一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。

A Displacement Device Based on Hybrid Displacement Sensor and Planar Motor

The invention discloses a displacement device based on a hybrid displacement sensor and a plane motor, which comprises a worktable and a stator. The stator has a working area and the stator includes a magnet block system. The worktable is movably adjacent to the stator along the third direction (Z). The worktable includes a motor coil system, and the motor coil system acts on the magnet block system to make the worktable in operation. There are six degrees of freedom displacement in the working area, including many long-distance non-contact displacement sensors and several short-distance non-contact displacement sensors. Long-distance non-contact displacement sensors are installed on the stator. Through the feedback signals of many long-distance non-contact displacement sensors, three translations of the worktable along the first direction (X) and the second direction (Y) and three rotations around the third direction (Z) are obtained. The short-distance non-contact displacement sensor is installed on the worktable along the third direction (Z) and points to the stator, which is used to measure the distance between the worktable and the stator.

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置
本专利技术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。
技术介绍
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(trueposition)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。在本专利技术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
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置，包括工作台和定子，其中所述定子设计有一个工作区域并且所述定子包括磁体块系统，所述磁体块系统包括：多个第一类磁体块，每个所述第一类磁体块包括多个在第一方向(X)上大致线性延伸的第一磁体，每个所述第一磁体具有与所述第一方向(X)大致正交的磁化方向，而且至少两个所述第一磁体具有彼此不同的磁化方向；以及多个第二类磁体块，每个所述第二类磁体块包括多个在第二方向(Y)上大致线性延伸的第二磁体，所述第二方向(Y)与所述第一方向(X)大致正交，每个所述第二磁体具有与所述第二方向(Y)大致正交的磁化方向，而且至少两个所述第二磁体具有彼此不同的磁化方向，其中，所述工作台沿第三方向(Z)可移动地与所述定子邻接配置，所述第三方向(Z)与所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)均大致正交，所述工作台包括电机线圈系统，所述电机线圈系统包括：第一类线圈组件，每个所述第一类线圈组件包括多个导电体，这些导电体沿着第一方向(X)大致线性延伸；以及第二类线圈组件，每个所述第二类线圈组件包括多个导电体，这些导电体沿着第二方向(Y)大致线性延伸；所述电机线圈系统与所述磁体块系统作用，使所述工作台在工作区范围内产生沿第一方向(X)和第二方向(Y)平动的长距离位移，以及沿第三方向(Z)平动、绕第一方向(X)、第二方向(Y)和第三方向(Z)转动的短距离位移，所述第一类线圈组件在第一方向(X)上的尺寸基本上等于n(m1+m2)，其中n＝1，2，3，...，且m1是特定的所述第一类磁体块在第一方向上的尺寸，而m2是与所述特定的所述第一类磁体块邻接配置的所述第二类磁体块在第一方向上的尺寸，并且所述第二类线圈组件在第一方向上的尺寸基本上等于n(m1+m2)，其中n＝1，2，3，...，且m1是特定的所述第一类磁体块在第一方向上的尺寸，而m2是与所述特定的所述第一类磁体块邻接配置的所述第二类磁体块在第一方向上的尺寸，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，所述长距离无接触位移传感器安装在所述定子上，通过所述多个长距离无接触位移传感器的反馈信号得出所述工作台沿第一方向(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，所述短距离无接触位移传感器以平行于Z方向且指向定子的方式安装在所述工作台上，用于测量所述工作台和所述定子的间距。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，优选为，所述长距离无接触位移传感器至少为三个，所述短距离无接触位移传感器至少为三个。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，所述长距离无接触位移传感器中，第一长距离无接触位移传感器和第二长距离无接触位移传感器以一定间距平行于第一方向(X)设置，第三长距离无接触位移传感器平行于第二方向(Y)设置。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，所述短距离无接触位移传感器在所述工作台上的安装位置点组成一个四边形或者三角形。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，所述四边形为正方形。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，所述长距离无接触位移传感器可以使用激光干涉原理的传感器，也可以使用激光三角尺。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，所述短距离无接触位移传感器选用超声波位移传感器、电涡流位移传感器、电容位移传感器或红外位移传感器。本专利技术的基于混合位移传感器和平面电机的位移装置中，所述长距离传感器包括反射镜、分光镜、光源以及光信号接收和处理单元。附图说明图1是根据本专利技术的一个具体实施例的位移装置的X－Y平面视图；图2是图1所示根据一个具体实施例的位移装置的X－Z平面视图；图3是图1所示的根据一个具体实施例的位移装置的电机线圈系统的X－Z平面视图；图4示出了图3所示的根据一个具体实施例的位移装置的一层线圈组件的其他细节；图5示出了图3所示的根据一个具体实施例的位移装置的另外一层线圈组件的其他细节；图6是图1所示的根据一个具体实施例的位移装置的磁体块排列的X－Z平面视图；图7是图1所示的根据一个具体实施例的位移装置的磁体块排列的Y－Z平面视图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置，其特征在于，包括工作台和定子，其中所述定子设计有一个工作区域并且所述定子包括磁体块系统，所述磁体块系统包括：多个第一类磁体块，每个所述第一类磁体块包括多个在第一方向(X)上大致线性延伸的第一磁体，每个所述第一磁体具有与所述第一方向(X)大致正交的磁化方向，而且至少两个所述第一磁体具有彼此不同的磁化方向；以及多个第二类磁体块，每个所述第二类磁体块包括多个在第二方向(Y)上大致线性延伸的第二磁体，所述第二方向(Y)与所述第一方向(X)大致正交，每个所述第二磁体具有与所述第二方向(Y)大致正交的磁化方向，而且至少两个所述第二磁体具有彼此不同的磁化方向，其中，所述工作台沿第三方向(Z)可移动地与所述定子邻接配置，所述第三方向(Z)与所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)均大致正交，所述工作台包括电机线圈系统，所述电机线圈系统包括：第一类线圈组件，每个所述第一类线圈组件包括多个导电体，这些导电体沿着第一方向(X)大致线性延伸；以及第二类线圈组件，每个所述第二类线圈组件包括多个导电体，这些导电体沿着第二方向(Y)大致线性延伸；所述电机线圈系统与所述磁体块系统作用，使所述工作台在工作区范围内产生沿第一方向(X)和第二方向(Y)平动的长距离位移，以及沿第三方向(Z)平动、绕第一方向(X)、第二方向(Y)和第三方向(Z)转动的短距离位移，所述第一类线圈组件在第一方向(X)上的尺寸基本上等于n(m1+m2)，其中n＝1,2,3,…，且m1是特定的所述第一类磁体块在第一方向上的尺寸，而m2是与所述特定的所述第一类磁体块邻接配置的所述第二类磁体块在第一方向上的尺寸，并且所述第二类线圈组件在第一方向上的尺寸基本上等于n(m1+m2)，其中n＝1,2,3,…，且m1是特定的所述第一类磁体块在第一方向上的尺寸，而m2是与所述特定的所述第一类磁体块邻接配置的所述第二类磁体块在第一方向上的尺寸，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，所述长距离无接触位移传感器安装在所述定子上，通过所述多个长距离无接触位移传感器的反馈信号得出所述工作台沿第一方向(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，所述短距离无接触位移传感器以平行于Z方向且指向定子的方式安装在所述工作台上，用于测量所述工作台和所述定子的间距。...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合位移传感器和平面电机的位移装置，其特征在于，包括工作台和定子，其中所述定子设计有一个工作区域并且所述定子包括磁体块系统，所述磁体块系统包括：多个第一类磁体块，每个所述第一类磁体块包括多个在第一方向(X)上大致线性延伸的第一磁体，每个所述第一磁体具有与所述第一方向(X)大致正交的磁化方向，而且至少两个所述第一磁体具有彼此不同的磁化方向；以及多个第二类磁体块，每个所述第二类磁体块包括多个在第二方向(Y)上大致线性延伸的第二磁体，所述第二方向(Y)与所述第一方向(X)大致正交，每个所述第二磁体具有与所述第二方向(Y)大致正交的磁化方向，而且至少两个所述第二磁体具有彼此不同的磁化方向，其中，所述工作台沿第三方向(Z)可移动地与所述定子邻接配置，所述第三方向(Z)与所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)均大致正交，所述工作台包括电机线圈系统，所述电机线圈系统包括：第一类线圈组件，每个所述第一类线圈组件包括多个导电体，这些导电体沿着第一方向(X)大致线性延伸；以及第二类线圈组件，每个所述第二类线圈组件包括多个导电体，这些导电体沿着第二方向(Y)大致线性延伸；所述电机线圈系统与所述磁体块系统作用，使所述工作台在工作区范围内产生沿第一方向(X)和第二方向(Y)平动的长距离位移，以及沿第三方向(Z)平动、绕第一方向(X)、第二方向(Y)和第三方向(Z)转动的短距离位移，所述第一类线圈组件在第一方向(X)上的尺寸基本上等于n(m1+m2)，其中n＝1,2,3,…，且m1是特定的所述第一类磁体块在第一方向上的尺寸，而m2是与所述特定的所述第一类磁体块邻接配置的所述第二类磁体块在第一方向上的尺寸，并且所述第二类线圈组件在第一方向上的尺寸基本上等于n(m1+m2)，其中n＝1,2,3,…，且m1是特定的所述第一类磁体块在第一方向上的尺寸，而m...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晨阳，李涵雄，张国旗，李平，陈椿元，吴晓辉，
申请(专利权)人：广东极迅精密仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44