[发明专利]气动作动器、气动主动隔振单元及主动隔振系统

说明书

本发明公开了一种用于主动隔振的气动作动器、气动主动隔振单元及主动隔振系统，其中，气动作动器能发挥被动隔振和主动隔振作用；气动作动器包括气源、伺服阀和两个空气弹簧；气源与伺服阀相连，伺服阀与两个空气弹簧相连，伺服阀用于对各个空气弹簧内的气压和力分别独立控制；气动作动器发挥被动隔振作用时，单个空气弹簧的刚度为本发明的气动作动器能够同时实现被动隔振和主动隔振功能，能够对负载实现垂直隔振和水平隔振，主动隔振控制灵敏，控制精确度高。

技术领域

本发明涉及主动隔振技术领域，尤其是涉及一种用于主动隔振的气动作动器、气动主动隔振单元及主动隔振系统。

背景技术

光刻机是芯片制造领域的重要装备，由于其套刻精度达纳米级，其对微振动隔离有严格的要求，基座的微振动、操作者的直接扰动、设备自身运动产生的惯性力扰动，会影响光刻机的套刻精度。主动隔振技术是光刻机的关键技术之一，通过主动隔振可以有效隔离和抑制光刻机的振动，为光刻机工作提供环境保障。主动隔振技术在传统的被动隔振基础上引入了作动器、测量系统、控制系统，被动隔振技术对于隔离和抑制高频振动的效果较好，主动隔振的作动器、测量系统、控制系统协同工作，作为隔振系统的重要补充，进一步提升隔振性能，特别是低频隔振性能。

在现有的主动隔振系统中，作动器均只发挥了提供主动控制力的作用，除作动器外必须安装弹簧、阻尼器等传统被动隔振元件，这使得现有主动隔振器结构复杂，性能上限也受到传统被动隔振元件性能的限制。且现有的主动隔振方案中没有详细给出作动器的性能分析，以及由多传感器、多作动器协同工作实现六自由度隔振的详细方案。因此，提出一种能够同时实现被动隔振和主动隔振功能的作动器，并给出详细的六自由度主动隔振方法非常重要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于主动隔振的气动作动器，能够同时实现被动隔振和主动隔振功能，能够对负载实现垂直隔振和水平隔振，主动隔振控制灵敏，控制精确度高。

本发明第一方面实施例的用于主动隔振的气动作动器，所述气动作动器能发挥被动隔振和主动隔振作用；所述气动作动器包括气源、伺服阀和两个空气弹簧；所述气源与所述伺服阀相连，所述伺服阀与两个所述空气弹簧相连，所述伺服阀用于对各个所述空气弹簧内的气压和力分别独立控制；两个所述空气弹簧均为膜式空气弹簧，其中一个为垂直空气弹簧，另一个为水平空气弹簧；

所述气动作动器发挥被动隔振作用时，通过假设单个所述空气弹簧为封闭系统，没有气体流入流出，则此时单个所述空气弹簧施加的力为：

f_a＝p_aA_e(1)；

其中p_a为单个所述空气弹簧内的实际压强，A_e是活塞的有效面积；

当负载偏离平衡位置的位移为x_r时，由于单个所述空气弹簧内气体体积变化、压强变化引起的力变化为：

其中V_a是单个所述空气弹簧腔室的体积，κ是空气的比热容比；

取平衡状态量代替变化的状态量，表示出单个所述空气弹簧的刚度k₀，最终获得刚度k₀的表达式为：

根据本发明第一方面实施例的用于主动隔振的气动作动器，通过伺服阀对垂直空气弹簧和水平空气弹簧独立控制，无需再额外连接其它被动隔振单元，能够对负载同时发挥被动隔振和主动隔振的作用，能够对负载实现垂直隔振和水平隔振，主动隔振控制灵敏，控制精确度高。此外，本发明第一方面实施例的用于主动隔振的气动作动器1结构简单。