CN113977294A - 一种高精度直线驱动气浮定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高精度直线驱动气浮定位平台，花岗石基座上分别设置有Y1轴气浮轨道、Y1轴直线电机以及Y2轴直线电机，Y1轴气浮轨道的侧面设置有Y1轴气浮轴承，Y1轴气浮轴承的气浮面上设有永久磁铁、二者共同构成气浮滑块，Y1轴直线电机与Y2轴直线电机之间设置有X轴横梁，Y1轴气浮轴承与X轴横梁之间通过角度微调块实现非刚性连接；在使用过程中，Y1轴气浮轴承和Y1轴气浮轨道之间的相斥力与永久磁铁和Y1轴气浮轨道之间的吸附力达到动态平衡。本发明采用单侧气浮支撑结构克服了机构卡死问题，还利用角度微调块实现了非刚性连接方式，并使用直线电机组合的方式杜绝了机构的旋转问题，确保了整体的稳定性和精度保持性。

Description

一种高精度直线驱动气浮定位平台

技术领域

本发明涉及一种气浮定位平台，具体而言，涉及一种可应用于激光切割、数控加工及微观形貌测量等方面的高精度直线驱动气浮定位平台，属于精密微加工领域。

背景技术

对于诸多精密微加工设备而言，高精度定位平台都是其中的关键部分、发挥着提供支承和精确导向的作用。气浮定位平台作为高精度定位平台中的一种特殊类型，近年来逐步成为了国内外高精密技术研究的一个热点。

传统的机械导轨主要由轨道和滑块两部分组成，滑块内设有滚珠作为滚动体，导轨工作时滑块沿导轨方向进行直线运动，整个过程依靠的是滚动体在导轨和滑块之间的滚动摩擦，也正是因为机械摩擦的存在，使得设备在使用过程中易出现发热和磨损，且不可避免会产生迟滞现象，因而也会影响定位精度。与上述传统的机械导轨不同，气浮定位平台由于采用了气浮支撑技术，避免了运动部件之间的接触，不仅充分地满足了用户高几何精度、高定位精度和高稳定性的使用需求，而且还降低了平台使用过程中的能耗。

尽管气浮定位平台的精密度、耐用性显著高于传统技术，但是随着应用的深入，其不足也逐步显现。

首先，以目前应用最为广泛的双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台为例，这一平台主要采用龙门双驱的结构，该结构中相平行的两个轴基本都采用刚性连接，这也就使得如果想要达到平台产品设计时的精度、保证其长时间使用，就需要严格控制零部件加工及装配过程、尽可能地避免各生产环节所存在的误差，这无疑给加工企业带来了较大的困难和更高的加工成本。而且刚性连接的方式也并不符合高精度龙门双驱控制的交叉解耦算法的特性。在刚性连接的前提下，双边直线电机在驱动过程中需要始终保持高度一致，一旦出现任何的细微偏差，都很容易导致H型气浮结构的卡顿甚至整体卡死。

针对上述问题，目前也有部分业内研究者提出使用非刚性连接替代结构中的刚性连接、以提升结构的容错率，但这样一来又会带来一个新的问题、即因非刚性连接所导致的结构旋转。

其次，在目前已有的气浮定位平台中，其气浮滑块多为环抱式结构设计，气浮滑块整体设置于导向轨道上且与导向轨道的上端及两侧、共三个面互不接触。这也就意味着，在针对导向轨道的加工时，需要对其上的多个面进行加工、保证其平面度和直线度，这同样提高了加工企业的加工难度。而且对于一些对精密度要求极高的导向轨道而言，其长度、直线度等参数也很难满足长行程平台的使用需求。就现阶段的加工水平而言，以IKO品牌的最高的UP级精度为例，当导向轨道的长度为1m时，其直线度的加工精度极限为3μm。而导向轨道的长度为5m（该长度需要使用多段导向轨道拼接，厂家生产的最大长度无法达到）时，其直线度的加工精度极限仅为15μm。

综上所述，如何在上述现有技术的条件下，设计出一种全新的、高几何精度、高定位精度和高稳定性的气浮定位平台，避免机械卡死、加工难度大等诸多缺陷，这也就成为了目前本领域内技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种高精度直线驱动气浮定位平台，具体如下。

一种高精度直线驱动气浮定位平台，包括花岗石基座，所述花岗石基座的上端面沿Y轴方向分别设置有Y1轴气浮轨道、Y1轴直线电机以及Y2轴直线电机，

所述Y1轴气浮轨道的侧面设置有Y1轴气浮轴承，所述Y1轴气浮轴承的气浮面正对所述Y1轴气浮轨道，所述Y1轴气浮轴承的气浮面上开设有安装槽、槽内固定设置有永久磁铁，所述Y1轴气浮轴承与所述永久磁铁共同构成与所述Y1轴气浮轨道相匹配的气浮滑块，所述永久磁铁可吸附于所述Y1轴气浮轨道的侧面，

在所述Y1轴直线电机与所述Y2轴直线电机之间设置有两个相同且平行设置的XY轴水平真空预载气浮轴承，在两个所述XY轴水平真空预载气浮轴承的上端面沿X轴方向设置有X轴横梁，所述Y1轴气浮轴承与所述X轴横梁之间通过角度微调块实现非刚性连接，所述X轴横梁上设置有X轴直线电机及X轴气浮滑动组件；

在平台的使用过程中，所述Y1轴气浮轴承和所述Y1轴气浮轨道之间的相斥力与所述永久磁铁和所述Y1轴气浮轨道之间的吸附力达到动态平衡。

优选地，还包括设置于所述花岗石基座上的三台光栅尺，所述光栅尺为增量式光栅尺或绝对式光栅尺，三台所述光栅尺分别与所述Y1轴直线电机、所述Y2轴直线电机以及所述X轴直线电机匹配对应。

优选地，所述Y1轴直线电机、所述Y2轴直线电机以及所述X轴直线电机三者均为无铁芯直线电机且三者均与伺服控制器电性连接并由其控制驱动。

优选地，所述Y1轴直线电机由Y1轴直线电机定子及Y1轴直线电机线圈构成，所述Y1轴直线电机定子固定设置于所述Y1轴气浮轨道的上端面，所述Y1轴直线电机线圈可活动地嵌设于所述Y1轴直线电机定子上并可沿其往复运动；

所述Y2轴直线电机由Y2轴直线电机定子及Y2轴直线电机线圈构成，所述Y2轴直线电机定子借助Y2轴直线电机定子安装件固定设置于所述花岗石基座上，所述Y2轴直线电机线圈可活动地嵌设于所述Y2轴直线电机定子上并可沿其往复运动；

所述X轴直线电机由X轴直线电机定子及X轴直线电机线圈构成，所述X轴直线电机定子固定设置于所述X轴横梁的上端面，所述X轴直线电机线圈可活动地嵌设于所述X轴直线电机定子上，所述X轴直线电机线圈与所述X轴气浮滑动组件固定连接并可带动其沿所述X轴直线电机定子往复运动。

优选地，所述Y1轴气浮轴承为正压小孔节流气浮轴承，所述Y1轴气浮轴承的气浮面上开设有若干节流孔，每个所述节流孔内均镶嵌节流塞，多个所述节流孔之间由均压槽相连通。

优选地，在所述Y1轴气浮轴承与所述永久磁铁的连接状态下，所述永久磁铁的外侧端面内凹于所述Y1轴气浮轴承的气浮面。

优选地，所述角度微调块整体由弹性金属材料加工而成，所述角度微调块整体呈三段式结构，分别为首段、中段和尾段，所述首段与所述Y1轴气浮轴承固定连接，所述尾段分别与所述XY轴水平真空预载气浮轴承及所述X轴横梁固定连接，所述首段与所述中段通过第一连接部相连接且所述首段与所述中段二者间存在可发生形变的狭缝，所述中段与所述尾段通过第二连接部相连接且所述中段与所述尾段二者间存在可发生形变的狭缝，所述第一连接部与所述第二连接部的设置方向相垂直。

优选地，在所述角度微调块的装配状态下，所述第一连接部沿Z轴方向设置、所述第二连接部沿Y轴方向设置。

与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

本发明所提出的一种高精度直线驱动气浮定位平台，充分保留了气浮导向所具有的非接触、无摩擦磨损、无热量产生，无迟滞现象等优点，显著提升了平台整体的定位精度，大大降低了平台的使用能耗。

本发明的方案采用单侧气浮支撑结构，不仅克服了现有技术中双边直线电机驱动时因偏差导致的卡顿问题，而且在进行部件加工时仅需要保证单侧气浮导向面的平面度，极大地降低了部件加工的工艺难度、提升了几何精度。

本发明的方案中还设置有一个角度微调块，利用其合理形变将常见气浮定位平台中的刚性连接转变为了非刚性连接，解决了刚性连接容易卡死的技术缺陷。同时还利用直线电机组合的方式杜绝了非刚性连接结构所带来的机构旋转问题。非刚性连接的结构设置也使得定位平台结构中直线电机和光栅尺的安装难度大幅降低，既考虑了直线电机和光栅尺的特点、也更符合高精度龙门双驱交叉解耦算法的特性，使得对于气浮定位平台的控制更为方便高效，进一步保证了平台的稳定性和精度保持性。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明方案的整体结构示意图；

图2为本发明方案中导向部分的局部结构示意图；

图3为对应图2中导向部分的剖面结构示意图；

图4为本发明方案中可沿Y轴方向运动部分的局部结构示意图；

图5为本发明方案中角度微调块的结构示意图；

图6为本发明方案中直线电机部分的作用原理示意图。

其中：1、花岗石基座；2、Y1轴气浮轨道；3、Y1轴气浮轴承；4、XY轴水平真空预载气浮轴承；5、X轴横梁；6、Y1轴直线电机定子；7、Y1轴直线电机线圈；8、X轴气浮滑动组件；9、X轴直线电机线圈；10、X轴直线电机定子；11、Y2轴直线电机线圈；12、Y2轴直线电机定子；13、Y2轴直线电机定子安装件；14、角度微调块；15、第一连接部；16、第二连接部；17、永久磁铁。

具体实施方式

本发明提出了一种高精度直线驱动气浮定位平台，满足了曝光、半导体、激光等行业中诸多精密微加工设备的使用需求，具体方案如下。

如图1~图4所示，一种高精度直线驱动气浮定位平台，包括花岗石基座1，所述花岗石基座1的上端面沿Y轴方向分别设置有Y1轴气浮轨道2、Y1轴直线电机以及Y2轴直线电机。

此处所述Y1轴气浮轨道2的材质优选为马氏体不锈钢，其与所述Y2轴直线电机相对一侧的侧面经过精密人工研磨、平面度达1.5μm，所述Y1轴气浮轨道2的该侧侧面设置有Y1轴气浮轴承3，所述Y1轴气浮轴承3的气浮面正对所述Y1轴气浮轨道2，所述Y1轴气浮轴承3的气浮面上开设有安装槽、槽内固定设置有永久磁铁17，所述Y1轴气浮轴承3与所述永久磁铁17共同构成与所述Y1轴气浮轨道2相匹配的气浮滑块，所述永久磁铁17可吸附于所述Y1轴气浮轨道2的侧面，

在所述Y1轴直线电机与所述Y2轴直线电机之间设置有两个相同且平行设置的XY轴水平真空预载气浮轴承4，在两个所述XY轴水平真空预载气浮轴承4的上端面沿X轴方向设置有X轴横梁5，所述Y1轴气浮轴承3与所述X轴横梁5之间通过角度微调块14实现非刚性连接，所述X轴横梁5上设置有X轴直线电机及X轴气浮滑动组件8；

在平台的使用过程中，向所述Y1轴气浮轴承3内通入合适量的压缩空气时，此处优选为压力为0.5MPa正压洁净的压缩空气，所述Y1轴气浮轴承3会悬浮于所述Y1轴气浮轨道2的侧面、二者之间产生气膜，气膜的厚度为5μm~7μm，此时所述Y1轴气浮轴承3和所述Y1轴气浮轨道2之间因气膜所产生的相斥力与所述永久磁铁17和所述Y1轴气浮轨道2之间的吸附力达到动态平衡。

本方案中的所述Y1轴气浮轴承3为正压小孔节流气浮轴承，所述Y1轴气浮轴承3的气浮面上开设有若干节流孔，每个所述节流孔内均镶嵌节流塞，多个所述节流孔之间由均压槽相连通。此处所述均压槽的设置能够使得通过节流孔吹出来的压缩空气在气浮面上产生均匀的气浮力，气膜刚性高，设备运行的动态稳定性也很高（可达纳米级）。

在所述Y1轴气浮轴承3与所述永久磁铁17的连接状态下，所述永久磁铁17的外侧端面内凹于所述Y1轴气浮轴承3的气浮面。具体为所述永久磁铁17的外侧端面低于所述Y1轴气浮轴承3的气浮面约0.1mm，以避免所述永久磁铁17与所述Y1轴气浮轨道2发生摩擦，避免其对精度的影响。

本方案所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，还包括设置于所述花岗石基座1上的三台光栅尺（图中未示出），所述光栅尺为增量式光栅尺或绝对式光栅尺，三台所述光栅尺分别与所述Y1轴直线电机、所述Y2轴直线电机以及所述X轴直线电机匹配对应。所述光栅尺的分辨率可以根据实际的使用需要进一步确定，在本实施例中，所述光栅尺的分辨率优选为1nm。

如图5所示，本方案中的所述角度微调块14是一个特殊的连接件，在平台运动过程中该零件发挥了非常灵活的功能，所述角度微调块14整体由弹性金属材料经过一系列加工而成，其结构参照了狭缝型联轴器设计，而其原理则是参照了板簧的设计。所述角度微调块14整体呈三段式结构，分别为首段、中段和尾段，所述首段与所述Y1轴气浮轴承3固定连接，所述尾段分别与所述XY轴水平真空预载气浮轴承4、所述X轴横梁5、所述Y1轴直线电机线圈7以及所述Y2轴直线电机线圈11固定连接，所述首段与所述中段通过第一连接部15相连接且所述首段与所述中段二者间存在可发生形变的狭缝，所述中段与所述尾段通过第二连接部16相连接且所述中段与所述尾段二者间存在可发生形变的狭缝，所述第一连接部15与所述第二连接部16的设置方向相垂直，本实施例中，在所述角度微调块14的装配状态下，所述第一连接部15沿Z轴方向设置、所述第二连接部沿Y轴方向设置，所述角度微调块14在所述第一连接部15处的狭缝可满足与所述首段相连接的零件整体在绕Z轴方向旋转的角度微偏摆的自适应性要求；而所述角度微调块14在所述第二连接部16处的狭缝可满足与所述尾段相连接的零件整体在绕Y轴方向旋转的角度微偏摆的自适应性要求。

整个所述角度微调块14在龙门双驱结构的运动时要受到X方向的冲击力以及Y方向的冲击力考验。对于X方向的冲击主要体现在X轴运动部件加速情况下对狭缝的直接压缩或者拉伸力，例如：X轴运动部件的质量m=20Kg，加速度a=10m/s², 狭缝处连接部的横截面积S=16X10^-6㎡，狭缝处连接部的X向长度L=0.34mm，狭缝伸长量dL，单位mm，材料的弹性模量E=206GPa，根据材料弹性模量公式：E=(F/S)/(dL/L)，狭缝的冲击力即为：F=ma=200N。将已知数据代入弹性模量公式，206X10⁹=(200/16X10^-6)/(dL/0.34），则dL=0.02μm，即龙门双驱结构运动受到X方向冲击力造成的X方向稳定性偏差为±0.02μm、即±20nm。通过计算，龙门双驱结构XY轴运动时要受到Y方向的冲击力造成的Y方向稳定性偏差值＜±20nm，这个数字对龙门双驱结构直线度（几何精度）造成的影响可以忽略不计。

方案至此充分解决了单侧气浮导向问题，方案实施过程中只需要加工所述Y1轴气浮轨道2一个平面，避免了加工平面度和垂直度难的问题，大大降低了加工难度、降低了成本、提高了导向精度；也解决了机构非刚性连接问题。但是非刚性连接存在一个问题需要解决：该结构在实际生产中做直线运动或者停止时是不能存在偏摆（旋转）的情况发生的。要解决这个问题则需要利用本发明中的一个另一个重要技术点：利用直线电机的特性，运用直线电机的组合解决龙门双驱结构绕Z向旋转偏摆的问题。

本发明方案中的非刚性龙门双驱连接机构，与所述角度微调块14左右相连的零件在自然状态下角度可做小角度偏摆，上电使能时就不能偏摆（旋转），如果要使得偏摆（旋转）发生，必须要Y1轴和Y2轴朝相反的方向运动，一个往Y轴正方向、一个往Y轴负方向运动，而且必须要克服Y1轴直线电机和Y2轴直线电机产生的推力（或保持力），而这个力就是直线电机的峰值推力（或保持力），这个力不能被克服，也就不能发生旋转；从磁场平衡的角度来说，当非刚性龙门双驱结构上电使能时，定子永磁铁和线圈通电所产生的磁场瞬间就达到稳定状态，这个状态是电机保持力静止下来或者电机在两个电机同时同方向的推力下做直线运动，如果要改变这个稳定状态，就必然要破坏磁场间产生的力；从运动控制角度来说，龙门双驱结构的交叉解耦算法的原理就是要保持一轴运动的同时另一个轴实时同步，也就是说同步双驱两个轴始终同时往一个方向运动或者停止，这样旋转也就不会发生了。

从方案设置的角度而言，所述Y1轴直线电机、所述Y2轴直线电机以及所述X轴直线电机三者均为无铁芯直线电机且三者均与伺服控制器电性连接并由其控制驱动。

如图6所示，所述无铁芯直线电机由定子和动子两部分构成。其中定子即磁轨、为U型结构且固定不动，其内部布置两排永磁铁，这些永磁铁呈N极和S极交替排布。动子即为线圈、由UVW绕组构成，一般有一组或则多组封装在一起。电机工作时动子部分嵌设于在定子的两排永磁铁之间。根据安培定则二，通电线圈产生磁场，磁场方向（N极和S极）与电流方向直接相关，给线圈通交流电，线圈周围就会产生N极和S极随着电流周期性变化的磁场。而这个交变磁场与定子之永磁铁之间直接产生推力或者吸引力，控制好这个交变磁场的极性及强弱也就能得到想要的运动方向和速度。

本方案中的各台直线电机由伺服驱动器控制，伺服驱动器给各台直线电机的输入的电源是经过驱动器整流和变频等一系列处理而成的UVW三相交流电，三相之间的相位角相差120°，直线电机在所述光栅尺、霍尔换向原件等工具的帮助下实时判断动定子之间的位置状态，实时更换绕组的三个相，比如是UV、是VW、还是UW线圈通电，以及控制给电电流大小等，进而实现对电机启停以及直线运动的精确控制活动。

以下详述本方案中各台直线电机的具体构成，所述Y1轴直线电机由Y1轴直线电机定子6及Y1轴直线电机线圈7构成，所述Y1轴直线电机定子6固定设置于所述Y1轴气浮轨道2的上端面，所述Y1轴直线电机线圈7可活动地嵌设于所述Y1轴直线电机定子6上并可沿其往复运动。

所述Y2轴直线电机由Y2轴直线电机定子12及Y2轴直线电机线圈11构成，所述Y2轴直线电机定子12借助Y2轴直线电机定子安装件13固定设置于所述花岗石基座1上，所述Y2轴直线电机线圈11可活动地嵌设于所述Y2轴直线电机定子12上并可沿其往复运动。

所述X轴直线电机由X轴直线电机定子10及X轴直线电机线圈9构成，所述X轴直线电机定子10固定设置于所述X轴横梁5的上端面，所述X轴直线电机线圈9可活动地嵌设于所述X轴直线电机定子10上，所述X轴直线电机线圈9与所述X轴气浮滑动组件8固定连接并可带动其沿所述X轴直线电机定子往复运动。

通过本发明上所搭载的ACS驱控系统，开启龙门双驱控制模式，对Y1轴和Y2轴进行通电使能，由Y1轴直线电机线圈7、Y2轴直线电机线圈11、Y1轴气浮轴承3、XY轴水平真空预载气浮轴承4、X轴横梁5及横梁上的部件等构成一个Y向运动的构件整体，这个构件本身是一个刚性体，其沿Y1轴气浮轨道2进行Y向直线运动。通过电气调试和激光干涉仪测试，Y向行程500mm，Y轴几何精度（直线度）＜0.4μm，Y轴重复定位精度±0.10μm.

综上所述，本发明所提出的一种高精度直线驱动气浮定位平台，充分保留了气浮导向所具有的非接触、无摩擦磨损、无热量产生，无迟滞现象等优点，显著提升了平台整体的定位精度，大大降低了平台的使用能耗。

本发明的方案采用单侧气浮支撑结构，气浮轴承朝导向面吹气、加之永久磁铁与导向轨道间恒定的吸力，这两个力之间可快速实现动态平衡，气浮轴承和永久磁铁二者所构成的滑块可始终沿高平面度的导向面直线运动。这样一来，不仅克服了现有技术中双边直线电机驱动时因偏差导致的卡顿问题，而且在进行部件加工时仅需要保证单侧气浮导向面的平面度，极大地降低了部件加工的工艺难度、提升了几何精度（直线度）。对于单侧气浮导向面的加工而言，长度为5m时、其平面度的加工精度可达3μm，长度为1m时、其平面度的加工精度更可达1μm。根据平面度误差吸收原则，这样高平面度的单侧气浮导向面与气浮轴承配合，导向面长度为5米时、其可实现的导向直线度为1μm，导向面长度为1米时、其可实现导向直线度为0.4μm。

本发明的方案中还设置有一个角度微调块，这一部分是龙门双驱结构之间实现非刚性连接的核心，其选材和结构设计经过综合考量，集中吸收了狭缝型联轴器及板簧结构设计中的优点，利用其合理形变将常见气浮定位平台中的刚性连接转变为了非刚性连接，解决了刚性连接容易卡死的技术缺陷。非刚性连接的结构设置也使得定位平台结构中直线电机和光栅尺的安装难度大幅降低，既考虑了直线电机和光栅尺的特点、也更符合高精度龙门双驱交叉解耦算法的特性，使得对于气浮定位平台的控制更为方便高效，进一步保证了平台的稳定性和精度保持性。

与非刚性连接的结构相对应的，是龙门双驱机构旋转的问题，即在电机未上电使能的情况下，与角度微调块右侧相连的结构可绕角度微调块狭缝处的Z轴方向自由旋转，而这一旋转过程在气浮定位平台的实际使用中是需要严格杜绝的。为此，本发明的方案从直线电机的基本原理出发，利用Y1、Y2两部直线电机的组合有效阻止了上述旋转过程的发生，使龙门双驱结构在上电使能后无法旋转，只能始终沿Y1轴侧导向轨道做同步的直线运动，且可保持高精度和高稳定性。

除上述整体结构优势外，本发明方案中具体部件的设置也进一步提升了方案整体的实用性。

一对XY轴水平真空预载气浮轴承的结构设计，利用了花岗石基座上表面本身的高平面度，结合平面度误差吸收原则及流体力学基本原理，使正压和负压快速达到平衡、以发挥出极高的精度效果以及极高的运行稳定性，这种设计避免了传统气浮导向的繁杂结构，使得方案整体更加简洁、更加轻量化，同时更进一步降低了气浮定位平台的能耗。

Y1、Y2及X三轴均配置有光栅尺，提高了气浮定位平台的定位精度。三轴均选用无铁芯（U型）直线电机，无摩擦磨损、无齿槽效应带来的动态不平稳性，动子（线圈）与定子（磁轨）间无吸附力，也没有滚珠丝杆等繁琐的传动结构。

本发明还选用带有行程为500mm的龙门双驱的驱控一体系统进行直接驱动控制，使运行更平稳高效。通过激光干涉仪检测，上述结构的重复定位精度可以达到±0.1μm。而使用机械导轨结构的龙门双驱轴，同样行程的定位精度最优仅能达到±0.5μm。且上述结构还具有机械效率高（无中间传动结构、采用直驱）、能耗低（无摩擦磨损、发热低）等优势，在保证同等推力或保持力的前提下，本发明可选用的电机尺寸更小，整体结构更紧凑、更易获得用户青睐。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

最后，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高精度直线驱动气浮定位平台，包括花岗石基座（1），其特征在于：所述花岗石基座（1）的上端面沿Y轴方向分别设置有Y1轴气浮轨道（2）、Y1轴直线电机以及Y2轴直线电机，

所述Y1轴气浮轨道（2）的侧面设置有Y1轴气浮轴承（3），所述Y1轴气浮轴承（3）的气浮面正对所述Y1轴气浮轨道（2），所述Y1轴气浮轴承（3）的气浮面上开设有安装槽、槽内固定设置有永久磁铁（17），所述Y1轴气浮轴承（3）与所述永久磁铁（17）共同构成与所述Y1轴气浮轨道（2）相匹配的气浮滑块，所述永久磁铁（17）可吸附于所述Y1轴气浮轨道（2）的侧面，

在所述Y1轴直线电机与所述Y2轴直线电机之间设置有两个相同且平行设置的XY轴水平真空预载气浮轴承（4），在两个所述XY轴水平真空预载气浮轴承（4）的上端面沿X轴方向设置有X轴横梁（5），所述Y1轴气浮轴承（3）与所述X轴横梁（5）之间通过角度微调块（14）实现非刚性连接，所述X轴横梁（5）上设置有X轴直线电机及X轴气浮滑动组件（8）；

在平台的使用过程中，所述Y1轴气浮轴承（3）和所述Y1轴气浮轨道（2）之间的相斥力与所述永久磁铁（17）和所述Y1轴气浮轨道（2）之间的吸附力达到动态平衡。

2.根据权利要求1所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：还包括设置于所述花岗石基座（1）上的三台光栅尺，所述光栅尺为增量式光栅尺或绝对式光栅尺，三台所述光栅尺分别与所述Y1轴直线电机、所述Y2轴直线电机以及所述X轴直线电机匹配对应。

3.根据权利要求1所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：所述Y1轴直线电机、所述Y2轴直线电机以及所述X轴直线电机三者均为无铁芯直线电机且三者均与伺服控制器电性连接并由其控制驱动。

4.根据权利要求3所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：所述Y1轴直线电机由Y1轴直线电机定子（6）及Y1轴直线电机线圈（7）构成，所述Y1轴直线电机定子（6）固定设置于所述Y1轴气浮轨道（2）的上端面，所述Y1轴直线电机线圈（7）可活动地嵌设于所述Y1轴直线电机定子（6）上并可沿其往复运动；

所述Y2轴直线电机由Y2轴直线电机定子（12）及Y2轴直线电机线圈（11）构成，所述Y2轴直线电机定子（12）借助Y2轴直线电机定子安装件（13）固定设置于所述花岗石基座（1）上，所述Y2轴直线电机线圈（11）可活动地嵌设于所述Y2轴直线电机定子（12）上并可沿其往复运动；

所述X轴直线电机由X轴直线电机定子（10）及X轴直线电机线圈（9）构成，所述X轴直线电机定子（10）固定设置于所述X轴横梁（5）的上端面，所述X轴直线电机线圈（9）可活动地嵌设于所述X轴直线电机定子（10）上，所述X轴直线电机线圈（9）与所述X轴气浮滑动组件（8）固定连接并可带动其沿所述X轴直线电机定子往复运动。

5.根据权利要求1所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：所述Y1轴气浮轴承（3）为正压小孔节流气浮轴承，所述Y1轴气浮轴承（3）的气浮面上开设有若干节流孔，每个所述节流孔内均镶嵌节流塞，多个所述节流孔之间由均压槽相连通。

6.根据权利要求1所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：在所述Y1轴气浮轴承（3）与所述永久磁铁（17）的连接状态下，所述永久磁铁（17）的外侧端面内凹于所述Y1轴气浮轴承（3）的气浮面。

7.根据权利要求1所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：所述角度微调块（14）整体由弹性金属材料加工而成，所述角度微调块（14）整体呈三段式结构，分别为首段、中段和尾段，所述首段与所述Y1轴气浮轴承（3）固定连接，所述尾段分别与所述XY轴水平真空预载气浮轴承（4）及所述X轴横梁（5）固定连接，所述首段与所述中段通过第一连接部（15）相连接且所述首段与所述中段二者间存在可发生形变的狭缝，所述中段与所述尾段通过第二连接部（16）相连接且所述中段与所述尾段二者间存在可发生形变的狭缝，所述第一连接部（15）与所述第二连接部（16）的设置方向相垂直。

8.根据权利要求7所述的一种高精度直线驱动气浮定位平台，其特征在于：在所述角度微调块（14）的装配状态下，所述第一连接部（15）沿Z轴方向设置、所述第二连接部沿Y轴方向设置。

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