[发明专利]一种六自由度主动隔振装置

说明书

技术领域

本发明属于超精密减振技术领域，具体涉及一种六自由度主动隔振装置。本发明所涉及的六自由度主动隔振装置具有隔振和定位功能，能够用于光刻机、精密机床、精密测量设备和航空航天精密仪器等高精度设备的隔振。

背景技术

随着科学技术的不断发展，以IC制造装备、高分辨率电子显微镜、表面粗糙度测试仪和精密光学设备等为代表的精密制造设备、精密测量设备得到了越来越广泛的应用，其对精度的要求越来越高。作为实现高精度的重要基础设备，隔振装置能隔离地基和环境振动对精密设备的影响，给振动敏感的设备提供“安静”的工作环境，保证精密设备的正常运行。

中国专利文献CN101382178(公开号)公开了一种主动减振隔振装置及主动减振隔振系统，该专利文献采用三个或多个主动减振隔振装置构成减振系统支撑负载，实现负载的六自由度减振与隔振，该技术的主要问题是减振系统由多个减振装置组成，体积庞大、成本高。

中国专利文献CN101398052(公开号)公开了一种重载精密减振器及其构成的减振系统，该专利文献采用空气弹簧作为垂向被动隔振部件，倒立摆作为水平向被动隔振部件，直线电机作为主动执行器，该专利的主要问题是，在水平方向上只有直线电机输出主动控制力，因此在水平方向上的主动力较小，限制了减振系统在水平方向上的隔振和定位功能。

美国专利US5844664(公开号)公开了一种减振系统，该减振系统由多个减振器组成，每个减振器由空气弹簧和直线电机组合构成，该专利文献的主要问题是，一个减振系统由多个减振器构成，体积庞大，无法应用于航空等空间受限制的情况下，其成本也较大。

德国比尔茨公司(http://www.bilz.ag/en)公开的产品AIS减振系统采用的是全空气弹簧隔振，其采用三个或三个以上的减振器组成一个减振系统，单个减振器中包含有一个垂向空气弹簧和4个水平向空气弹簧，一套系统至少包含15个空气弹簧，该方案能提供较大的水平向出力，但其结构复杂，成本较高。

总之上述公开文献对于隔振有作用，但体积较大，不方便使用。

发明内容

本发明提供了一种六自由度主动隔振装置，该隔振装置能在六自由度上实现对低频扰动的有效抑制和高频振动的隔离，而且具有六自由度精密定位功能。

本发明提供的一种六自由度主动隔振装置，其特征在于，该装置包括下平台、上平台和六条支腿；六条支腿分别通过固定块与上平台及下平台连接，构成史都华并联机构；在下平台上的三个固定块的位置形成等边三角形，在上平台上的三个固定块的位置也形成等边三角形，六条支腿结构相同，相邻的两支腿互相垂直；各支腿均包括主动执行器和空气弹簧，主动执行器与空气弹簧形成并联结构，其中空气弹簧作为被动隔振部件。

作为上述技术方案的改进，所述支腿包括下柔性块、空气弹簧壳体、进气孔、密封膜、活塞体、压环、柔性圆片、负载连接板、非接触式位移传感器、主动执行器、速度传感器和上柔性块；下柔性块位于支腿下部，空气弹簧壳体底部与下柔性块连接，空气弹簧壳体开有进气孔；压环将密封膜压紧在空气弹簧壳体上表面上，密封膜内圈与活塞体连接；由空气弹簧壳体、密封膜、活塞体、压环及进气孔共同构成一个空气弹簧；柔性圆片外圆部分与压环连接，其中心部分与活塞体连接，活塞体的运动方向只能为支腿的长度方向；负载连接板下部与活塞体上部连接，负载连接板的上部与上柔性块连接；非接触式位移传感器固定于压环上，检测负载连接板的位移变化；速度传感器固定于负载连接板上；主动执行器两端分别与负载连接板和压环固定连接。

本发明采用空气弹簧作为隔振装置的被动隔振部件，由于气体的可压缩性，空气弹簧具有低刚度的优点，能对高于空气弹簧频率的振动进行有效的衰减。空气弹簧体积越大，因振动引起的体积和压力的相对变化越小，可以实现的刚度就越低，隔振效果越好。将空气弹簧尽可能的布置到整个支腿空间中以扩大空气弹簧的体积，使隔振装置具有较低的固有频率。

本发明采用空气弹簧提供承载和低频被动隔振功能，六条支腿与上、下平台组成Stewart(史都华)并联机构，隔振装置能够在六个自由度上实现隔振和定位的功能。

具体而言，本发明具有以下的技术效果：

1)采用主动和被动隔振组合方式，可实现超低频的固有频率，能对超过固有频率的振动进行有效的隔离；

2)采用主动执行器与被动隔振部件并联的方式，实现精密定位的功能；