一種磁浮式精密定位平臺的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及到精密加工制造領域，特別設及一種磁浮式精密定位平臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代科學技術(shù)對微觀領域的研究越來越深入，已經(jīng)進入了高精度的納米、原子量 級的時代。微定位技術(shù)是微觀領域研究的核屯、關(guān)鍵技術(shù)之一，其技術(shù)發(fā)展水平直接影響 到微觀領域技術(shù)的發(fā)展水平，因此作為微定位技術(shù)工程化應用的多自由度高精度定位平臺 也就具有極為重要的現(xiàn)實研究意義。特別的，在光刻機領域，對光刻的工藝節(jié)點線寬達到 22nm，而且晶圓的直徑的進一步增大，運意味著對定位平臺的要求增高，需要運動平臺達到 納米級別的定位精度，達到數(shù)百毫米級別的運動行程范圍且要求運動平臺響應速度快。
[0003] 傳統(tǒng)的接觸式高精度定位平臺主要有=種方式：一、利用旋轉(zhuǎn)伺服電機驅(qū)動，然后 采用精密滾珠絲桿來傳動；二、利用直線電機直接驅(qū)動；=、利用壓電陶瓷驅(qū)動。采用伺服 電機驅(qū)動并且采用滾珠絲桿傳動的定位平臺是目前應用較為廣泛的平面運動定位方式，但 其缺點是：由于運動平臺與驅(qū)動機構(gòu)之間存在包括聯(lián)軸器、絲桿、軸承等中間過渡環(huán)節(jié)，增 加了定位機構(gòu)的慣性質(zhì)量，對系統(tǒng)的響應頻率具有較大的影響，且由于中間過渡環(huán)節(jié)產(chǎn)生 的摩擦、彈性形變等因素，降低了系統(tǒng)的定位精度，并且由于絲桿的形狀是細長的，在外力 場與溫度場的作用下會產(chǎn)生變形，進一步影響定位精度。采用直線電機直接驅(qū)動的缺點是： 由于系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)不存在緩沖環(huán)節(jié)W及存在相應的端部效應，使得系統(tǒng)的控制難度增 加，并且利用直線電機作為驅(qū)動機構(gòu)存在發(fā)熱嚴重、系統(tǒng)推力提供不足、移動部件輕量化等 問題。而壓電陶瓷式精密定位平臺W壓電陶瓷作為驅(qū)動機構(gòu)，廣泛應用在納米級別的定位 系統(tǒng)中，但是其缺點是運動行程小，一般不超過100ym。雖然通過粗定位與精密定位相結(jié)合 的方法可提高系統(tǒng)的運動行程，但也由于疊加方式的引入降低了系統(tǒng)的定位精度，使得定 位精度與運動行程范圍成為一對固有的矛盾。
[0004] 當高精度定位平臺的應用領域?qū)ζ涠ㄎ痪?，響應速度，行程范圍提出了越來?高的要求時，傳統(tǒng)接觸式結(jié)構(gòu)的定位平臺難W滿足要求，因此采用非接觸式的定位平臺。目 前非接觸式的定位平臺主要采用氣懸浮平臺，在氣懸浮定位平臺中，由于元件之間沒有物 理上的接觸，在忽略空氣阻尼的情況下，可認為沒有摩擦力，且平臺與運動元件間無須使用 潤滑劑，適合于超潔凈加工環(huán)境。但是氣懸浮平臺慣性較大且懸浮支撐剛度較低，W致平臺 承載能力和抗沖擊能力較低，降低了整個平臺的靈敏性和定位精度，而且氣懸浮式定位平 臺無法應用于真空環(huán)境中。
[0005] 因此，如何能夠獲得定位精度高，運動行程大，響應速度快且機械結(jié)構(gòu)簡單的非接 觸式定位平臺成為本領域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于上述技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種磁浮式精密定位平臺，能夠通過簡單的機械 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)定位平臺的定位精度高，運動行程大，響應速度快，W滿足精密加工制造的要求。
[0007] 本發(fā)明提供的磁浮式精密定位平臺，包括安裝板、運動平臺、基座、直線電機驅(qū)動 裝置和電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置，其中： 在垂直方向上將所述安裝板、運動平臺和基座通過固定裝置依次連接； 所述電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置包括電磁鐵和銜鐵，所述電磁鐵安裝在安裝板上，在電磁鐵 下方對應的位置上將銜鐵安裝在運動平臺的上表面； 所述直線電機驅(qū)動裝置包括永磁陣列和空屯、線圈繞組，所述永磁陣列鑲嵌于運動平臺 下表面，在永磁陣列下方對應的位置上將空屯、線圈繞組安裝在基座上。
[0008] 優(yōu)選的，所述安裝板邊緣安裝有電滿流傳感器。
[0009] 優(yōu)選的，所述電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置為=組，=組電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置在水平方向 上成等邊=角形排列。
[0010] 優(yōu)選的，所述直線電機驅(qū)動裝置為=組，=組電直線電機驅(qū)動裝置在水平方向上 成等邊=角形排列。
[0011] 優(yōu)選的，所述安裝板、運動平臺和基座均為等邊=角形，所述基座直線電機驅(qū)動裝 置和電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置均設置在等邊=角形的=個角的位置上。
[0012] 優(yōu)選的，=角形底邊的兩組永磁陣列的面積之和與頂點位置上的永磁陣列面積相 等。
[0013] 優(yōu)選的，立角形底邊的兩組永磁陣列按照相同的排列方式布置，頂點位置上的永 磁陣列排列方式與底邊的兩組永磁陣列相互垂直。
[0014] 優(yōu)選的，所述電滿流傳感器為=個，分別設置在安裝板的=個角上。
[0015] 優(yōu)選的，所述電磁鐵采用軟磁材料的U型電磁鐵，所述U型電磁鐵開口向下的安裝 于安裝板的矩形槽中。
[0016] 優(yōu)選的，所述安裝板中屯、預留一個圓形孔。
[0017] 本發(fā)明在水平方向上，采用帶空屯、線圈的直線電機驅(qū)動裝置，通過控制永磁陣列 和空屯、線圈繞組之間的磁場功角，使電機僅產(chǎn)生水平方向上的驅(qū)動力，不產(chǎn)生垂直方向上 的懸浮力，從而對電磁鐵懸浮不產(chǎn)生干擾作用，使平臺在水平方向上可獲取百毫米級別的 運動行程與納米級別的定位精度。在懸浮方向上，采用=組電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置實現(xiàn)毫米 量級的運動行程。上述磁浮式定位平臺具有精度高、行程大，特別是對垂直方向上的運動行 程有較大的提高和響應速度快的特點，且簡化了機械結(jié)構(gòu)，便于產(chǎn)生多自由度的運動。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明提供的一種磁浮式精密定位平臺的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的磁浮式精密定位平臺的正視圖； 圖3為本發(fā)明提供的一種磁浮式精密定位平臺的安裝板關(guān)鍵尺寸圖； 圖4為本發(fā)明提供的一種電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明提供的一種直線電機驅(qū)動裝置中永磁陣列的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明提供的一種磁浮式精密定位平臺的運動機理示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本技術(shù)領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 作進一步的詳細說明。
[0020] 參見圖1-2,圖1為本發(fā)明提供的一種磁浮式精密定位平臺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為 圖1的磁浮式精密定位平臺的正視圖。
[0021] 本發(fā)明提供一種磁浮式精密定位平臺包括安裝板1、運動平臺2、基座3、直線電機 驅(qū)動裝置4和電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置5,其中：在垂直方向上將所述安裝板1、運動平臺2和基 座3通過固定裝置依次連接；所述電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置4包括電磁鐵41和銜鐵42,所述電 磁鐵41安裝在安裝板上1，在電磁鐵41下方對應的位置上將銜鐵42安裝在運動平臺2的 上表面；所述直線電機驅(qū)動裝置5包括永磁陣列51和空屯、線圈繞組52,所述永磁陣列51鑲 嵌于運動平臺2下表面，在永磁陣列51下方對應的位置上將空屯、線圈52繞組安裝在基座 3上。
[0022] 所述平臺在垂直方向上將所述安裝板1、運動平臺2和基座3通過固定裝置依次連 接。優(yōu)選地，在安裝板的邊緣設置螺栓孔，通過螺栓與基座連接，實現(xiàn)位置固定。
[0023] 在垂直方向上，電磁鐵41安裝在安裝板上1，在電磁鐵41下方對應的位置上將銜 鐵42安裝在運動平臺2的上表面，通過對電磁鐵41中的電磁鐵線圈通電，產(chǎn)生磁場，該磁 場在電磁鐵41、空氣間隙W及銜鐵之間形成閉合回路，從而產(chǎn)生電磁吸力，在該吸力作用 下，運動平臺在垂直方向上被抬起，使得平臺在垂直方向上可獲取毫米級別的運動行程。
[0024] 在水平方向上永磁陣列51鑲嵌于運動平臺2下表面，在永磁陣列51下方對應的 位置上將空屯、線圈52繞組安裝在基座3上，通過控制永磁陣列和空屯、線圈繞組之間的磁場 功角，使直線電機驅(qū)動裝置在水平方向上提供水平驅(qū)動力，使平臺在水平方向上可獲取百 毫米級別的運動行程與納米級別的定位精度。由于直線電機驅(qū)動裝置5采用空屯、線圈52 結(jié)構(gòu)，使得永磁陣列51與基座3之間在運動平臺在靜態(tài)情況下不存在磁場吸力，故對電磁 鐵41不存在干擾作用，即不會對正常的穩(wěn)定懸浮造成影響。
[00巧]上述磁浮式定位平臺具有精度高、行程大，特別是對垂直方向上的運動行程有較 大的提高和響應速度快的特點，且簡化了機械結(jié)構(gòu)，便于產(chǎn)生多自由度的運動。
[0026] 在進一步的方案中，所述安裝板邊緣安裝有電滿流傳感器，用于在懸浮方向上測 量懸浮間隙，可計算運動平臺在空間中的實時位置。
[0027] 優(yōu)選的所述電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置4為=組，=組電磁鐵懸浮驅(qū)動裝置4在水平方 向上成等邊=角形排列。
[002引優(yōu)選地，所述直線電機驅(qū)動裝置5為立組，立組電直線電機驅(qū)動裝置5在水平方向 上成等邊=角形排列。
[0029] 參見圖1和圖3,圖1為本發(fā)明提供的一種磁浮式精密定位平臺的結(jié)構(gòu)示意圖