[实用新型]一种精密运动平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种精密运动控制装置，尤其涉及一种可精确控制平面运动的气浮磁控精密运动平台。

背景技术

随着科学技术和工业技术的不断发展，人类的创造力也不断在向微观世界发展。随着现今微加工工艺发展，使得我们周边越来越多笨重的机器被小巧而方便的装置所代替。然而在微加工工艺中随着制作器件的尺寸越来越小，精密定位操作系统显得越来越重要。例如在IC芯片光刻、微型机械制造、精密测量等方面，精密运动控制装置的地位显得尤为突出。因此，对它的研究越来越受到国内外研究者的青睐。

传统的运动平台采用层叠式导轨结构，定子与动子之间通过机械轴承连接，因此动子运动过程中存在机械摩擦。机械摩擦不仅增加动子的摩擦阻力，使运动部件产生磨损，产生机械振动和噪声，限制了平台运动精度。另外，运动精度受支撑面的影响，对支撑面的精度要求很高，这样也无形增加了平台制作成本。同时，导轨驱动的刚度、稳定性、动力学特性都影像着平台的工作特性。因此，传统的运动平台越来越不满足纳米级别的超精密定位和加工的要求。

对于超精密定位平台技术，国内外相关的研究机构和商业公司都展开了广泛的探索和研究，并开发出了一些具有前沿性的技术产品和商业产品。

在国内的研究中，实用新型专利CN01202334.5公开了用于平面被精密定位的微细操作平台。该操作平台由运动平台、垫块、下平台、压电陶瓷致动器等组成。由于采用了压电陶瓷微驱动器，保证了该平台具有较高的运动精度，同时由于各转动副均采用了柔性铰链，保证了运动传递的连续性、无滞后、无摩擦、免润滑、没有机械损耗和机构紧凑的特点。但是上述平台无法实现在大行程和高速度应用场合下大道微米/纳米定位精度。

发明专利CN200410026370.9公开了一种磁悬浮磁驱动的运动定位装置，由于采用永磁体和多层通电直流线圈之间排斥原理将动子平台悬浮起来，运动方向没有机械障碍，没有摩擦。但是其磁浮产生的磁滞效应会进一步影响平台的运动精度，较难蛮子超密定位和运动要求，磁悬浮线圈产生的热也会进一步影响平台的动力学性质和定位精度。

国外的相关专利有荷兰ASML申请的美国专利us6054784；美国麻省理工学院申请的美国专利us6003200；Nikon申请的美国专利us6750625。

美国专利us6054784以微动平台的几何中心为中心，在圆周方向呈120度等间隔分布的三组直线电机，三组直线电机的永磁体定子作为一体安装在微动动子平台底部，三组直线电机的动子线圈分别固定连接在微动台的定子底座上。微动平台与其底座间靠电磁力作用，无直接的机械接触。通过相互间的电磁力作用，实现微动平台在x-y平面上对三个自由度(x，y和R_z)的微调节。这种平台主要用于微定位，运动行程小。

美国专利us6003200提出了另一种磁浮磁驱动的高精密运动平台。它是将线圈固定在定子平台上，定子磁极安装在动子平台上。该平台可以实现6个方向的微调，具有精度高，响应速度快，并具有一定的运动行程。但这种平台功效比较低，发热量大，长时间工作会影响平台的工作性能。

美国专利us6750625专利，其结构是将曝光台固定在带气浮导轨的框架上，并在气浮导轨的框架上安装上线圈，通过与台下面的磁铁发生作用，从而达到驱动框架，带动曝光台运动的功能。其缺点是驱动的质量过大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气浮磁控精度运动平台，可有效解决传统运动平台机械摩擦引起的问题，以及其他平台发热量大问题，实现x，y，R_z三个自由度的平面精密运动和定位和多工位的大行程精密运动。

为了达到上述的目的，本实用新型的气浮磁控精密运动平台，它包括动子平台，定子平台，动子推力线圈和定子永磁铁阵列，x-y向反射镜，x-y向反射镜位于动子平台顶部的两侧，动子平台底部边缘分布有气浮孔，动子平台底部中心分布有真空腔，动子推力线圈位于动子平台底部内侧，定子永磁铁阵列固定于定子平台，整个动子平台悬浮于定子平台上，动子推力线圈排列方式与定子永磁体阵列相匹配。

气浮磁控精密运动平台的动子平台为一个，定子平台也为一个，并与动子平台相匹配。

动子平台底部边缘为圆形，底部内侧分布有三组等圆周分布的动子推力线圈。与动子平台相对应的定子平台的永磁铁阵列也呈等圆周分布。