一种真空环境下多自由度气浮精密运动台及其工作方法技术

一种真空环境下多自由度气浮精密运动台及其工作方法，属于精密运动控制技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种真空环境下多自由度气浮精密运动台及其工作方法


[0001]本专利技术属于精密运动控制
，具体为一种真空环境下多自由度气浮精密运动台及其工作方法
。

技术介绍

[0002]精密工作台系统在制造工艺技术方面有着显著的优势
。
其典型的结构形式是宏动和微动结构的结合，具有出力密度高
、
高速度和高可靠性等特点
。
由于其出色的性能和简单的机械结构，使得平面电机成为了实现运动台高精度控制的关键元件
。
随着科技的进步，这些技术在真空环境中的应用越来越广泛，这也使得精密机械部件的运动摩擦得到了有效减小
。
[0003]在制造工艺技术的发展过程中，以前在大气环境中的制造工艺正在转变为在真空环境中进行
。
这种转变的优点在于，真空环境下的制造工艺具有极高的分辨率和产率
。
这不仅要求测量装备具有极高的运动定位精度，而且必须在真空环境中进行操作
。
为了减小精密机械部件的运动摩擦，常采用气浮导轨配合直线电机实现高精度运动控制，而一般气浮系统需要正压
、
负压进气孔以及复杂的气路设计，往往占据较大的空间尺寸
。
[0004]在真空环境下，运动台的大行程气浮运动部件，特别是核心运动部件，需要高精度
、
低空间占有率的气浮系统设计
。
这种需求推动了真空环境下高密封性气体静压轴承导轨技术的研发
。
这种技术对于提高运动部件的精度
、
减小空间占有率以及提高整个系统的性能具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种真空环境下多自由度气浮精密运动台及其工作方法
。
[0006]实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种真空环境下多自由度气浮精密运动台，包括承载台
、
支撑导套
、
运动导轨
、
直线驱动电机
、
两个固定板
、
隔振平台
、
多个电磁铁及三个音圈电机；
[0007]所述承载台设置在支撑导套正上方，所述承载台与支撑导套之间通过三个音圈电机连接，所述运动导轨设置在支撑导套内且二者通过直线驱动电机连接，所述运动导轨与支撑导套之间设有气浮间隙，所述运动导轨运动方向两端均固定有固定板，所述运动导轨
、
支撑导套及两个固定板均设置在隔振平台上，所述运动导轨及两个固定板均与隔振平台固定连接，所述支撑导套的上端气浮板前后两侧均固定有多个电磁铁
。
[0008]一种真空环境下多自由度气浮精密运动台的工作方法，所述方法包括如下步骤；
[0009]S1
：导轨宏微结合多自由度运动过程；
[0010]正压气体通过每个气浮板内正压止推孔排出，使支承导套悬浮在运动导轨上，承载台也随支承导套悬浮，同时通过由直线驱动电机控制承载台的水平位置，保证运动稳定性的要求；在垂直方向上，通过三个音圈电机完成承载台沿
Z
方向
、Rx
和
Ry
方向上的运动；
[0011]S2
：正压气浮系统工作过程；
[0012]正压气浮系统包括供气泵
、
六个气浮板板及多个正压止推孔；六个气浮板提供支撑支撑导套上端
、
侧向和下端与运动导轨表面间的气膜，工作时外接空气压缩机提供正压气源，通过联通气路的正压供气管路连接供气气路，正压气体从支撑导套的六块气浮板的进气孔进入，经过内部正压供气气路，从各个气浮板的正压止推孔中排出，以支撑运动导轨与支撑导套相配合面为止推面，为支撑导套提供推力，使其悬浮于运动导轨上；同时，配合直线驱动电机驱动完成支撑导套直线运动；
[0013]S3
：气体抽排密封工作过程；
[0014]工作后的正压气体流入阶梯型抽排凹槽内，然后通过联通气路的侧向排气气路将气体排入外界
。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]1、
本专利技术结构设计科学合理，与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有良好的工作姿态精度，通过在隔振平台与承载台间设计了一个
T
型导轨结构的支撑导套，通过控制支撑导套的水平向运动直接控制承载台的水平向运动，可以通过改变运动导轨长度而控制支撑导套的行程
。
而对于多自由度精密承载台，通过三个音圈电机使其满足
Rx、Ry
和
Z
向行程微动精度
。
[0017]2、
本专利技术中正压气浮系统具有良好的抽排效果，在支撑导套内部设计有气体抽排和供气气路使支撑导套在真空环境下达到高速
、
高精度的运动，通过在气浮板内板面边缘设置多级抽排凹槽，支撑导套左右两侧分别通过三个气浮板内板面形成一组气体回收排气结构，支撑导套左右两侧完全对称设置，且每一级抽排凹槽结构尺寸及抽气量不同，通过优化抽排凹槽结构及排布控制合适抽气量，可保证工作环境的高真空度要求
。
[0018]3、
本专利技术运动导轨具有良好的运动稳定性
。
承载台属于高精度运动部件，在高速运动过程中产生的微小振动将会对承载台的精度造成影响
。
在实际工作过程中，支撑导套的三个气浮板
(
上端气浮板
、
侧向气浮板及底端气浮板
)
的气膜支承情况会产生微小振动并传递至承载台，上端气浮面和下端气浮面的气浮推力差可以平衡支撑导套及承载台的质量，本专利技术支撑导套设计成
T
型导轨结构，可以在运动导轨四个平面提供正压，气膜各处的厚度可进行单独调控，以垂向推力与负载重力为目的，同时需要满足各处气膜厚度均匀，即可减少气膜振动，减小工作台的工作干扰
。
[0019]4、
本专利技术具有良好的减重集成效益
。
其中运动导轨长度可以按照承载台运动需求增加或减小，而支撑导套及上端承载台的质量即为导轨支撑的负载重量，本专利技术在尽可能满足运动要求和负载要求的前提下降低支撑导套的质量，其中支撑导套内部含正压和抽排气路，抽排结构采用多级一体式抽排凹槽，在上端气浮板
、
侧向气浮板及底端气浮板内板面周边均设置一体式多级抽排凹槽，避免了单个气浮板多级抽排的空间占比，在满足真空环境前提下可以大大减少气浮板质量，本专利技术整体采用薄板连接设计，使得承载台运动精度高，易于控制
。
[0020]综上所述，本专利技术具有高精度
、
高速度
、
高稳定性和轻量化的优点，具有良好的减重集成效益和运动稳定性，可广泛应用于各种高精度运动平台和设备中
。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的运动台轴测图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种真空环境下多自由度气浮精密运动台，其特征在于：包括承载台
(1)、
支撑导套
(2)、
运动导轨
(3)、
直线驱动电机
(4)、
两个固定板
(5)、
隔振平台
(6)、
多个电磁铁
(7)
及三个音圈电机
(8)
；所述承载台
(1)
设置在支撑导套
(2)
正上方，所述承载台
(1)
与支撑导套
(2)
之间通过三个音圈电机
(8)
连接，所述运动导轨
(3)
设置在支撑导套
(2)
内且二者通过直线驱动电机
(4)
连接，所述运动导轨
(3)
与支撑导套
(2)
之间设有气浮间隙，所述运动导轨
(3)
运动方向两端均固定有固定板
(5)
，所述运动导轨
(3)、
支撑导套
(2)
及两个固定板
(5)
均设置在隔振平台
(6)
上，所述运动导轨
(3)
及两个固定板
(5)
均与隔振平台
(6)
固定连接，所述支撑导套
(2)
的上端气浮板
(2
‑
1)
前后两侧均固定有多个电磁铁
(7)。2.
根据权利要求1所述一种真空环境下多自由度气浮精密运动台，其特征在于：所述支撑导套
(2)
为
T
型导轨，支撑导套
(2)
包括六个气浮板，所述六个气浮板分别是两个上端气浮板
(2
‑
1)、
两个侧向气浮板
(2
‑
2)
及两个底端气浮板
(2
‑
3)
；所述两个上端气浮板
(2
‑
1)
左右并列且相靠设置，两个上端气浮板
(2
‑
1)
下表面各固定有一个侧向气浮板
(2
‑
2)
，两个侧向气浮板
(2
‑
2)
左右对称设置；所述两个侧向气浮板
(2
‑
2)
下表面各固定有一个底端气浮板
(2
‑
3)
，所述两个底端气浮板
(2
‑
3)
左右对称设置，所述两个底端气浮板
(2
‑
3)
之间设有空间，所述运动导轨
(3)
下端穿过两个底端气浮板
(2
‑
3)
之间的空间与隔振平台
(6)
固定连接
。3.
根据权利要求2所述一种真空环境下多自由度气浮精密运动台，其特征在于：每个所述气...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏越，王继尧，刘欢，高席丰，吴剑威，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：