[发明专利]一种六自由度磁悬浮工件台

说明书

技术领域

本发明设计一种半导体制造过程中使用的六自由度磁悬浮工件台。

背景技术

在传统工件台中，实现运动平台的平面运动并同时进行360°旋转采用的是串联结构，即由两个或多个直线电机进行结构叠加实现运动平台的平面运动，在直线堆叠成的平面运动结构上再串联直驱电机，直驱电机可进行360°旋转，从而实现在运动平台平面运动的同时进行旋转运动。但这种结构比较复杂，占地空间大，在结构堆叠过程中出现传递误差，工件台精度较难提高。

发明内容

本发明提供一种六自由度磁悬浮工件台，可以同时进行360°旋转和大范围平面运动，目的在于减小工件台占地空间，减少传递误差，提高运动精度。

本发明的技术方案如下：

一种六自由度磁悬浮工件台，其特征在于：该工件台包括一个底座，一个旋转驱动装置，一个平面运动装置，角度测量装置和位移测量装置；旋转驱动装置包括旋转驱动装置环形线圈阵列定子和旋转驱动装置环形永磁阵列动子；平面运动装置包括平面运动装置线圈阵列定子、平面运动装置永磁阵列动子和直线电机；旋转驱动装置环形线圈阵列定子固定在底座上，旋转驱动装置环形永磁阵列动子同轴悬空于旋转驱动装置环形线圈阵列定子之上；平面运动装置线圈阵列定子和旋转驱动装置环形永磁阵列动子进行轴连接，平面运动装置永磁阵列动子在磁浮作用下悬空于平面运动装置线圈阵列定子之上；角度测量装置位于旋转驱动装置环形永磁阵列动子之上；位移测量装置PSD组件包括接收装置和发射装置，其中接收装置对称固定在平面运动装置线圈阵列定子四周的直线电机上，发射装置对称固定在平面运动装置永磁阵列动子的四周。

当平面运动装置线圈阵列定子通电时，平面运动装置线圈阵列定子与平面运动装置永磁阵列动子间产生洛伦兹力，使得平面运动装置永磁阵列动子产生沿X轴、Y轴、Z轴方向的推力；水平方向沿x、y方向的推力实现平面运动装置永磁阵列动子在XY平面上的平面运动及绕Z轴的小角度转动，沿Z轴方向的推力实现平面运动装置永磁阵列动子的悬浮，并通过沿Z轴方向推力之间的差分使平面运动装置永磁阵列动子绕X轴与Y轴小角度转动，因此实现平面运动装置永磁阵列动子的六自由度运动；旋转驱动装置环形线圈阵列定子与旋转驱动装置环形永磁阵列动子之间由于洛仑兹力产生扭矩，使旋转驱动装置环形永磁阵列动子实现360°转动，同时带动平面运动装置线圈阵列定子进行360°转动，使得平面运动装置永磁阵列动子在洛仑兹力及力矩的作用下绕Z轴进行360°旋转。

本发明的技术特征还在于：旋转驱动装置中，所述的旋转驱动装置环形永磁阵列动子的永磁体和旋转驱动装置环形线圈阵列定子的线圈均采用矩形、扇形或梯形；平面运动装置中，所述的平面运动装置线圈阵列定子采用叠层形式，相邻两层线圈阵列排列方向相互垂直。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

运动平台在大范围平面运动的平时可绕Z轴进行360°大范围运动；结构简单，不冗余，同等条件下占地面积小；与传统结构相比，减少传递误差；由于采用的磁悬浮技术，通过有效控制，可以达到较高的精度，甚至可以实现纳米级精度。

附图说明

图1是本发明提供的六自由度磁悬浮工件台装置的轴测图。

图2是本发明的平面运动装置永磁阵列动子俯视图。

图3是本发明的平面运动装置线圈阵列定子轴测图。

图4是本发明的平面运动装置及位移测量装置主视图。

图5是本发明的平面运动装置永磁阵列动子受力分析图。

图6是本发明的平面运动装置单个永磁阵列受力分析图。

其中：100-平面运动装置永磁阵列动子；101-第一永磁阵列；102-第二永磁阵列；103-第三永磁阵列；104-第四永磁阵列；200-平面运动装置线圈阵列定子；201-第一层线圈阵列，202-第二层线圈阵列；300-旋转驱动装置环形永磁阵列动子；400-旋转驱动装置环形线圈阵列定子；500-角度测量装置；600-直线电机；601-第一直线电机；602-第二直线电机；603-第三直线电机；604-第四直线电机；700-位移测量装置PSD组件；701-第一PSD接受装置；702-第二PSD接受装置；703-第三PSD接受装置；704-第四PSD接受装置；705-第一PSD发射装置；706-第二PSD发射装置；707-第三PSD发射装置；708-第四PSD发射装置；800-底座。

具体实施方式