[实用新型]一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置

说明书

本实用新型公开一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置，其包括工作台和定子，其中定子设计有一个工作区域并且定子包括磁体块系统，工作台沿第三方向(Z)可移动地与定子邻接配置，工作台包括电机线圈系统，电机线圈系统与磁体块系统作用，使工作台在工作区范围内产生六个自由度的位移，还包括多个长距离无接触位移传感器和多个短距离无接触位移传感器，长距离无接触位移传感器安装在定子上，通过多个长距离无接触位移传感器的反馈信号得出工作台沿第一方向(X)和第二方向(Y)平动以及绕第三方向(Z)转动的三个自由度运动的位移，短距离无接触位移传感器沿第三方向(Z)安装在工作台上，指向定子，用于测量工作台和定子的间距。

技术领域

本实用新型涉及精密运动系统领域，尤其涉及一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置。

背景技术

很多行业应用需要至少在两个彼此大致正交的方向上准确地定位对象。以半导体行业为例，集成电路制造需要在至少两个方向准确地定位对象(例如芯片或标线)，以进行光刻、检验、切割、封装等。传统技术分为多级，其中每一级只能引起单自由度运动，以产生多自由度组合运动。例如，已知的“H桥”设计包括X级和Y级，其中，X级用于引起Y级沿X方向运动，而Y级用于承载对象并引起对象沿Y方向运动。X级和Y级的共同作用能够在整个X－Y平面上定位对象。

近来，引入了位移装置，用于直接引起工作台在至少两个正交的方向运动，例如，X和Y方向。这种装置俗称“平面电机”。就一些平面电机而言，可控制工作台在六个自由度方向上运动。平面电机具有两个部分：定子和工作台。在X方向和Y方向上，定子的尺寸通常大于工作台，便于提供一个工作区域。该两个部分之一包括磁体系统，另一部分则包括电机线圈系统。载流线圈和磁体之间的交互作用可引起工作台相对于定子发生运动。因为这种交互作用为电磁性质，该两个部分不需要任何机械接触，因此消除了干扰力，例如摩擦力。因此，可实现比传统技术更高的定位精度。定位精度是位移装置的关键性能准则。更高的定位精度意味着对象被定位的实际位置(true position) 和基准位置之间的误差更小。由于采用紧凑型设计，工作台的质量比传统技术要低得多。因此，更小的作用力便可实现相同的加速度。与传统技术相比，“平面电机”技术的其他优点为装配更方便、少维修、适用于真空或超洁净度环境。

在本发明人的提交申请的专利1和2中描述的基于平面电机的位移装置，线圈阵列设置在动子上，磁体阵列设置在定子上。动子可以相对于定子做两个自由度(沿X方向平动和沿Y方向平动)的长距离运动和在另外四个自由度(沿Z平动和绕X、Y和Z方向转动)的短距离运动。如果要实现这六个自由度的运动，则需要一种实时的位移测量系统，以向闭环控制提供位移反馈信号。

专利文献1：PCT/EP2016/063454

专利文献2：CN201680039160.4

实用新型内容