[發(fā)明專利]基于方箱的超精密X-Y氣浮平面定位平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811020124.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN108890324B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧志偉;張君安;劉波;黃鵬;董皓;方舟;李博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q1/62
• 分類號(hào): B23Q1/62;B23Q1/38
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明涉及基于方箱的超精密X?Y氣浮平面定位平臺(tái)，在花崗石支承平臺(tái)上設(shè)置有超精密花崗石基準(zhǔn)方箱、X向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件和Y向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件，超精密花崗石基準(zhǔn)方箱為矩形框架結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在Y向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件內(nèi)可實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)方箱的Y向運(yùn)動(dòng)，在基準(zhǔn)方箱的外部套設(shè)所述X向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件，X向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件為矩形框架結(jié)構(gòu)，基準(zhǔn)方箱與X向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件之間的四個(gè)接觸面均設(shè)有氣浮結(jié)構(gòu)薄膜，X向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件的上端面設(shè)有X向驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)組件和X向檢測(cè)定光柵組件，X向運(yùn)動(dòng)氣浮導(dǎo)軌部件可在基準(zhǔn)方箱上X向氣浮運(yùn)動(dòng)。將二維氣浮運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)的定位精度從微米向亞微米及甚至納米級(jí)方向趨近。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于方箱的超精密X-Y氣浮平面定位平臺(tái)。

背景技術(shù)

近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)精密及超精密加工和測(cè)量設(shè)備需求量逐漸增加,精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及平臺(tái)在光刻技術(shù)、超精密加工、生物檢測(cè)技術(shù)、納米表面形貌測(cè)量等領(lǐng)域具有了廣泛的應(yīng)用。精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)加工或檢測(cè)對(duì)象的精密運(yùn)動(dòng)和精確控制，是各種領(lǐng)域中精密加工和精密檢測(cè)設(shè)備中的重要部件之一，包括光刻機(jī)、超精密數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等。隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)及生物工程等新興科技領(lǐng)域的發(fā)展，加工和檢測(cè)對(duì)象的特征尺寸逐步從毫米發(fā)展到微米、亞微米，目前已經(jīng)達(dá)到納米水平并向亞納米發(fā)展，對(duì)精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和平臺(tái)提出了高精度、高分辨率、低振動(dòng)、低污染等方面更為嚴(yán)格的要求。對(duì)精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和平臺(tái)中機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)、控制、檢測(cè)定位以及制造等多方面的關(guān)鍵技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。

超精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)超精密加工的首要基礎(chǔ)條件,而導(dǎo)軌部件和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件是超精密機(jī)床和測(cè)量設(shè)備中的關(guān)鍵部件。隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)及生物工程等新興科技領(lǐng)域的發(fā)展，加工和檢測(cè)對(duì)象的特征尺寸逐步從毫米發(fā)展到微米、亞微米，目前已經(jīng)達(dá)到納米水平并向亞納米發(fā)展，對(duì)精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和平臺(tái)提出了高精度、高分辨率、低振動(dòng)、低污染等方面更為嚴(yán)格的要求。對(duì)精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和平臺(tái)中機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)、控制、檢測(cè)定位以及制造等多方面的關(guān)鍵技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)外工業(yè)界與學(xué)術(shù)界大量的研究人員不斷研究和提升無摩擦支撐技術(shù)和無摩擦直接驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)，提高精密和超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。因此研制新型高速精密驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。直線電機(jī)的出現(xiàn)解決傳統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的不足，使得直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)在精密制造業(yè)和測(cè)量行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。

由于空氣靜壓導(dǎo)軌具有粘性低、振動(dòng)小、熱穩(wěn)定性好及無污染等優(yōu)點(diǎn),超精密加工和測(cè)量等精密機(jī)械越來越多采用空氣靜壓導(dǎo)軌；空氣靜壓導(dǎo)軌的定位、運(yùn)動(dòng)精度可以達(dá)到亞微米級(jí)甚至納米級(jí),因此空氣靜壓導(dǎo)軌在超精密加工領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。盡管與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，氣浮支承顯著改善了超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)力學(xué)性能，但氣浮支承內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)引起流場(chǎng)的振動(dòng)仍然不容忽視。微振動(dòng)的振動(dòng)幅度較小，一般在幾納米至幾百納米之間；氣錘振動(dòng)即氣錘的振幅大，它破壞了氣浮支承的穩(wěn)定性,使得氣膜潤(rùn)滑層失效。隨著氣浮運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的定位精度向納米甚至亞納米量級(jí)提升，即使是氣浮支承的微振動(dòng)也將成為制約超精密運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌性能的關(guān)鍵因素，引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。在追求高速、高精度的情況下，對(duì)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推動(dòng)力的穩(wěn)定性和氣浮靜壓導(dǎo)軌的氣膜的穩(wěn)定性也提出了較高要求，微小的擾動(dòng)都會(huì)影響到整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的精度；因此，亟需研制一款超精密的X-Y方向定位平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)針對(duì)當(dāng)前精密測(cè)試和加工領(lǐng)域?qū)Ω咚佟⒏呒铀衮?qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)和高精密的定位、運(yùn)動(dòng)的要求，提供一種基于方箱的超精密X-Y氣浮平面定位平臺(tái)，解決現(xiàn)有技術(shù)中定位平臺(tái)定位不準(zhǔn)確，定位誤差大的缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下: