振地基上，通過(guò)測(cè)量隔振平臺(tái)與水平面的夾角，對(duì)空氣彈簧進(jìn)行充放氣控制，達(dá)到調(diào)整隔振平臺(tái)姿態(tài)的目的。該方案存在的問(wèn)題在于：1)已公開(kāi)技術(shù)方案中，隔振平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位；2)通過(guò)對(duì)空氣彈簧充放氣調(diào)整隔振平臺(tái)姿態(tài)，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。

中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司提出一種隔微振基礎(chǔ)(多臺(tái)精密儀器集中布置的防微振基礎(chǔ)。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)：CN?200920078087.9)。該方案設(shè)計(jì)了上下兩層獨(dú)立的隔振臺(tái)，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(jié)構(gòu)能夠降低隔振系統(tǒng)質(zhì)心，提高了隔振效率。該方案的問(wèn)題在于，僅采用被動(dòng)隔振方式，無(wú)法隔離低頻振動(dòng)信號(hào)。

重慶師范大學(xué)提出一種精密隔振裝置(一種精密隔振裝置。公開(kāi)號(hào)：CN200920207338.9)。該方案采用兩層隔振結(jié)構(gòu)，第一層被動(dòng)隔振器由空氣彈簧與磁流變體并聯(lián)構(gòu)成，第二層隔振器由空氣彈簧與微作動(dòng)器并聯(lián)構(gòu)成，兩層結(jié)構(gòu)串聯(lián)布置，該方案提高了隔振裝置對(duì)低頻信號(hào)的隔振性能。該方案的問(wèn)題在于，隔振平臺(tái)不具備姿態(tài)調(diào)整功能。

現(xiàn)有發(fā)明專(zhuān)利存在的共性問(wèn)題：

1.對(duì)隔振平臺(tái)的測(cè)量均為相對(duì)位置，沒(méi)有絕對(duì)零位基準(zhǔn)，因此無(wú)法對(duì)隔振平臺(tái)位置進(jìn)行精確定位；

2.沒(méi)有對(duì)隔振平臺(tái)的姿態(tài)高精度控制方案，因此隔振平臺(tái)無(wú)法獲得高水平隔振性能。

氣磁隔振平臺(tái)臺(tái)體水平姿態(tài)的檢測(cè)方案有多種，精確定位的方法主要是通過(guò)建立直角坐標(biāo)系來(lái)檢測(cè)水平姿態(tài)，測(cè)量臺(tái)體各自由度位移變化。氣磁隔振平臺(tái)臺(tái)體的位移測(cè)量需采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方法，否則傳感器將會(huì)給隔振系統(tǒng)附加剛度和阻尼，破壞氣磁隔振平臺(tái)固有頻率，降低隔振性能。傳統(tǒng)非接觸式光學(xué)測(cè)量位移的方法種類(lèi)有基于CCD圖像檢測(cè)、基于激光的鑒頻和鑒幅測(cè)量等。由于平臺(tái)臺(tái)體是六個(gè)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(cè)量方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而基于激光檢測(cè)的方法又受激光自身漂移的影響很難實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。但是，對(duì)氣磁隔振平臺(tái)隔振性能要求的不斷提高，對(duì)臺(tái)體姿態(tài)位移的控制精度要求達(dá)到微米量級(jí)，而且平臺(tái)均是大或超大臺(tái)體情況下。所以具有位移控制精度高、隔振性能優(yōu)異、達(dá)到VC-F級(jí)別以上的大型或超大型氣磁隔振平臺(tái)是目前國(guó)內(nèi)外超精密測(cè)量和加工制造設(shè)備迫切需求的隔/減振設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際需求，設(shè)計(jì)提供一種基于氣浮零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的氣磁隔振平臺(tái)，達(dá)到提高激光束零位基準(zhǔn)的穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)參考光束校準(zhǔn)、提高平臺(tái)隔振性能的目的。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：