一种磁浮平面电机非接触六自由度定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁浮平面电机非接触六自由度定位装置及方法。本发明专利技术的装置及方法包括：在磁浮平面电机的动子上建立笛卡尔坐标系，在所述的笛卡尔坐标系的X轴方向上设置第一激光干涉测量装置，在所述的笛卡尔坐标系的Y轴方向上设置第二激光干涉测量装置，所述的磁浮平面电机的动子上设置反光镜；所述的磁浮平面电机的动子上还设置若干涡流传感器，在磁浮平面电机的定子上表面贴设水平的铝板，通过激光干涉测量装置和涡流传感器测得数据，并进行运算得到结果。本发明专利技术提供一种能够实现大行程距离测量，受外界因素干扰较小，结构简单，且精度更高的应用于大行程磁浮平面电机动子的六自由度非接触位置检测装置及方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及。
技术介绍
磁浮平面电机可W极大简化平面运动机构，减轻运动质量，实现无摩擦、无磨损的 微米级精度高速运动，是目前大行程高速精密运动控制系统研究的热点。特别是在1C光刻 机领域拥有宽广的前景。磁浮平面电机的结构示意图如图1所示，磁浮平面电机包括动子 (Γ)和定子（2')。磁浮平面电机简洁的构造有效避免了传统电机驱动系统中传动环节存 在的弹性变形、因支持部件存在摩擦力带来的运动滞后等不良现象，减少了插补运动时因 传动系统滞后带来的跟踪误差，提升运动系统的稳定性及定位精度。而它本身革命性的结 构设计也使原为难题的双工作台交换问题得W简化。双工件台光刻机解决了调焦调平和校 准精度产生的时耗问题并将生产率提升了 35%左右，但双工件台光刻机是采用"H"型直线 电机驱动的工作台，复杂的机械结构给双工作台交换的问题带来了结构设计及运动轨迹规 划的难题。而磁浮平面电机简洁的机械结构大幅降低了双工作台交换系统结构及控制规划 设计的难度。并且，由于动子运动质量的大幅减轻使得电机工作效率得到飞跃性提高。与 传统采用Η桥式运动系统光刻机相比，采用了磁浮平面电机的TwinscanNXT19501光刻机 工作台加速度从8g提高至15g、运动速度从2. 4m/s提高至3. 2m/s、运动精度达1. 5皿，产 率达175娃片/小时，生产效率与质量得到了极大提升。从另一方面来说，磁浮平面电机可 在真空环境下工作。采用光波波长为l〇-14nm的极端远紫外光源巧xtreme叫traViolet Lithography，EUVL)进行IC忍片光刻的技术作为下一代光刻技术的发展趋势被提出，EUVL 的采用能够将光刻分辨率提升至lOnm级别，EWL光刻已成为微电子制造技术研究热点， 13. 5nm波长的极紫外光容易被空气分子吸收，因而对工作台提出的要求是能够在真空环境 下进行工作，"H"型直线电机采用的传统的气浮工作台无法满足极紫外光刻机苛刻要求，磁 浮平面电机去除了复杂庞大的Η桥式运动系统及气浮导轨，使工作台能够在真空环境下工 作。 综上所述，采用无铁式永磁阵列制造的磁浮平面电机作为工作台，除了能够提升 运动系统的传动刚度、控制精度W及动态响应速度等性控制性能能外，并且由于不存在磁 阻吸力，能够在真空环境下完全悬浮工作。磁浮平面电机优越的性能得到了国内外学术界 广泛的关注。由于磁浮平面电机是6自由度悬浮运动，需要对动子进行6自由度非接触精 密定位测量。定位测量系统为运动控制系统提供位置反馈，高精度运动控制依赖于高精度 定位系统。故如何对磁浮平面电机动子进行精确的6自由度定位在磁浮平面电机运动控制 中至关重要。 现有的多种传感器被应用于精密位置测量，包括光栅尺、电容传感器、激光测距传 感器、电满流传感器、激光干设测量系统和线性霍尔传感器等，各类传感器特性分析如下： 1)光栅尺：光栅尺被大量应用于高精度大行程直线位移测量，测量分辨率能够达 到亚纳米级，ASML推出的采用最新技术光栅尺分辨率甚至达到了纳米级，但由于光栅尺采 用的是接触式测量，应用于完全悬浮的电机动子内直接破坏电机动力学模型，也破坏动子 运动自由度，导致电机控制失效。 2)电容传感器：电容传感器通过检查自身与测量物之间电容量来推算测量距离， 具有测量精度高、价格昂贵等特点，但由于其测量距离小，无法应用于大行程距离测量，且 被测目标表面粗糖度直接影响测量结果的精度。 3)激光测距传感器：该传感器设计原理基于光学的Ξ角测距方法，拥有微米级的 分辨率，但由于量程段，无法应用于大行程运动。[000引 4)电满流传感器：电满流传感器拥有良好的频率响应特性，分辨率可达1微米，可 用于段距离位移测量，但如交变磁场、环境溫度等外界条件会对其测量结果造成干扰，需对 结果进行位移补偿。 5)激光干设测量系统：激光干设测量系统多应用于光刻机大行程位移测量，具有 高响应、高稳定性、高分辨率的特点，是大行程纳米级测量的理想装备，但其价格昂贵，系统 结构复杂。 6)线性霍尔传感器：根据霍尔效应制作的一种测量磁通密度值的传感器，可根据 磁场分布解析模型来确定传感器与磁场距离或所处周期磁场的相位值。但由于制造工艺等 因素影响，空间磁场分布并不完全符合解析模型计算结果，从而对霍尔传感器实际测量结 果造成误差。 由于上述技术手段存在的各种不足，现有的技术中还没有一种能够不破坏动子运 动自由度，能够实现大行程距离测量，受外界因素干扰较小，结构简单费用较低，且精度更 高的精密位置测量方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是解决上述现有平面电机位置检测方法的局限性，提供一种能 够实现大行程距离测量，受外界因素干扰较小，结构简单，且精度更高的应用于大行程磁浮 平面电机动子的六自由度非接触位置检测装置及方法。 本专利技术包括磁浮平面电机的动子和定子，在磁浮平面电机的动子上建立笛卡尔坐 标系，在所述的笛卡尔坐标系的X轴方向上设置第一激光干设测量装置，在所述的笛卡尔 坐标系的Y轴方向上设置第二激光干设测量装置2. 2,所述的磁浮平面电机的动子上设置 反光镜；所述的磁浮平面电机的动子上还设置若干满流传感器，在磁浮平面电机的定子上 表面贴设水平的侣板。 作为优选，所述的满流传感器的数量为4个，分别对称布置在所述的磁浮平面电 机的动子的四个角上。 作为优选，所述的侣板的厚度小于1mm。因为空间磁通强度随与永磁阵列距离呈指 数次衰减，侣板厚度过大会导致线圈与永磁阵列距离过大，线圈所处空间磁通强度降低、电 机能耗增加，此处优选厚度小于11mm的侣板。 本专利技术的测量方法包括如下步骤： 1)所述的第一激光干设测量装置发出Ξ束光束至磁浮平面电机的动子表面的Ξ 个位置进行激光干设测量得到相应的位置数据X1、X2、X3,并定义XI和X3在X轴方向上的 距离为。，在Y轴方向上的距离为Cy;所述的第二激光干设测量装置发出光束至磁浮平面电 机的动子表面的Ξ个位置进行激光干设测量得到相应的位置数据Yl、Υ2、Υ3,并定义Y1和Υ3在X轴方向上的距离为4,在Υ轴方向上的距离为Ay;[001引 2)根据步骤1测得的数据，计算得到动子X轴方向上的位移"Xw和X轴方向上绕Z轴的旋转角度"φ^，Υ轴方向上的位移"Yw和Y轴方向上绕Z轴的旋转角度"φ,γ，动子绕 X轴的旋转角度mΦ、，W及动子绕Υ轴的旋转角度mΦy，计算公式如下：3)通过所述的满流传感器测量所述的满流传感器与所述的侣板之间的距离，从而 得到各个测量值，再取测量值的平均数得到当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁浮平面电机非接触六自由度定位装置，其特征在于：包括磁浮平面电机的动子(1)和定子，在磁浮平面电机的动子(1)上建立笛卡尔坐标系，在所述的笛卡尔坐标系的X轴方向上设置第一激光干涉测量装置(2.1)，在所述的笛卡尔坐标系的Y轴方向上设置第二激光干涉测量装置(2.2)，所述的磁浮平面电机的动子(1)上设置反光镜(3)；所述的磁浮平面电机的动子(1)上还设置若干涡流传感器(4)，在磁浮平面电机的定子上表面贴设水平的铝板(5)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周柔刚，周才健，
申请(专利权)人：杭州汇萃智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33