本发明专利技术公开了一种精密定位隔振平台，它包括定位隔振装置和主动控制器，两者之间通过电气连接，主动控制器对定位隔振装置进行位置控制和振动控制。定位隔振装置包括分布在正三角形顶点的三支撑腿及其共同支撑的一块负载平板。每一个支撑腿中有一个螺旋弹簧作为主要支撑部件。一个位移传感器布置在连接板下方检测连接板位移，负载平台对应支撑腿的位置安装有垂向速度传感器。主动控制器为主从开放式结构形式，由上位控制计算机和下位执行控制器组成，保证负载平台保持在设定位置，并有效的隔离地基振动对平台精度的影响。本发明专利技术可广泛应用于精密加工、精密测量、光学实验等对平面位置精度有特殊要求的领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密定位隔振领域，具体涉及一种精密定位隔振平台。它的主要功能是保证放置在负载平板上的设备具有较高的垂向定位精度，并能有效的隔离地基振动。
技术介绍
随着制造业从精密制造到超精密制造的转变，以及对测量技术、光学实验精度的要求不断提高，支撑平台的定位精度对设备的整体性能的影响逐渐增大，这就对支撑平台的定位精度提出了更高的要求。例如，各种显微镜的支撑系统、光学成像光刻工件及光学检测系统的基准平台、微小机构及零件的装配平台等对定位精度有严格的限定。影响定位精度有两个主要的因素，一个是支撑装置自身的所能达到的定位精度，二是地面的垂向振动的影响。支撑装置的结构形式、传感器性能参数、不同类型的作动器、控制软硬件系统都会对定位精度造成影响。另一方面，机电系统中不可避免的振动现象对产品制造精度、测量精度的不良影响日益突出。例如，半导体芯片制造的光刻精度已经进入一百纳米以下，这就使得环境振动对光刻精度的影响变得十分明显，微小的振动都会影响到芯片的加工精度，缩短机械设备的使用寿命。再比如，精密光学实验中，实验台微小的振动会导致光路发生变化，使得实验结果严重偏离实际值，造成很大的误差。在一般所处的环境中存在大量振动源，如机器运转、车辆行驶、人员走动等引起地面振动，以及空调对流、声音等都会对实验台造成影响。因此为了满足精密制造、精密测量以及光学实验等对定位精度的严格要求，需要对精密定位隔振平台作深入的研究。目前，支撑装置一般采用滚珠直线导轨、滚珠丝杠等部件，由于是接触约束副，存在间隙、摩擦等问题，间隙碰撞、非线性摩擦力会大大增加控制难度，影响最终的控制精度。常见的主动作动器有如下几种，压电作动器、气动作动器、液压作动器、磁致伸缩作动器。压电作动器存在驱动力、变形量小的缺点，不适合作为大位移的驱动器。气压和液压作动器的缺点是设备庞大，需要额外设备供气供液，而且有严重的延时性，控制精度不高，不适合用作精密的控制场合。磁致伸缩作动器适合高频，大驱动力的隔振场合，但是其价格非常昂虫贝ο
技术实现思路
为了克服目前常用的支撑平台的精度不足问题，本专利技术提供一种基于音圈电机和柱面气浮导轨的精密定位隔振平台，该隔振平台行程大、响应快、隔振性能好、定位精度高。本专利技术提供的一种定位隔振平台，它包括定位隔振装置和主动控制器，两者之间通过电气连接，主动控制器对定位隔振装置进行位置控制和振动控制。作为上述技术方案的改进，所述定位隔振装置包括三个结构相同的支撑腿，以及三个速度传感器，三个支撑腿分别位于负载平板的三个角并共同对其进行支撑，三个速度传感器安装在负载平板对应三个支撑腿的位置，用于检测负载平板的三个角处垂向的绝对速度。3作为上述技术方案的进一步改进，每个所述支撑腿均包括音圈电机、气浮导轨、螺旋弹簧、柔性块和位移传感器；音圈电机定子与基板相连，音圈电机动子与U型连接架相连；脚垫座固定在基座上，脚垫螺钉的一端通过螺纹与脚垫座连接，气浮导轨由气浮导轨外部套筒和气浮圆柱组成，气浮圆柱位于气浮导轨外部套筒内部，气浮圆柱能够沿着气浮导轨外部套筒的内壁上下滑动；气浮导轨外部套筒固定在基座的一个立柱上，螺旋弹簧上端 固定在气浮圆柱的下端，另一端与螺旋弹簧夹持板连接；螺旋弹簧夹持板由脚垫螺钉支撑；连接板一端与气浮圆柱的上端相连，连接板另一端与U型连接架相连；柔性块固定在连接板的中间位置；位移传感器通过位移传感器安装板固定在基座的另一个立柱上；位移传感器探测头正好位于连接板固定柔性块位置的下方，用于检测柔性块处的垂向位移；柔性块与负载平板固定，对负载平板进行支撑，速度传感器固定在支撑腿上方的负载平板上，用于检测负载平板此处的速度信号；限位螺钉的一端通过螺纹连接在音圈电机定子上，其另一端位于负载平板的沉头孔中，但未与负载平板相接触。作为上述技术方案的另一进一步改进，所述柔性块为水平方向上十字交叉的柔性铰链组成。作为上述技术方案的更进一步改进，主动控制器由上位控制机和下位执行器组成，两者之间通过总线连接通信，下位执行器用于采集定位隔振装置的位移信号和速度信号，并传送给上位控制机，上位控制机对位移信号和速度信号分别作差值运算和PID处理，得到控制指令，定位隔振装置根据控制指令进行位置控制和振动控制。作为上述技术方案的再进一步改进，下位执行器包括数据采集卡、信号调理卡和音圈电机驱动器；数据采集卡的A/D采集通道与信号调理卡相连；数据采集卡的D/A通道与音圈电机驱动器相连；信号调理卡与三个位移传感器、三个速度传感器相连；音圈电机驱动器与三个音圈电机动子相连。作为上述技术方案的再进一步改进，上位机中设置有减法器和PID算法模块；减法器用于对位移传感器检测的位移信号和速度信号进行差值运算，PID算法模块对差值进 Τ PID处理，作为控制指令驱动首圈电机的动作，实现位直控制和振动控制。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是I)本专利技术采用三个音圈电机作为主动隔振装置的作动器，由于音圈电机结构简单、噪音低、效率高，且具有很高的分辨率、无滞后、高响应、高加速度、力特性好，能很好的应用于精密定位隔振中。三个音圈电机共同支撑负载平板，通过调整各个电机的输出力的大小，能够保证负载平板的水平位置精度，改善了以往只有单一驱动带来负载平板水平精度不高的弊端，使得精密定位隔振平台的性能大为改善。2)采用柱面气浮导轨作为垂向移动副，由于气浮导轨基于空气轴承的基本原理，可以实现无摩擦和无振动的平滑移动。它具有运动精度高、清洁无污染等特点。同时还具有误差均化作用，因而可用比较低的制造精度来获得较高的导向精度。每个支撑腿通过柔性块与负载平板相连，柔性块为圆柱体上切割形成的水平方向上十字交叉的柔性铰链，在水平方向上具有较低的刚度，而在垂向上可以具有较大的支撑能力，能够很好的解决三个支撑腿在垂向上的耦合。气浮导轨下端与螺旋弹簧连接，弹簧作为主支撑部件能够抵消负载的重力作用，大大减小音圈电机的力的输出，从而节省了能量，同时也避免音圈电机电流过大造成的发热。同时弹簧下面的高度可调脚垫可以根据三弹簧不同压缩量来预调整平台的水平。3)上层控制的主控机采用嵌入式工业控制计算机，采用下位机开放式控制方式，使得本专利技术能具有高速数据处理能力和实时数据交互能力。采用开放式结构体系，方便增加或改变其硬件配置。采用包含位置控制和振动控制的主动控制方式，保证负载平板具有较高的位置精度，同时能衰减地基振动，便面负载平板收到地基振动而发生扰动影响定位 精度。本专利技术可广泛应用于精密加工、精密测量、光学实验等对平面位置精度有特殊要求的领域。附图说明图I是本专利技术定位隔振装置的示意图，其中1负载平板、2支撑腿、3速度传感器；图2是图I的俯视图；图3是本专利技术的中支撑腿2的结构示意图，其中2. O基座、2. 11脚垫座、2. 12脚垫螺钉、2. 21螺旋弹簧夹持板、2. 22螺旋弹簧、2. 31气浮导轨外部套筒、2. 32气浮圆柱、2. 4连接板、2. 5柔性块、2. 61音圈电机定子、2. 62音圈电机动子、2. 63U型连接架、2. 71位移传感器安装板、2. 72位移传感器；图4是本专利技术的局部剖视图，其中1. O限位螺钉；图5是柔性块示意图；图6是控制系统结构示意图，其中4上位控制机、5下位执行器、5. 1DMM-32-A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定位隔振平台，它包括定位隔振装置和主动控制器，两者之间通过电气连接，主动控制器对定位隔振装置进行位置控制和振动控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，李子龙，吴文江，徐振高，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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