CN107703719A - 一种气浮共面真空预压平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气浮共面真空预压平台，包括水平底座，平行设置的两个第一基座，以及垂直设在两个第一基座之间的第二基座，两个第一基座上均套有与其滑动连接的第一气浮导轨，第二基座上套有与其滑动连接的第二气浮导轨，且第二基座的两端分别与两个第一气浮导轨固定连接，还包括用于驱动第一气浮导轨沿第一基座滑动的第一直线电机，和用于驱动第二气浮导轨沿第二基座滑动的第二直线电机，第二气浮导轨为真空预压式气浮导轨；整体结构采用共面的H型设置，结构刚度大，承载能力高，且易保证两气浮导轨在两方向运动平面基准的统一，而第二气浮导轨采用真空预压气浮技术可以防止其发生垂直方向的窜动，可以进一步提高精度，保证稳定性。

Description

一种气浮共面真空预压平台

技术领域

本发明涉及气浮定位平台技术领域，特别是涉及一种气浮共面真空预压平台。

背景技术

高精度和高分辨率的精密位移工作台系统在现代军工、航海、电子制造等高科技产业和科学研究领域内占有极为重要的地位，一些精密、超精密切削加工、精密检测、超大规模集成电路生产中都用到高精度的精密位移工作台。

超精密气浮工作台系统是当前主流光刻机的核心子系统，要求具有纳米级的重复定位精度与同步运动精度。工作台和导轨之间以一层极薄的气体隔开，以气体为润滑剂的气浮导轨系统，具有高精度、低摩擦、长寿命等优点，其精度比滚珠直线导轨高两个数量级，气浮导轨结构在超精密工件台系统中应用广泛。

但在应用中发现普通的静压气浮导轨在竖直方向上会有振幅为纳米级的微幅振动，频率从几十赫兹到几千赫兹，且这种振动频率位于控制带宽之内，属于闭环之外的扰动，控制系统对这种振动的抑制作用很小，超精密气浮工作台系统一旦使能，振动将会被激发放大，大大降低系统的控制精度；另外，普通的静压气浮导轨承载能力较低、刚度低，且稳定性不够。

因此如何提高气浮工作台的运动精度、稳定性和承载能力，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气浮共面真空预压平台，其具有较高的运动精度、稳定性和较大承载能力。

为解决上述技术问题，本发明提供一种气浮共面真空预压平台，包括水平底座，固定在所述底座上且平行设置的两个第一基座，以及设在两个所述第一基座之间且延伸方向垂直于所述第一基座的第二基座，两个所述第一基座上均套有与其滑动连接的第一气浮导轨，所述第二基座上套有与其滑动连接的第二气浮导轨，且所述第二基座的两端分别与两个所述第一气浮导轨固定连接，还包括用于驱动所述第一气浮导轨沿所述第一基座滑动的第一直线电机，和用于驱动所述第二气浮导轨沿所述第二基座滑动的第二直线电机，所述第一直线电机的定子固定在所述底座上，所述第一直线电机的动子与所述第一气浮导轨连接，所述第二直线电机的定子安装在所述第二基座上，所述第二直线电机的动子与所述第二气浮导轨连接，所述第二气浮导轨为真空预压式气浮导轨。

优选地，所述底座上设有用于测量所述第一气浮导轨滑动位移的第一光栅尺组件；所述第二基座上还安装有用于测量所述第二气浮导轨滑动位移的第二光栅尺组件。

优选地，所述底座上还安装有用于限制所述第一气浮导轨位移的第一光电限位传感器；所述第二基座上安装有用于限制所述第二气浮导轨位移的第二光电限位传感器。

优选地，所述第一直线电机的定子设在所述第一基座的外侧，所述第一直线电机的动子上设有动子固定座，所述第一直线电机的动子通过所述动子固定座与所述第一气浮导轨的外侧连接。

优选地，所述第二基座的两端通过过渡板与两个所述第一气浮导轨的内侧连接。

优选地，所述第二基座的两侧底部安装有用于产生正压以使所述第二基座竖直悬浮的气浮支撑座。

优选地，所述第一基座的横截面为T型。

优选地，所述底座为大理石底座。

优选地，所述第一基座与所述底座螺栓连接，所述气浮支撑座与所述第二基座螺栓连接。

本发明提供的气浮共面真空预压平台，包括水平底座，固定在底座上且平行设置的两个第一基座，以及设在两个第一基座之间且延伸方向垂直于第一基座的第二基座，两个第一基座上均套有与其滑动连接的第一气浮导轨，第二基座上套有与其滑动连接的第二气浮导轨，且第二基座的两端分别与两个第一气浮导轨固定连接，还包括用于驱动第一气浮导轨沿第一基座滑动的第一直线电机，和用于驱动第二气浮导轨沿第二基座滑动的第二直线电机，第一直线电机的定子固定在底座上，第一直线电机的动子与第一气浮导轨连接，第二直线电机的定子安装在第二基座上，第二直线电机的动子与第二气浮导轨连接，第二气浮导轨为真空预压式气浮导轨。

工作时，沿Y方向滑动的两个第一气浮导轨通入气体，在两个第一直线电机的带动下，两个第一气浮导轨能够带动第一基座沿Y方向实现低摩擦运动；第二气浮导轨为真空预压式气浮导轨，通过调节导轨内真空气体与气浮气体的压力比，可以使第二气浮导轨与第二基座之间产生气膜间隙，在第二直线电机的带动下，第二气浮导轨能够沿X方向实现低摩擦运动，并且其中的真空气体可以使第二气浮导轨吸附于底座平面，从而限制第二气浮导轨垂直方向的自由度，并防止气体窜动。

综上所述，本发明提供的气浮共面真空预压平台，整体结构采用共面的H型设置，结构刚度大，X、Y方向运动模块位于同一基准平面上，更加容易保证两方向运动平面基准的统一，且第二气浮导轨采用真空预压气浮技术可以防止其发生垂直方向的窜动，可以进一步提高精度，因此，能够在提高定位精度的同时保证承载能力和稳定性。

附图说明

图1为本发明所提供的气浮共面真空预压平台的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的气浮共面真空预压平台的一种具体实施方式的剖视图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种气浮共面真空预压平台，其具有较高的运动精度、稳定性和较大承载能力。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的气浮共面真空预压平台的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的气浮共面真空预压平台的一种具体实施方式的剖视图。

本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，包括水平底座1，底座1上固定有平行设置的两个第一基座2，两个第一基座2之间设有延伸方向垂直于第一基座2的第二基座3，两个第一基座2上均套有与其滑动连接的第一气浮导轨4，第二基座3上套有与其滑动连接的第二气浮导轨5，且第二基座3的两端分别与两个第一气浮导轨4固定连接，还包括用于驱动第一气浮导轨4沿第一基座2滑动的第一直线电机6，和用于驱动第二气浮导轨5沿第二基座3滑动的第二直线电机，第一直线电机6的定子固定在底座1上，第一直线电机6的动子与第一气浮导轨4连接，第二直线电机的定子安装在第二基座3上，第二直线电机的动子与第二气浮导轨5连接，第二气浮导轨5为真空预压式气浮导轨。

为方便描述，可将水平方向上第二基座3的延伸方向即第二直线电机带动第二气浮导轨5移动的方向设为X方向，水平方向上与Y方向垂直的方向即第一基座2的延伸方向为X方向，竖直方向设为Z方向。

工作时，沿Y方向滑动的两个第一气浮导轨4通入气体，在两个第一直线电机6的带动下，两个第一气浮导轨4能够带动第一基座2沿Y方向实现低摩擦运动；第二气浮导轨5为真空预压式气浮导轨，通过调节导轨内真空气体与气浮气体的压力比，可以使第二气浮导轨5与第二基座3之间产生气膜间隙，在第二直线电机的带动下，第二气浮导轨5能够沿X方向实现低摩擦运动，并且其中的真空气体可以使第二气浮导轨5吸附于底座1平面，从而限制第二气浮导轨5垂直方向的自由度，并防止气体窜动。

其中需要说明的是，真空预压式气浮导轨采用了真空预加裁技术，真空预加载能够提高气浮导轨承载能力和刚度，真空预加裁技术是在滑块的气浮工作面上设计一个真真空腔，靠真空负压把滑块吸附在导轨的气浮面上，从而产生预加载荷，这样能够提高气浮导轨的承载能力和刚度，当浮力与吸力平衡时，形成稳定的工作气膜，气浮导轨能够进行低摩擦运动。

综上所述，本发明提供的气浮共面真空预压平台，整体结构采用共面的H型设置，结构刚度大，X、Y方向运动模块位于同一基准平面上，更加容易保证两方向运动平面基准的统一，且第二气浮导轨5采用真空预压气浮技术可以防止其发生垂直方向的窜动，可以进一步提高精度，因此，能够在提高定位精度的同时保证承载能力和稳定性。

在上述具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，在底座1上可以安装有用于测量第一气浮导轨4滑动位移的第一光栅尺组件，在第二基座3上可以安装有用于测量第二气浮导轨5滑动位移的第二光栅尺组件7，第一光栅尺组件和第二光栅尺组件7均由标尺光栅和光栅读数头组成，第一气浮导轨4和第二气浮导轨5移动时，第一光栅尺组件和第二光栅尺组件7的光栅读数头分别实时测量第一气浮导轨4和第二气浮导轨5的位移，并可以将位移上传至控制浮共面真空预压平台的控制器。

进一步地，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，在底座1上还可以安装有用于限制第一气浮导轨4位移的第一光电限位传感器8，在第二基座3上可以安装有用于限制第二气浮导轨5位移的第二光电限位传感器9，可将第一光电限位传感器8和第二光电限位传感器9与控制器连接，并可以预先根据需要在控制器上设置第一气浮导轨4和第二气浮导轨5的位移限值，气浮导轨在相应直线电机带动下移动时，相应光栅读数头实时测量气浮导轨的位移并上传至控制器，当气浮导轨移动到预设的位移限值时，控制器控制相应光电限位传感器开启，使气浮导轨不能够再移动，从而实现限位。

进一步地，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，为方便各部件的安装和连接，第一直线电机6的定子可以设在第一基座2的外侧，在第一直线电机6的动子上可以设有动子固定座11，使得第一直线电机6的动子可以通过动子固定座11与第一气浮导轨4的外侧连接。

进一步地，在第二基座3的两端还可以设置过渡板12，第二基座3的两端可以通过过渡板12与两个第一气浮导轨4的内侧连接，连接更简单方便。当然也可以不设置过渡板12，将第二基座3与第一气浮导轨4直接相连，也在本发明的保护范围之内。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，在第二基座3的两侧底部可以安装有气浮支撑座10；平台工作时，气浮支撑座10通气产生正压，气浮支撑座10与底座1之间形成气膜间隙，气浮支撑座10在竖直方向即Z方向悬浮，从而使第二基座3在竖直方向悬浮，设置气浮支撑座10可以在保证第一气浮导轨4Y方向的低摩擦移动的情况下为第二基座3提供支撑。

进一步地，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，第一基座2的横截面为T型，第一气浮导轨4与第一基座2滑动连接，槽形包覆第一基座2，连接更稳定；当然第一基座2的结构并不限于此，本申请对此不作具体限制。

进一步地，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，底座1具体可以为大理石底座1，大理石底座1表面比较光滑，可以进一步减小各浮动气轨移动时的滑动摩擦力，且更容易保证定位精度和移动平稳性；当然，也可以选用玻璃板等其他光滑板材，均在本发明的保护范围之内。

进一步地，本发明具体实施方式提供的气浮共面真空预压平台，第一基座2与底座1之间具体可以螺栓连接，气浮支撑座10与第二基座3之间具体可以螺栓连接，螺栓连接简单方便，稳定可靠，且可拆卸，当然，也可以采用焊接、卡接等其他连接方式，均在本发明的保护范围之内。

以上对本发明所提供的气浮共面真空预压平台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气浮共面真空预压平台，其特征在于，包括水平底座，固定在所述底座上且平行设置的两个第一基座，以及设在两个所述第一基座之间且延伸方向垂直于所述第一基座的第二基座，两个所述第一基座上均套有与其滑动连接的第一气浮导轨，所述第二基座上套有与其滑动连接的第二气浮导轨，且所述第二基座的两端分别与两个所述第一气浮导轨固定连接，还包括用于驱动所述第一气浮导轨沿所述第一基座滑动的第一直线电机，和用于驱动所述第二气浮导轨沿所述第二基座滑动的第二直线电机，所述第一直线电机的定子固定在所述底座上，所述第一直线电机的动子与所述第一气浮导轨连接，所述第二直线电机的定子安装在所述第二基座上，所述第二直线电机的动子与所述第二气浮导轨连接，所述第二气浮导轨为真空预压式气浮导轨。

2.根据权利要求1所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述底座上设有用于测量所述第一气浮导轨滑动位移的第一光栅尺组件；所述第二基座上还安装有用于测量所述第二气浮导轨滑动位移的第二光栅尺组件。

3.根据权利要求2所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述底座上还安装有用于限制所述第一气浮导轨位移的第一光电限位传感器；所述第二基座上安装有用于限制所述第二气浮导轨位移的第二光电限位传感器。

4.根据权利要求3所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述第一直线电机的定子设在所述第一基座的外侧，所述第一直线电机的动子上设有动子固定座，所述第一直线电机的动子通过所述动子固定座与所述第一气浮导轨的外侧连接。

5.根据权利要求4所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述第二基座的两端通过过渡板与两个所述第一气浮导轨的内侧连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述第二基座的两侧底部安装有用于产生正压以使所述第二基座竖直悬浮的气浮支撑座。

7.根据权利要求6所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述第一基座的横截面为T型。

8.根据权利要求7所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述底座为大理石底座。

9.根据权利要求8所述的气浮共面真空预压平台，其特征在于，所述第一基座与所述底座螺栓连接，所述气浮支撑座与所述第二基座螺栓连接。