CN102621064A - 一种减振平台及基于该减振平台的光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减振平台，包括可移动台面和用于驱动可移动台面运动的驱动系统，还包括减振底座，所述的可移动台面的驱动系统设置于减振底座上。同时公开了一种基于该减振平台的光学检测系统。本发明的减振平台充分考虑到应用在大尺寸大移动量条件下精密减振的需要，其整体振动量较小，可达0.005mm数量级。不仅实现在X、Y两个方向上的大尺寸和大移动量条件下的精密减振，同时也实现在X、Y、Z三个方向上的大尺寸和大移动量条件下的精密减振，尤其适用于尺寸超过200mm×200mm的大尺寸光学检测系统。基于该减振平台的光学检测仪充分考虑到光学检测精密测量的需要，利用减振平台的减振结构，保证了光学检测的精确度。

Description

一种减振平台及基于该减振平台的光学检测系统

技术领域

本发明涉及一种承载检测对象进行性能参数测量、检测的的载体平台，尤其涉及一种可有效减小环境振动对检测效果影响的载体平台，同时涉及一种基于该载体平台的光学检测系统。

 

背景技术

传统的3自由度平台的台面的X轴长度与Y轴宽度设计一般不超过400mm×400 mm，其X轴与Y轴方向的移动量也一般不会超过±200mm×±200 mm。因为测量评价方面很多参数是以绝对量作为评价尺度，而不能使用相对量作为评价尺度，所以超过上述尺寸的大尺寸与大移动量会带来台面平行度与粗糙度难以控制在很小范围、台面移出后失去平衡、产生倾斜等问题。尤其值得关注的是传统的3自由度平台设计时，仅解决了小尺寸应用条件下的减振问题，无法对超过常规尺寸的检测对象进行精密测量。

近年来，由于技术与产业的不断进步，大尺寸的超精密仪器与设备，特别是应用大尺寸平台的需求也越来越多，而与这种大尺寸平台相配合使用的光学测量仪器一般都具有占空间较大、自身重量较重、对环境要求较苛刻等特点，因为要提高测量的精度与分辨率，一般会使用波长较短或者是单一波长纯色的光来进行投射，所以结构复杂、振动敏感。光学测量仪器一般会安装在3自由度平台的可移动Z轴上，所以大尺寸平台的Z轴一般会出现调出所需要的景深后下滑，致使所要测量的物体难于稳定在目镜中，不利于观察；同时，X轴与Y轴的大尺寸与大移动量也会使Z轴的结构不利于减少振动。

这样的结果造成一方面为了追求效率要求把平台的台面变大、把平台的移动量也变大，而相对应的平台自身振动量也在变大；另一方面为了追求质量要求把平台所承载的光学测量仪器变为精度更高、分辨率也更高的设备，可是这种高精度、高分辨率又会反过来要求平台自身的振动量要更小，为了安装高精度、高分辨率的光学测量仪器也会使平台的自身振动量变大。为了解决上述矛盾的现象，就必须开发出适应这种要求的3自由度、抑振、大尺寸、大移动量的载体平台。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种可有效减小环境振动及自身振动对检测结果的影响、提高检测精度的减振平台，基于该技术方案的减振平台可实现满足大尺寸大移动量检测条件的二自由度或者三自由度的减振平台，同时提供一种基于该减振平台的光学检测系统。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明技术方案的减振平台包括一可移动台面和用于驱动移动台面运动的驱动系统，还包括一减振底座，所述的可移动台面的驱动系统设置于减振底座上，所述的减振底座为可移动台面和驱动系统整体提供减振功能。

所述的驱动系统包括驱动移动台面进行横向运动的第一驱动系统和驱动可移动台面进行纵向运动的第二驱动系统，所述的第一驱动系统实现可移动台面的横向运动亦即实现X轴方向的运动，相应地，所述的第二驱动系统实现移动台面的纵向运动亦即实现Y轴方向的运动，即可移动台面因受到驱动系统的驱动而可在X轴方向和Y轴方向运动。考虑到X轴驱动系统和Y轴驱动系统之间的配合关系，二者之间还设置有一中间系统。

为了实现本发明技术方案的减振平台适用于大尺寸大移动量的检测条件，所述的减振底座包括一支撑平台，所述支撑平台的下方悬置至少一个下垂式抑振器，所述的下垂式抑振器包括包装体和容纳于包装体中的减振粒状物，包装体通过连接体与支撑平台连接。所述的至少一个下垂式抑振器组成了一个独立的抑振系统，考虑到可移动台面和驱动系统整体与减振底座的关系为串联式抑振的关系，则下垂式抑振器组成的抑振系统与可移动台面及驱动系统整体为并联式的抑振关系，进一步提升了减振效果。

更进一步地，所述减振底座的支撑平台固定设置于一减振支架上，所述的减振支架由一组减振管状物组成，所述的减振管状物由封闭型管状物和容纳在封闭型管状物内的减振颗粒组成。一般地，为了适应减振平台通常的形状为长方形或正方形的实际情况，减振支架可做成桌子的形式，顶端用于固定安装支撑平台。而由于减振支架的每个单元即减振管状物都具备减振功能，则减振支架与上述的抑振系统协同工作，为整个装置进行减振。相应地，上述抑振系统中的下垂式抑振器可以选择安装在减振支架的减振管状物上，亦可同时安装在支撑平台和减振管状物上。

为了使本技术方案的减振平台可进行X、Y、Z三个方向上的自由度，其还包括设置于减振底座上的减振臂，所述的减振臂包括垂直固定于所述减振底座的第一减振部，以及与第一减振部连接并平行于所述移动台面的第二减振部。为了实现更好的减振效果，所述的第一减振部和第二减振部设计为中空结构，其内壁设置有第一加强筋结构，所述的加强筋结构为与减振臂结构一体成型得到，形状可选择交叉式或斜拉式。

更进一步地，所述的第二减振部顶端设置有沿垂直于可移动台面方向往复运动的行走机构。一般地，所述可移动台面在实际应用中主要为水平设置，相应地，所述的行走机构则沿着垂直方向往复运动，即实现了减振平台在X、Y、Z三个方向的自由度。

更进一步地，所述的支撑平台呈具有厚度的中空平板状结构，其内壁设置有第二加强筋结构，与上述减振臂的结构类似，所述的加强筋结构为与支撑平台本体一体成型得到，形状可选择交叉式或斜拉式。

更进一步地，为了实现更好的减振效果，还可以与移动台面相配合工作的第一驱动系统中增设至少一个振动抑制板，该振动抑制板的材料可选择弹性较好的金属材料。

本发明同时提供了一种基于上述减振平台的光学检测系统，即在所述的减振平台上固定设置有一个光学检测仪，一般为一种光学显微镜，其位置一般是固定的，通过减振平台在X轴方向和Y轴方向的运动实现检测对象的位置变化，从而实现对检测对象的光学检测。

由于减振平台还设置有一减振臂，减振臂的第二减振部顶端的行走机构可带动光学检测仪进行垂直于移动台面的往复运动，实际上实现了光学检测仪与待检测对象之间的距离可调，即实现了三自由度的光学检测。

本技术方案中，考虑到实际应用中光学检测仪的重量较重，不利于其自身的平衡，亦会产生较大振动影响到检测效果，其还包括用于平衡光学检测仪位置的重量平衡器，所述的重量平衡器包括一重量平衡器和柔性索，柔性索一端与重量平衡器连接，另一端与光学检测仪连接，亦可与上述的行走机构连接，而行走机构带动光学检测仪在行程范围内上下运动。

有益效果

本发明的减振平台的结构在设计时充分考虑到应用在大尺寸大移动量条件下精密减振的需要，不仅仅是增加了移动台面的具体尺寸，同时也在各组成结构中增加了具有减振功能的单元，使得其整体振动量较小，可达0.005mm数量级。同时，本发明的减振平台不仅实现在X、Y两个方向上的大尺寸和大移动量条件下的精密减振，同时也实现在X、Y、Z三个方向上的大尺寸和大移动量条件下的精密减振，尤其适用于尺寸超过200mm×200 mm的大尺寸光学检测系统。基于该减振平台的光学检测仪充分考虑到光学检测精密测量的需要，利用减振平台的减振结构，保证了光学检测的精确度。

 

附图说明

图1是本发明一个实施例的减振平台的主视图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是重量平衡器结构示意图；

图5是减振臂的主视图；

图6是减振臂的仰视图；

图7是减振臂的侧视图；

图8是图5 A-A向示意图；

图9是减振支架的减振管状物结构示意图；

图10是抑振系统及减振支架结构示意图；

图11是支撑平台的主视图；

图12是支撑平台的俯视图；

图13是支撑平台的侧视图；

图14是可移动台面及中间系统侧视图；

图15是可移动台面及中间系统俯视图

图16滚针与三角导轨的侧视图；

图17是滚针与三角导轨的立体图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供了一种三自由度减振平台，图示中亦给出了由其提供支持的光学检测仪。本实施例的三自由度减振平台包括可移动台面2和用于驱动可移动台面2运动的驱动系统，其还包括减振底座5，所述的可移动台面2的驱动系统设置于减振底座5上。所述的驱动系统包括驱动可移动台面2进行横向运动的第一驱动系统2和驱动可移动台面2进行纵向运动的第二驱动系统4。第一驱动系统2和第二驱动系统4通过中间系统3相连接。

如图1、图2、图10所示，所述的减振底座5包括一支撑平台51，所述支撑平台51的下方悬置至少一个下垂式抑振器7，所述的下垂式抑振器7包括包装体71和容纳于包装体71中的减振粒状物72，包装体71通过连接体73与支撑平台51连接。减振底座5的支撑平台51固定设置于减振支架6上，如图9、图10所示，所述的减振支架6由一组减振管状物600组成，减振支架6包括减振管状物600、管状物连接件605及减振脚垫604，所述的减振管状物600由封闭型管状物601和容纳在封闭型管状物601内的减振颗粒602组成。所述的下垂式抑振器7亦可以选择悬置于减振支架6的减振管状物600上。减振管状物600是由管状物601、抑振用不同尺寸规格不同几何形状的粒状物602、封堵物603组成。管状物601内装填抑振用不同尺寸规格不同几何形状的粒状物602后用封堵物603封堵，不让粒状物602漏出。然后把减振管状物600用焊接或者螺纹连接方式连接后再在腿脚垫上减振脚垫604组成减振支架6，图10中a1表示减振支架6支撑的待减振物体。

如图1、图2、图3、图5、图6、图7、图8所示，本实施例的三自由度减振平台还包括设置于减振底座5上的减振臂8，所述的减振臂8包括垂直固定于所述减振底座5的第一减振部81，以及与第一减振部82连接并平行于所述移动台面2的第二减振部82。所述的第二减振部82顶端设置有沿垂直于移动台面2方向往复运动的行走机构10。所述的第一减振部81和第二减振部82为中空结构，其内壁设置有第一加强筋结构802。当第二减振部82前端安装较重的光学检测仪器时，则需要在减振臂8内安装重量平衡器9，其结构如图4所示，即包括一重量平衡单元901和柔性索903，柔性索903一端与重量平衡单元901连接，另一端与光学检测仪1连接，所述的重量平衡单元901可以是发条式或者是重锤式重量平衡单元。减振臂8具体包括：与行走机构10相连的连接机构801、加强筋结构802、厚壁U型支撑结构803、与减振底座5连接的连接机构804及重量平衡器9的连接轴件805，减振臂8属于结构功能性的系统，主要起到连接、支撑、减振、抑振的作用，且结构较为复杂，所以多采用模具成型工艺，也可以采用焊接成型工艺。而模具成型铸件可以利用材料的配比实现（例如：球墨铸铁）减振、抑振的作用。连接机构801主要是完成与行走机构10的连接功能，一般会采用螺纹连接，而连接机构801上的结构就是若干个带螺纹的螺栓孔。加强筋结构802是为了保证减振臂8具有足够的强度与刚度而设计的互为斜拉的加强筋，加强筋是可以实现高强度的结构件的理想手段，而互为斜拉的加强筋可以平衡一部分底座上传的振动。厚壁U型支撑结构803是为了保证减振臂8具有足够的强度与刚度的同时可以在其内部安装部件，所以设计成为U型。与减振底座5的连接机构804是为了保证稳定所以设计成为宽口连接方式。轴件805的功能为重量平衡器9中的柔性索903提供改变方向的支撑点，并使其连接到发条式或者是重锤式重量平衡单元901上。

如图1、图2、图3所示，当本实施例的三自由度减振平台安装上光学检测仪1时，则减振平台需要实施为光学检测仪1提供支持的功能，光学检测仪1需要在一定的行程内上下移动，所以行走机构10包括只能单自由度移动的双滚珠丝杠机构、齿轮齿条传动的可以初微调结构、及与光学检测仪1相连接的机构。上述结构一般采用传统的常规结构。单自由度移动的双滚珠丝杠机构是用来实现单自由度移动。齿轮齿条传动的可以初微调结构是用来实现转动变直线的垂直于可移动台面2的方向上的移动。在齿轮的固定座上加工出螺纹机构，并使螺栓的端部可以旋拧到齿条的固定座上，这个结构可以用来起到保险自锁的作用；同时，为了不使光学检测仪1的镜头遭受误操作所带来的碰到可移动台面2或者待检测物品的危险，还安装了最下位置的限位机构（图中未示出）。

如图11、图12、图13所示，所述的支撑平台51呈具有厚度的中空平板状结构，其内壁设置有第二加强筋结构503。如图11所示，支撑平台具体包括厚壁台面支撑结构501、与第二驱动系统4相连的连接结构502、加强筋结构503、搬运用机构504、与减振臂8相连的连接结构505、与下垂式抑制器7组成的抑振系统相连的连接结构506、与发条式或者是重锤式重量平衡单元901相连的连接结构507。支撑平台51主要起到支撑、连接、减振、抑振的作用，且结构较为复杂，所以多采用模具成型工艺，也可以采用焊接成型工艺。而模具成型铸件可以利用材料的配比实现（例如：球墨铸铁）减振、抑振的作用。厚壁台面支撑结构501主要起到连接、支撑、减振、抑振的作用，台面重量重、结构复杂，且台面上平面501-1、501-2、501-3既要求自身的平面度有要求相互之间的平行度。与第二驱动系统4的连接结构502的连接功能一般采用螺纹连接，而连接结构502上的结构就是若干个带螺纹的螺栓孔。加强筋结构503是为了保证减振底座系统具有足够的强度与刚度而设计的互为斜拉的加强筋，加强筋是可以实现高强度的结构件的理想手段，而互为斜拉的加强筋可以平衡一部分底座上传的振动。搬运用机构504是较大尺寸的螺纹孔，在搬运时安装上与之相配的螺栓作为把手以提高操作的便利性。与减振臂8的连接结构505为螺栓孔，在安装时，将支撑平台和减振臂相对的两个平面涂胶对正后用螺栓锁紧即可。与抑振系统的连接结构506、与发条式或者是重锤式重量平衡单元901的连接结构507也采用螺纹连接

如图14、图15所示，所述的第一驱动系统1包括与可移动台面2相连接的至少一个振动抑制板2010。第一驱动系统1实际上包括X轴移动台面201即可移动台面2、与中间系统3连接的连接结构202、连接螺栓203、固定螺栓204、固定螺栓205、固定板206、推杆螺栓208、推杆固定板209 及振动抑制板2010。而上述结构在X轴移动台面201下面是成对对称存在的。固定螺栓205把X轴移动台面201与振动抑制板2010固定在一起。传统的振动抑制板2010只是在正在两只固定板206的中间所加入的起加强筋作用的。本发明的振动抑制板2010是根据有限元计算的结果，在X轴移动台面201弯曲振动剧烈的地方多加入一到两只振动抑制板2010，使振动在其他条件相同时，振动量明显减小。在传统的条件下，振动量在0.1mm数量级，现在的振动量在0.005mm数量级。

如图15、图16、图17所示，可移动台面2与中间系统3通过一连接结构202相连接，具体包括：三角导轨202a、滚针固定器202b、滚针202c；固定螺栓303把中间系统3的中间台面301与固定板302固定在一起，固定螺栓把三角导轨202a固定在固定板302上的凹槽中，滚针固定器202b把滚针202c分为间隔，滚针202c针面与三角导轨202a面贴合。固定螺栓203把可移动台面2固定在一起，固定螺栓把三角导轨202d固定在固定板206上。固定螺栓204把推杆固定板209与X轴移动台面201固定在一起，推杆螺栓208的松紧就可以调节固定板206、三角导轨202d所组成的结构与固定板302、三角导轨202a、固定器202b、滚针202c之间的间隙，一般调节到滚针202c与三角导轨202d的轨面与滚针202c针面贴合。这样推动X轴移动台面201，滚针202c的针面就会在三角导轨202d与三角导轨202a的轨面间滚动。

Claims (14)

1.一种减振平台，包括可移动台面（2）和用于驱动可移动台面（2）运动的驱动系统，其特征在于，还包括减振底座（5），所述的可移动台面（2）的驱动系统设置于减振底座（5）上。

2.如权利要求1所述的减振平台，其特征在于，所述的驱动系统包括驱动可移动台面（2）进行横向运动的第一驱动系统（2）和驱动可移动台面（2）进行纵向运动的第二驱动系统（4）。

3.如权利要求2所述的减振平台，其特征在于，所述的第一驱动系统（2）和第二驱动系统（4）通过中间系统（3）相连接。

4.如权利要求1所述的减振平台，其特征在于，所述的减振底座（5）包括一支撑平台（51），所述支撑平台（51）的下方悬置至少一个下垂式抑振器（7），所述的下垂式抑振器（7）包括包装体（71）和容纳于包装体（71）中的减振粒状物（72），包装体（71）通过连接体（73）与支撑平台（51）连接。

5.如权利要求4所述的减振平台，其特征在于，减振底座（5）的支撑平台（51）固定设置于减振支架（6）上，所述的减振支架（6）由一组减振管状物（600）组成，所述的减振管状物（600）由封闭型管状物（601）和容纳在封闭型管状物（601）内的减振颗粒（602）组成。

6.如权利要求5所述的减振平台，所述的减振支架（6）上悬置至少一个下垂式抑振器（7），所述的下垂式抑振器（7）包括包装体（71）和容纳于包装体（71）中的粒状物（72），包装体（71）通过连接体（73）与减振管状物（600）连接。

7.如权利要求1-6任一项权利要求所述的减振平台，其特征在于，还包括设置于减振底座（5）上的减振臂（8），所述的减振臂（8）包括垂直固定于所述减振底座（5）的第一减振部（81），以及与第一减振部（82）连接并平行于所述移动台面（2）的第二减振部（82）。

8.如权利要求7所述的减振平台，其特征在于，所述的第二减振部（82）顶端设置有沿垂直于移动台面（2）方向往复运动的行走机构（10）。

9.如权利要求7所述的减振平台，其特征在于，所述的第一减振部（81）和第二减振部（82）为中空结构，其内壁设置有第一加强筋结构（802）。

10.如权利要求5所述的减振平台，其特征在于，所述的支撑平台（51）呈具有厚度的中空平板状结构，其内壁设置有第二加强筋结构（503）。

11.如权利要求2所述的减振平台，其特征在于，所述的第一驱动系统（1）包括与移动台面（2）相连接的至少一个振动抑制板（2010）。

12.一种包括权利要求1至11任一项权利要求所述减振平台的光学检测系统，其特征在于，所述的减振平台上固定设置有光学检测仪（1）。

13.如权利要求12所述的光学检测系统，其特征在于，所述的光学检测仪（1）通过行走机构（10）与减振臂（8）的第二减振部（82）连接。

14.如权利要求13所述的光学检测系统，其特征在于，还包括用于平衡光学检测仪（1）位置的重量平衡器（9），所述的重量平衡器（9）包括一重量平衡单元（901）和柔性索（903），柔性索（903）一端与重量平衡单元（901）连接，另一端与光学检测仪（1）连接。

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