用于測量平臺的混合振動隔離系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動阻尼系統(tǒng)的領(lǐng)域，且更特定地說，涉及測量工具中的振動阻尼。
【背景技術(shù)】
[0002]第7，502，103號美國專利(其全文以引用的方式并入本文中)教示通過實施移動配衡質(zhì)量的方法而阻尼臺振動。隨著測量技術(shù)不斷發(fā)展，此方法變得較不符合成本效益且需要增大空間來適應(yīng)移動質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個方面提供一種包括主動振動隔離裝置及被動振動隔離裝置兩者的測量工具。
[0004]本發(fā)明的此類、額外及/或其它方面及/或優(yōu)點是:在下列詳細描述中闡述；可從詳細描述推論；及/或可通過本發(fā)明的實踐而學(xué)習(xí)。
【附圖說明】
[0005]為了更好地理解本發(fā)明的實施例且展示如何實行所述實施例，現(xiàn)在(純粹通過實例的方式)參考附圖，其中類似數(shù)字自始至終指示對應(yīng)元件或區(qū)段。
[0006]在附圖中:
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的測量工具布局的高級示意圖解說明。
[0008]圖2A及2B是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的約束層阻尼系統(tǒng)的高級示意圖解說明。
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的顆粒阻尼器的高級示意圖解說明。
[0010]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的噪聲消除轉(zhuǎn)換器的操作原理的高級示意圖解說明。
[0011]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的圖解說明一種方法的高級流程圖。
【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在詳細地特定參考圖式，應(yīng)強調(diào)展示的特點是通過實例的方式且只為說明性地討論本發(fā)明的優(yōu)選實施例的目的，且為提供據(jù)信為本發(fā)明的原理及概念方面的最有用且最易理解的描述呈現(xiàn)所述特點。就此而言，并不試圖比基本理解本發(fā)明所需要的更詳細地展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細節(jié)，所述描述以及圖式使所屬領(lǐng)域技術(shù)人員明白如何在實踐中體現(xiàn)本發(fā)明的若干形式。
[0013]在詳細解釋本發(fā)明的至少一個實施例之前，應(yīng)理解在本發(fā)明的應(yīng)用中，本發(fā)明并不限制于下列描述中闡述或在圖式中圖解說明的構(gòu)造細節(jié)及組件布置。本發(fā)明可應(yīng)用于其它實施例或以各種方式實踐或?qū)嵭小Ｍ瑯拥?，?yīng)理解本文采用的用語及術(shù)語是為描述目的且不應(yīng)被視為限制。
[0014]本發(fā)明提供測量工具，其包括主動振動隔離裝置及被動振動隔離裝置兩者。測量工具可包括組合在所述測量工具的不同支撐結(jié)構(gòu)中以阻尼及減少廣泛頻率及強度范圍中的振動的被動隔離系統(tǒng)，例如約束層阻尼器、顆粒沖擊阻尼器或液體沖擊阻尼器及/或噪聲消除轉(zhuǎn)換器。可應(yīng)用頻率范圍的頻譜分析及優(yōu)化以根據(jù)提供的原理確定特定工具配置。
[0015]呈現(xiàn)的工具及方法將工具與周圍噪聲及/或振動隔離且減少工具對其周圍的沖擊。隔離系統(tǒng)可經(jīng)設(shè)計及經(jīng)優(yōu)化以將最敏感的設(shè)備(如掃描儀)與測量工具隔離，同時保持測量工具與環(huán)境隔離。本發(fā)明揭示主動振動阻尼機構(gòu)及被動振動阻尼機構(gòu)的優(yōu)化組合，所述機構(gòu)經(jīng)設(shè)計以符合成本效益的方式面臨測量工具中的增大移動質(zhì)量的挑戰(zhàn)。根據(jù)相對于特定應(yīng)用的相應(yīng)頻率范圍調(diào)適許多不同技術(shù)。本發(fā)明的某些實施例提供測量工具的隔離解決方案，其既將測量系統(tǒng)與環(huán)境隔離且又將環(huán)境與測量系統(tǒng)隔離。所述解決方案以符合成本效益且可縮放的方式提供振動隔離及振動能量耗散。
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的測量工具布局100的高級示意圖解說明。工具100包括光學(xué)器件90、臺95、晶片卡盤157、光學(xué)器件支撐結(jié)構(gòu)105、工具底座臺110 (例如，包含卡盤及晶片臺的光學(xué)器件工作臺)、隔離系統(tǒng)120、工具工作臺135、工具工作臺支架130及臺座140 (或地板150)。
[0017]雖然目前的測量工具一般使用主動隔離系統(tǒng)或被動隔離系統(tǒng)120，但是測量工具100組合主動隔離系統(tǒng)及被動隔離系統(tǒng)120以及工具工作臺支架130及臺座140 (或地板150)中的被動隔離元件。
[0018]圖2A及2B是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的約束層阻尼系統(tǒng)160的尚級不意圖解說明。系統(tǒng)160包括(例如，通過粘合劑163)附接到約束層161、169的阻尼層165。圖2A示意性圖解說明在未施加力的情況下的靜止中的系統(tǒng)160，而圖2B示意性圖解說明在施加水平剪力下的系統(tǒng)160。阻尼層165操作以緩和剪力對含有層161、169的影響。由于阻尼層165的剪力變形及材料在由基礎(chǔ)約束層169施加的彎曲應(yīng)力下產(chǎn)生的延伸及壓縮，能量被耗散。
[0019]約束層阻尼構(gòu)件160可包括結(jié)構(gòu)材料中的(若干)嵌入式粘彈性層165。粘彈性層165的剪力變形為支撐結(jié)構(gòu)的自然頻率提供能量耗散及有效阻尼。
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的顆粒阻尼器170的高級示意圖解說明。阻尼器170包括由壁173、底座172及封罩177 (其是封圍于支撐底座172及壁173的外殼171內(nèi))約束的封殼175內(nèi)的顆粒174及覆蓋外殼171且經(jīng)配置以將所施加力傳遞到封罩177上的蓋179。阻尼器170中的振動能量(例如源自為光學(xué)器件支撐結(jié)構(gòu)105的部分的臺移動或來自地板150的振動)經(jīng)傳遞到粒狀材料174中且在其內(nèi)耗散。不受理論的束縛，顆粒沖擊阻尼器170通過顆粒174在由壁173、底座172及封罩177所界定封殼內(nèi)的運動而引起的摩擦及顆粒174自身的變形來耗散能量。工具100的度量平臺支撐結(jié)構(gòu)105或其它零件內(nèi)部的一些容積可部分用顆粒174 (例如砂、陶瓷、塑料或金屬珠，或以上的任何混合物/組合)填充。
[0021]在某些實施例中，粒狀材料174可由粘性液體替換來提供基于液體的阻尼器170。阻尼器170是用以耗散跨越廣闊的頻率及溫度范圍的能量的符合成本效益的方式。阻尼器170提供臺產(chǎn)生的震動的阻尼及高g負載吸收。顆粒沖擊阻尼器170可經(jīng)設(shè)計以抑制(阻尼)隔離系統(tǒng)120、結(jié)構(gòu)105及/或工具100或其零件的自然頻率(類似于經(jīng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器TMD的作用)。顆粒沖擊阻尼器170可經(jīng)設(shè)計以抑制(阻尼)存在于工具100中的若干自然頻率(且因此充當(dāng)許多TMD)。
[0022]被動隔離系統(tǒng)120可經(jīng)配置以包括剪力層約束層阻尼元件160 (圖2)或/及顆粒阻尼器170或粘性液體阻尼器(圖3)。如光學(xué)器件支撐結(jié)構(gòu)105、工具底座臺110、工具工作臺135、工具支腳130及校平器及臺座140的任何支撐結(jié)構(gòu)可包括剪力層阻尼元件160及/或嵌入于相應(yīng)經(jīng)特殊設(shè)計的腔中的顆粒阻尼器170或粘性液體阻尼器。
[0023]工具100可包括被動隔離系統(tǒng)120 (例如支撐結(jié)構(gòu)105中的約束層阻160)與支撐結(jié)構(gòu)105中及/或工具工作臺135、支腳130或臺座140 (或地板150)中的顆粒沖擊阻尼器(或液體沖擊阻尼器)170的組合。此組合提供廣泛動態(tài)范圍的振動阻尼及振動隔離系統(tǒng)的良好傳遞性。
[0024]顆粒沖擊阻尼器170或液體沖擊阻尼器170可經(jīng)布置以吸收或耗散臺沖擊能量的一部分來減少必須由被動隔離系統(tǒng)120(包括例如，約束層阻尼元件160)處理的能量及/或轉(zhuǎn)移到環(huán)境的能量。
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的噪聲消除轉(zhuǎn)換器180的操作原理的高級示意圖解說明。工具100可進一步包括噪聲消除轉(zhuǎn)換器180以減少更大范圍的機械頻率。噪聲消除轉(zhuǎn)換器180有效地消除任何起源(例如，空氣、地板、結(jié)構(gòu))的機械噪聲(如果機械噪聲處于噪聲消除轉(zhuǎn)換器的頻譜響應(yīng)范圍中)。
[0026]噪聲消除轉(zhuǎn)換器180經(jīng)配置以檢測(經(jīng)由檢測器184)輸入聲波181 (噪聲、振動或其它)且產(chǎn)生(經(jīng)由產(chǎn)生器185)具有反向極性的相同聲波188 (具有負號、反相、180度相差)。振動或噪聲聲波181及感應(yīng)(裝置產(chǎn)生)聲波188彼此干擾且抵消而產(chǎn)生零(或非常接近零)振動/噪聲/聲波189。此技術(shù)局限于檢測裝置184與負聲波裝置的感應(yīng)器185兩者的頻率及振幅響應(yīng)。多個轉(zhuǎn)換器180可同步部署以產(chǎn)生更寬的頻率響應(yīng)(例如，來自多個源的干擾型樣可用于產(chǎn)生更詳盡的消除型樣)。應(yīng)注意，聲波181及189在圖4描繪為純正弦波只是為了簡單起見及圖解說明的目的，且以非限制性方式描繪(因通常預(yù)期存在更復(fù)雜的輸入181及消除波189)。有利地，噪聲消除轉(zhuǎn)換器180使動態(tài)范圍變寬且改善振動隔咼系統(tǒng)的可傳遞性。
[0027]在非限制性實例中，可考慮下列方面。任何此類方面可結(jié)合于或適應(yīng)于特定條件。
[0028]具有低諧振頻率的被動隔離可與臺座140相關(guān)聯(lián)或提供于臺座140頂部、下方或內(nèi)部以減少工具100對環(huán)境的沖擊且將工具100與環(huán)境隔離。例如，臺座的被動隔離的工作頻率范圍可經(jīng)選擇位于0.5Hz到IlOHz或150Hz的范圍內(nèi)。例如，被動隔離可為基于負剛性效應(yīng)的隔離。
[0029]工具工作臺135經(jīng)配置是剛硬且厚重，具有相對寬松的機械容限。粘彈性層(例如，剪力層約束層阻尼元件160)可嵌入到工具工作臺135中以阻尼相對高的頻率，例如在從50Hz直到IKHz的范圍內(nèi)。工具工作臺135的質(zhì)量可經(jīng)配置以充當(dāng)?shù)屯V波器。
[0030]沖擊阻尼器170 (基于顆?；蚧谝后w)可經(jīng)設(shè)計以安置于工具工作臺支架(“支腳”)130的內(nèi)部空間內(nèi)來替代(若干)經(jīng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)或與其組合。具體來說，可相對于應(yīng)被有效阻尼的少數(shù)特定諧振頻率調(diào)諧嵌入的沖擊阻尼器170及/或TMD。在某些實施例中，沖擊阻尼器170可經(jīng)配置以阻尼在指定頻率范圍內(nèi)的振動且額外TMD可經(jīng)調(diào)諧到指定頻率范圍內(nèi)或外的某些特定頻率。指定頻率范圍可為相對高的且可向上延伸到幾個 kHz (例如，IkHz 到 1kHz)。
[0031]隔離系統(tǒng)120可經(jīng)設(shè)計為主動隔離系統(tǒng)以包括機械、氣動及/或液壓彈簧及馬達以減少臺95對工具100及其環(huán)境的沖擊，以及將臺95及工具100與環(huán)境隔離。因此，隔離系統(tǒng)120可經(jīng)設(shè)計以處理來自臺95與地板150中的任一者或兩者的振動。主動隔離系統(tǒng)120可經(jīng)配置以處理2-3Hz到100-150HZ的范圍的振動頻率。
[0032]經(jīng)設(shè)計為剛硬且厚重(例如，由花崗巖制成)的工具底座臺110可包括并入沖擊阻尼器170(基于顆粒或基于液體)及/或TMD到其中的凹處。此類凹處可經(jīng)配置以阻尼指定頻率范圍內(nèi)及/或特定諧振頻率下的振動。頻率范圍可相對高且可向上延伸到幾個kHz (例如，IkHz到1kHz)。工具底座臺110的質(zhì)量可經(jīng)配置以充當(dāng)?shù)屯V波器。
[0033]經(jīng)配置為剛硬且具有嚴格機械容限的光學(xué)器件支撐結(jié)構(gòu)105可并入結(jié)構(gòu)阻尼元件，例如阻尼層及/或剪力層約束層阻尼元件160及/或結(jié)構(gòu)阻尼裝置(如特征為具有非常嚴格機械容限及靜態(tài)剛度的D型柱裝置)。
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