一种高加速往复运动恒重力补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种高加速往复运动恒重力补偿装置；该装置的直线运动部件可沿垂向运动配装在导轨上，低摩擦气缸的活塞杆通过解耦单元与直线运动部件连接；该装置可为直线运动部件高加速往复运动提供恒定的重力补偿，具有运动顺畅、结构紧凑、体积小，用途广泛，适用能力强的特点，尤其适合光刻机曝光系统中小空间的高加速往复运动的使用。

A high acceleration reciprocating gravity compensation device

The invention discloses a constant gravity compensation device for high acceleration reciprocating motion; the linear moving parts of the device can be mounted on the guide rail along the vertical motion; the piston rod of the low friction cylinder is connected with the linear moving parts through the decoupling unit; the device can provide constant gravity compensation for the high acceleration reciprocating motion of the linear moving parts, and the device has a device. It has the characteristics of smooth movement, compact structure, small volume, wide use and strong applicability, especially suitable for the use of high acceleration reciprocating motion in small space of lithography exposure system.

【技术实现步骤摘要】
一种高加速往复运动恒重力补偿装置
本专利技术属于精密仪器机械
，特别涉及一种高加速往复运动机构的恒重力补偿装置。
技术介绍
在光刻机曝光系统中，竖直方向的拦光刀片需要满足高加速度与高精度的运动需求，因此刀片的控制精度成为制约光刻机曝光精度及效率的主要技术关键。为了提高刀片的运动及定位精度，在系统设计中加入重力补偿装置来平衡拦光刀片及其相应部件的重力。在光刻机曝光系统中，竖直方向的拦光刀片需要进行高频的高加速度往复运动，因此如何补偿高加速往复运动的拦光刀片及其部件的重力是控制竖直方向的拦光刀片的主要技术难题。2001年，荷兰ASML公司所研发的TwinscanAT1100型光刻机，可以达到20nm的套刻精度。其曝光系统中的重力补偿装置是利用弹簧的拉力实现重力补偿，并达到了20m/s2的加速度运动；但采用弹簧作为重力补偿装置，在控制上弹簧补偿的力不稳定；而且弹簧占用空间大，不能满足曝光系统结构设计小型化的要求。专利CN101477316A“重力补偿器”提出了一种重力补偿器，主要包括止推轴承、浮板、导向柱及压缩流体容器；该装置利用高压流体通路形成高压流体膜,提供无摩擦的解耦技术，解决了垂向和水平解耦问题；但是该专利技术是针对Chuck微动台进行重力补偿，行程太小，并且不能实现往复式运动。专利CN2201843961U“一种带有重力补偿的往复运动装置”提出了一种电机驱动的垂直往复运动装置，主要包括电机、由所述电机驱动的丝杠和托盘，其特征是：还包括外圆筒，内圆筒，弹簧，所述弹簧置于所述外圆筒和所述内圆筒之间，所述内圆筒顶在所述弹簧上端，并通过圆法兰盘与所述托盘连接；该装置通过弹簧的弹力克服重力影响，从而可以使功率较小的电机驱动垂直往复的运动装置快速上升；但是该装置中的弹簧只能补偿特定质量的重力，并且弹簧补偿的力不稳定。专利CN103298729A“重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置”提出一种具有升降功能的重力补偿装置，主要包括基座、连杆、空气促动器、升降部、连结部；该装置中连杆的两端沿轴向移动自如地安装于通过基座的基准点并交叉的两根轴，利用空气促动器的内部空间的气压将连杆的一端朝向基准点按压，以通过对内部空间相对于连杆的一端的一端位置的容积变化进行外推而求得的容积为零的状态下的连杆的一端位置与基准点之间的间隔成为连杆两端间的距离以上的方式，使连杆的一端能够移动，通过连结部连结相对于基座能够沿铅垂方向移动的升降部与连杆的另一端；该装置可以补偿往复运动部件的重力，但是该装置结构占用空间太大，不能满足和适应光刻机曝光系统的小型化设计需求。专利CN104698766A“重力补偿装置”提出了一种重力补偿装置，用于支撑光刻机中工件台和掩模台的微动台，包括底座、活塞、护套、摆机构、气囊结构和负载板；其中,所述底座中设有气室,用于支撑位于所述气室顶部的活塞护套套设在活塞上并与底座刚性连接所述气囊结构连接在活塞与护套之间,与所述摆机构串联所述摆机构连接在负载板与活塞之间；该装置占用空间太大，并且无法补偿往复运动部件的重力。上述专利技术的问题是均不能在小范围空间内补偿高加速往复运动部件的重力；然而在光刻机曝光系统中，竖直方向的拦光刀片需要以很高加速度做往复运动，这就要求补偿高加速往复运动的拦光刀片及其部件的重力，进而提高竖直方向的拦光刀片的控制精度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述已有技术存在的问题，研究设计一种高加速往复运动机构的恒重力补偿装置，通过调压阀调节气压，用低摩擦气缸输出系统需要的力，并利用储气瓶作为中间单元使低摩擦气缸输出恒定的力，从而达到补偿高加速往复运动部件重力、占用空间小、适应能力强的目的。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种高加速往复运动恒重力补偿装置，包括直线运动部件，其特征在于：在背板上分别安装基座、2个卡环、2个调整座和2个导轨底座，通过基座、2个卡环、2个调整座和2个导轨底座依次分别将调压阀、储气瓶、低摩擦气缸和导轨安装在背板上；所述直线运动部件可做垂向运动的配装在导轨上，直线运动部件与导轨之间采用静压气浮支承和导向的方式，低摩擦气缸的活塞杆通过解耦单元与直线运动部件连接，所述解耦单元可对活塞杆进行1个自由度调整，所述低摩擦气缸通过2个调整座可进行2个自由度调整，通过2个导轨底座可对导轨进行2个自由度调整，在调压阀上配装进气总管，气瓶进气管将调压阀与储气瓶连通，气瓶排气管的两端分别连接在储气瓶和低摩擦气缸上，将其连通。本专利技术具有以下特点及有益效果：1、本装置中的低摩擦气缸通过调压阀调整气压，适用于不同质量的运动部件；储气瓶作为中间的稳压环节，可以使低摩擦气缸在部件在高频高加速度的情况下提供恒定的补偿力。2、本装置中包含的调整座、导轨底座可对装置进行多自由度的调整，确保低摩擦气缸的活塞杆中轴线与导轨中轴线平行，使部件运动顺畅。3、本装置中的解耦单元可以对活塞杆进行1个自由度的调整，以确保活塞杆中轴线重合于支撑力的方向向量。4、本装置体积小，结构紧凑，用途广泛，尤其适用于光刻机曝光系统中小空间的高加速往复运动场合。附图说明图1为高加速运动机构的恒重力补偿装置总体结构示意图。图2为高加速运动机构的恒重力补偿装置部分结构示意图。图3为直线导轨在背板的安装示意图。图中：1、气瓶排气管；2、储气瓶；3、气瓶进气管；4、导轨；5、低摩擦气缸；6、直线运动部件；7、解耦单元；8、活塞杆；9、总进气管；10、调压阀；11、背板；12、卡环；13、调整座；14、导轨底座；15、基座。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明。参考图1-3，一种高加速往复运动恒重力补偿装置，包括直线运动部件，在背板上分别安装基座、2个卡环、2个调整座和2个导轨底座，通过基座、2个卡环、2个调整座和2个导轨底座依次分别将调压阀、储气瓶、低摩擦气缸和导轨安装在背板上；所述直线运动部件可做垂向运动的安装在导轨上，直线运动部件6与导轨4之间采用静压气浮支承和导向的方式，低摩擦气缸的活塞杆通过解耦单元与直线运动部件连接，所述解耦单元可对活塞杆进行1个自由度调整，所述低摩擦气缸通过2个调整座可进行2个自由度调整，通过2个导轨底座可对导轨进行2个自由度调整，在调压阀上配装进气总管，气瓶进气管将调压阀与储气瓶连通，气瓶排气管的两端分别连接在储气瓶和低摩擦气缸上，将其连通。本装置以低摩擦气缸5为核心，实现了直线运动部件6在高加速往复运动过程中的重力补偿；调压阀10可以调节活塞杆8所提供的支撑力与直线运动部件6的重力一致；直线运动部件6沿导轨4做垂向的高加速直线运动时，储气瓶2可以维持进入低摩擦气缸5的气体压力恒定。本装置在装配及校准阶段，通过基座15将调压阀10安装在背板11上；通过2个卡环12将储气瓶2安装在背板11上；通过2个调整座13对低摩擦气缸5进行安装与调整；通过2个导轨底座14对导轨4进行安装与调整；通过解耦单元7对活塞杆8进行调整；通过以上装配及校准，可以使活塞杆8与导轨4平行，使机构运动顺畅。本装置在使用阶段，调整调压阀10的气压，使低摩擦气缸5输出的力与直线运动部件6的重力相同；气体推动低摩擦气缸5中的活塞杆8，并通过解耦单元7为直线运动部件6提供垂向的支撑力；当直线运动部件6沿导轨4进行高加速直线运动时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高加速往复运动恒重力补偿装置，包括直线运动部件(6)，其特征在于：在背板(11)上分别安装基座(15)、2个卡环(12)、2个调整座(13)和2个导轨底座(14)，通过基座(15)、2个卡环(12)、2个调整座(13)和2个导轨底座(14)依次分别将调压阀(10)、储气瓶(2)、低摩擦气缸(5)和导轨(4)安装在背板(11)上；所述直线运动部件(6)可做垂向运动的配装在导轨(4)上，直线运动部件(6)与导轨(4)之间采用静压气浮支承和导向的方式，低摩擦气缸(5)的活塞杆(8)通过解耦单元(7)与直线运动部件(6)连接，所述解耦单元(7)可对活塞杆(8)进行1个自由度调整；所述低摩擦气缸(5)通过2个调整座(13)可进行2个自由度调整，通过2个导轨底座(14)可对导轨(4)进行2个自由度调整，在调压阀(10)上配装进气总管(9)，气瓶进气管(1)将调压阀(10)与储气瓶(2)连通，气瓶排气管(3)的两端分别连接在储气瓶(2)和低摩擦气缸(5)上，将其连通。

【技术特征摘要】
1.一种高加速往复运动恒重力补偿装置，包括直线运动部件(6)，其特征在于：在背板(11)上分别安装基座(15)、2个卡环(12)、2个调整座(13)和2个导轨底座(14)，通过基座(15)、2个卡环(12)、2个调整座(13)和2个导轨底座(14)依次分别将调压阀(10)、储气瓶(2)、低摩擦气缸(5)和导轨(4)安装在背板(11)上；所述直线运动部件(6)可做垂向运动的配装在导轨(4)上，直线运动部件(6)与导轨(4)之间采用静压...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑威，张银，彬德尔，温众普，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23