CN117276160B - 一种气浮刹车装置、运动装置及气浮刹车装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气浮刹车装置、运动装置及气浮刹车装置的控制方法，该气浮刹车装置包括移动台及气浮刹车结构。移动台的闭环空间套接导向结构，并与导向结构滑动配合；导向结构与第一侧板、第二侧板相对的侧面形成为导向面，与底板相对的底面形成为刹车面。由此，能够将气浮刹车装置的导向面和刹车面区分开，避免频繁刹车导致的导向面磨损，对导向精度产生的影响。由于气浮刹车结构设置在移动台的底板上，通过气浮刹车结构的微浮动吸附导向结构的底面可实现刹车，避免整个移动台在刹车时沿Z方向上的静态抖动，保证了位置精度。

Description

一种气浮刹车装置、运动装置及气浮刹车装置的控制方法

技术领域

本发明涉及精密设备技术领域，具体涉及一种气浮刹车装置、运动装置及气浮刹车装置的控制方法。

背景技术

在半导体精密设备中，包括滑动配合的移动台和固定台，移动台能够相对固定台上的导向结构移动。现有技术中，移动台与导向结构之间的导向面与刹车面为同一个面，刹车次数过多会对导向面产生磨损，进而影响导向面的精度。

同时，由于移动台和固定台是应用于精密设备的，两者之间的位置关系精度要求高，稍有偏移，对后续使用影响很大。当对移动台进行刹车操作时，移动台直接吸附在固定台上，移动台的工作高度发生改变，移动台与固定台的相对位置也随之发生变化；当再次启动时，移动台的位置相较于原来的位置难免有所偏差，很难保证位置精度。若想要保证之前移动台的垂向高度，就需要额外的垂向自由度模块去调节，增加了整个装置的尺寸及生产成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种气浮刹车装置、运动装置及气浮刹车装置的控制方法，以避免导向面过度磨损对导向精度产生的影响。

为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种气浮刹车装置，包括：

移动台，具有底板、第一侧板、顶板以及第二侧板；底板、第一侧板、顶板及第二侧板沿顺时针方向上依次连接，以围合形成一闭环空间；底板包括第一表面和第二表面，第一表面与顶板相背离，第二表面与顶板相对；移动台的闭环空间用于套接导向结构，并与导向结构滑动配合；导向结构与第一侧板、第二侧板相对的侧面形成为导向面，与底板相对的底面形成为刹车面；

第二导向气浮结构，设置于所述底板上，且所述第二导向气浮结构的气浮面设置于所述底板的第二表面，所述第二导向气浮结构的气浮面上设置有正压区和负压区，所述正压区环绕所述负压区设置，在所述第二导向气浮结构工作时，同时在所述正压区和负压区内通入气体；

气浮刹车结构，设置于底板上，并能相对于底板沿垂直于底板的方向上往复浮动，气浮刹车结构的气浮面与导向结构的刹车面相对，通过对气浮刹车结构的气浮面与导向结构的刹车面之间作用力的调整，控制气浮刹车结构的气浮面与导向结构的刹车面的分离或吸附。

可选地，气浮刹车装置还包括：

至少一对第一导向气浮结构，在一对第一导向气浮结构中，一个第一导向气浮结构设置于第一侧板上，另一个设置于第二侧板上，两个第一导向气浮结构相对设置，且每个第一导向气浮结构的气浮面与导向结构的导向面相对。

可选地，两个第一导向气浮结构分别设置于第一侧板及第二侧板的外壁上，且分别与第一侧板及第二侧板固定连接；或者，两个第一导向气浮结构分别设置于第一侧板及第二侧板的内部，第一侧板、第二侧板与导向结构相对的面形成为气浮面。

可选地，气浮刹车结构包括：

预紧组件，设置于底板内，且自底板的第一表面延伸至底板的第二表面上；

柔性连接片，固定设置于底板的第二表面上，并覆盖预紧组件；

气浮结构，设置于柔性连接片背离预紧组件的一侧，与柔性连接片固定连接，当气浮结构的气浮面与导向结构相吸附时，预紧组件通过预紧力顶紧柔性连接片上的气浮结构。

可选地，预紧组件包括：

调节螺杆，沿底板的厚度方向上自底板的第一表面向底板的内部延伸；

弹性元件，在底板的内部与调节螺杆的一端接触，并沿底板的厚度方向上向底板的第二表面延伸，至与柔性连接片接触。

可选地，底板的第二表面上设置有避空结构，柔性连接片部分覆盖避空结构，气浮结构与避空结构对应设置，且气浮结构在底板的表面的垂向投影位于避空结构内。

可选地，避空结构形成为自底板的第二表面向第一表面的方向上凹陷的凹槽；或者，避空结构形成为自底板的第二表面向第一表面贯穿的通孔。

可选地，气浮结构的气浮面设置有气浮部及预载部，气浮部上开设有多个气浮孔，气浮孔喷出正压气体向气浮刹车结构与导向结构之间施加推力，通过预载部向气浮刹车结构与导向结构之间施加吸力。

可选地，气浮部还包括均压槽，均压槽设置于气浮孔的周围，与气浮孔相连通。

可选地，气浮结构的气浮部设置有正压进气接口，气浮结构的预载部设置有负压抽气接口，正压进气接口连接有正压气源，负压抽气接口连接有负压气源。

可选地，气浮结构还包括第一控制阀、第二控制阀以及控制器，第一控制阀设置于正压进气接口与正压气源之间，第二控制阀设置于负压进气接口与负压气源之间，控制器与第一控制阀及第二控制阀控制连接。

本发明还提供一种运动装置，包括：

固定台，具有中间台面以及自中间台面的两端向垂直于中间台面的方向延伸的凸台；

导向结构，导向结构的两端分别搭接于凸台上；

上述气浮刹车装置，套接于导向结构上，且气浮刹车装置的移动台的底板与中间台面对应平行。

可选地，运动装置还包括：

驱动装置，具有驱动定子及驱动动子，驱动定子与导向结构固定连接，驱动动子与移动台的顶板固定连接。

本发明还提供一种气浮刹车装置的控制方法，控制方法采用上述的运动装置实现，控制方法包括：

当接收到移动指令时，控制气浮刹车装置的气浮结构内气浮部的气浮推力大于预载部的预载吸力，使移动台的底板与导向结构的刹车面分离，实现气浮状态；

当接收到停止指令时，控制所述气浮刹车装置的气浮结构内气浮部的气浮推力大于预载部的预载吸力，使气浮结构的气浮面在预载吸力的作用下与导向结构的底部相吸附，实现刹车状态；

在处于气浮状态或者刹车状态时，控制第一导向气浮结构与第二导向气浮结构的气浮面始终喷出正压气体，以使第一导向气浮结构与导向结构的导向面之间始终保持间距，第二导向气浮结构的气浮面与导向结构之间始终保持间距。

与现有技术相比，本发明所述的气浮刹车装置、运动装置及气浮刹车装置的控制方法至少具备如下有益效果：

本发明所述的气浮刹车装置包括移动台及气浮刹车结构。移动台的第一侧板、第二侧板与导向结构的侧面相对，使导向结构的侧面形成导向面，气浮刹车结构设置在底板的第二表面上，气浮刹车结构的气浮面与导向结构的底面相对，使导向结构的底面形成刹车面。由此，能够将气浮刹车装置的导向面和刹车面区分开，避免频繁刹车导致的导向面磨损，对导向精度产生的影响。同时，气浮刹车结构在刹车时，移动台与导向结构在XY平面上增加了一个刹车面，也就同时能够抑制移动台在X、Y方向上的抖动。

并且，由于气浮刹车结构设置在底板上，通过气浮刹车结构的微浮动吸附导向结构的底面可实现刹车，在刹车情况下，不会改变垂向工作高度或工作位置，故不需要额外增加垂向自由度模块再去调整垂向高度，进而保证整个装置尺寸小，成本低。

进一步地，移动台的第一侧板和第二侧板上设置有两对第一导向气浮结构，每对第一导向气浮结构分别设置于第一侧板及第二侧板的外壁上，且分别与第一侧板及第二侧板固定连接，第一导向气浮结构能够保证移动台在Y方向的位置不变，具有导向作用。在底板的内部设置第二导向气浮结构，并且第二导向气浮结构的气浮面形成在底板的第二表面，无论移动台是处于移动状态还是刹车状态，控制第二导向气浮结构始终处于气浮状态，保证移动台在Z方向上位置固定，避免重启时，移动台由于Z方向上的位置偏差导致位置精度变差，进而影响检测或者加工时对焦或刀精度。同时，避免增加运动整定时间，影响工作效率。

本发明所述的运动装置包括上述气浮刹车装置，气浮刹车装置的控制方法由上述气浮刹车装置完成，同样地也具备上述效果。

附图说明

图1为本发明实施例中气浮运动装置的结构示意图；

图2为沿图1中A-A’向剖切移动台后的截面示意图；

图3为本发明实施例中气浮刹车装置的结构示意图；

图4为将图3中移动台的顶板去除后的结构示意图；

图5为沿图4中B-B’向的剖切后的立体结构示意图；

图6为本发明实施例中底板的第二表面在上的结构示意图；

图7为本发明实施例中在底板的第二表面去除上盖板的结构示意图；

图8为本发明实施例中柔性连接片的结构示意图；

图9为本发明实施例中气浮结构的结构示意图；

图10a~10c为本发明实施例中气浮结构中气浮部与预载部分布示意图；

图11为本发明实施例的一个示例中气浮结构的结构示意图；

图12为本发明实施例中气浮结构连接气源及控制器的结构示意图。

附图标记列表：

10	气浮刹车装置
		11	移动台
111	底板/第二导向气浮结构
		111-1	第一表面
111-2	第二表面
		111-3	避空结构
111-4	调节孔
		111-5	正压区
111-6	负压区
		111-7	隔离环

111-80	正压进气口
		111-81	正压出气口
111-90	负压抽气出口
		111-91	负压抽气进口
112	第一侧板
		113	第二侧板
114	顶板
		12	第一导向气浮结构
13	气浮刹车结构
		131	预紧组件

131-1	弹性元件
		131-2	调节螺杆
132	柔性连接片
		132-1	第一安装孔
132-2	第二安装孔
		132-3	柔性孔
133	气浮结构
		133-1	气浮部
133-11	气浮孔
		133-12	均压槽
133-2	预载部

133-3	负压抽气接口
		133-4	正压进气接口
20	导向结构
		21	导向面
22	刹车面
		30	固定台
31	凸台
		32	中间台面
41	驱动定子
		42	驱动动子

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

须知，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

实施例1

参照图1，本实施例提供一种气浮刹车装置，其可以应用于集成电路制备领域，如应用于光刻系统的曝光台或者应用于半导体膜厚检测的工件台中，用于带动硅片等基底进行X方向上的运动。需要说明的是，本实施例提供的气浮刹车装置也可以应用于其他需要进行X向运动的场景或者领域中，本实施例对此不做限制。

具体地，结合参照图1~图4所示，气浮刹车装置包括移动台11以及气浮刹车结构13。

参照图1和2，移动台11具有底板111、第一侧板112、顶板114以及第二侧板113，底板111、第一侧板112、顶板114及第二侧板沿顺时针方向上依次连接，以围合形成一闭环空间，底板111包括第一表面111-1和第二表面111-2，第一表面111-1与顶板114相背离，第二表面111-2与顶板114相对，移动台11的闭环空间用于套接导向结构20，并与导向结构20滑动配合，导向结构20与第一侧板112、第二侧板113相对的侧面形成为导向面21，与底板111相对的底面形成为刹车面22。

参照图4，气浮刹车结构13设置于底板111上，并能相对于底板111沿垂直于底板111的方向上往复浮动，气浮刹车结构13的气浮面与导向结构20的刹车面22相对，通过对气浮刹车结构13的气浮面与导向结构20的刹车面22之间作用力的调整，控制气浮刹车结构13的气浮面与导向结构20的刹车面22的分离或吸附。

本实施例中移动台的第一侧板112、第二侧板113与导向结构20的侧面相对，使导向结构20的侧面形成导向面21，气浮刹车结构13设置在底板111的第二表面111-2上，气浮刹车结构13的气浮面与导向结构20的底面相对，使导向结构20的底面形成刹车面22。由此，能够将气浮刹车装置的导向面21和刹车面22区分开，避免频繁刹车导致的导向面21磨损，对导向精度产生的影响。并且，由于气浮刹车结构13设置在底板111上，通过气浮刹车结构13的微浮动吸附导向结构20的底面可实现刹车，避免整个移动台11在刹车时沿Z方向上的静态抖动，保证了位置精度。同时，该气浮刹车结构在刹车时，促使移动台与导向结构20在XY平面上增加了一个刹车面，也就同时抑制移动台在X、Y方向上的抖动。

可选地，参照图2和3，移动台11的第一侧板112及第二侧板113上设置有至少一对第一导向气浮结构12。在一对第一导向气浮结构12中，一个第一导向气浮结构12设置在第一侧板112上，另一个设置在第二侧板113上。两个第一导向气浮结构12相对设置，且每个第一导向气浮结构12的气浮面与导向结构20的导向面相对设置。每对第一导向气浮结构12可以分别固定设置在第一侧板112、第二侧板113的外部，例如两个第一导向气浮结构12分别设置于第一侧板112及第二侧板113的外壁上，且分别与第一侧板112及第二侧板113固定连接，也可以设置在第一侧板112和第二侧板113内部。例如，两个第一导向气浮结构12分别设置于第一侧板112及第二侧板113的内部，当第一导向气浮结构12设置在第一侧板112及第二侧板113内部时，第一侧板112和第二侧板113与导向结构20相对的面形成为气浮面。

在本实施例中，第一侧板112和第二侧板113上设置有两对第一导向气浮结构12，每对第一导向气浮结构12分别设置于第一侧板112及第二侧板113的外壁上，且分别与第一侧板112及第二侧板113固定连接。由此，第一导向气浮结构12可以保证移动台在Y方向上的位置不变，实现导向作用。

可选地，参照图6，移动台11的底板111上设置有第二导向气浮结构，且第二导向气浮结构的气浮面设置于底板111的第二表面111-2。同样地，第二导向气浮结构可以固定设置在底板111上，也可以设置在底板111的内部。在本实施例中，在底板111的内部设置第二导向气浮结构，并且第二导向气浮结构的气浮面形成在底板111的第二表面111-2，无论移动台11是处于移动状态还是刹车状态，控制第二导向气浮结构始终处于气浮状态，保证移动台11在Z方向上位置固定，进而避免重启时，移动台11由于Z方向上的位置偏差导致位置精度变差，进而影响检测或者加工时对焦或刀精度。同时，避免增加运动整定时间，影响工作效率。具体地，如图7所示，第二导向气浮结构的气浮面上设置有正压区111-5和负压区111-6，正压区111-5环绕负压区111-6设置。第二导向气浮结构的侧面，也即底板111的侧面还设置有正压进气口111-80和负压抽气进口111-90，正压进气口111-80用于向正压区111-5通入正压气体，负压抽气进口111-90用于向负压区111-6通入负压气体。正压区111-5和负压区111-6之间还设置有隔离环111-7，该隔离环111-7用于隔离正压区111-5和负压区111-6。正压区111-5上设置有气浮孔，气浮孔与正压进气口111-80连通，用于喷出高压气体。可选地，气浮孔周围设置有十字型均压槽，该均压槽与气浮孔相连通，气浮孔设置于十字槽的十字中心。该均压槽用于分散由气浮孔喷出的气体，增大气浮孔周围正压区的面积，使得高压气膜更容易建立、形态更稳定。可选地，均压槽也可以是环形槽或者其他形状结构的槽，只要能够分散气浮孔吹出的气体即可。经正压区111-5的气浮孔喷出的高压气体会向四周排出，正压区111-5靠近底板的边缘的位置的喷出的气体会排到大气中，在正压区111-5的内部设置正压出气口111-81，靠近底板中心位置（也即靠近负压区111-6）位置的高压气体经正压出气口111-81排出到大气中。该正压出气口111-81可以贯穿底板，与大气相连通，也可以与负气抽气进口111-90连通，以将高压气体排出。在负压区111-6内部设置有负压抽气出口111-91，用于与负压抽气进口111-90形成通路。在第二导向气浮结构工作过程中，同时在正压区111-5和负压区111-6内通入气体，气浮孔喷出的高压气体能够在负压区111-6内真空预载的配合作用下对气压进行平衡，并形成稳定的气膜，有利于第二导向气浮结构的导向稳定性。

第一导向气浮结构12的结构设置与上述第二导向气浮结构的设置基本类似，其相同之处在此不再赘述，其不同之处在于，第一导向气浮结构12成对设置在导向结构20的两侧，在实际操作过程中，仅在第一导向气浮结构12内通入正压气体，两个第一导向气浮结构12相对设置的面形成的相互作用力，也即形成为彼此的预载力，以控制正压区111-5的高压气体在预载力的配合下形成稳定、均匀的气膜，进而可以不再单独在第一导向气浮结构12内设置预载力。

参照图4和图5，气浮刹车结构13包括气浮结构133，气浮结构133通过柔性连接片132固定在底板111的第二表面111-2上，通过柔性连接片132带动气浮结构133在Z方向上的微小浮动，当气浮结构133与导向结构20贴附时，柔性连接片132与气浮结构133上浮，当气浮结构133与导向结构20分离时，柔性连接片132下浮。可选地，参照图4和8，柔性连接片132可以仅将其相对设置的两个侧边固定在底板111上，具体可以是至少相对两个侧边的对应位置形成至少一对固定点，也可以是3对固定点、4对固定点等，本实施例对固定点的对数不做限制。在本实施例中，在柔性连接片132上设置有3对固定点。剩余两个相对的侧边与底板111不形成固定连接。参照图8，靠近柔性连接片132固定的两个侧边的边缘还可以分别开设有柔性孔133-3，以便于柔性连接片132沿Z方向上的浮动的灵便性。可选地，气浮结构133可以与柔性连接片132一体成型，也可以通过固定结构固定在一起。在本实施例中，气浮结构133固定在柔性连接片132上，并且与柔性连接片132上述剩余两个相对的侧边固定连接。在本实施例中，在剩余两个相对的侧边上形成有第一安装孔132-1和第二安装孔132-2，以用于与气浮结构133形成连接。柔性连接片132为弹性安装片，其材料可以为弹簧钢。

参照图5，为了增强并控制气浮结构133与导向结构的底面的吸附力，也即为了提高刹车的稳定性。本实施例的气浮刹车结构13还包括预紧组件131，预紧组件131设置于底板111内，且自底板111的第一表面111-1延伸至底板111的第二表面111-2上。柔性连接片132固定设置于底板111的第二表面111-2上，并覆盖预紧组件131。气浮结构133设置于柔性连接片132背离预紧组件131的一侧，与柔性连接片132固定连接，当气浮结构133的气浮面与导向结构20相吸附时，预紧组件131通过预紧力顶紧柔性连接片132上的气浮结构133。

可选地，参照图5，预紧组件131包括调节螺杆131-2及弹性元件131-1。调节螺杆131-2沿底板111的厚度方向上自底板111的第一表面111-1向底板111的内部延伸。弹性元件131-1在底板111的内部与调节螺杆131-2的一端接触，并沿底板111的厚度方向上向底板111的第二表面111-2延伸，至与柔性连接片132接触。调节螺杆131-2通过改变其上下位置调整弹性元件131-1的预设压缩量，调节弹簧元件131-1抵住柔性连接片132的力，进而调整气浮结构133与导向结构20吸附时吸附力的大小。气浮结构133在预载部133-2内喷出的负压吸力与弹簧元件的预设顶紧力的合力作用下，紧紧与导向结构的底面相贴附。在本实施例中，弹性元件131-1为弹簧。

可选地，参照图5和图6，为了能够为柔性连接片132以及位于柔性连接片132上的气浮结构133提供下浮空间，底板111的第二表面111-2上设置有避空结构111-3，柔性连接片132部分覆盖避空结构111-3，与气浮结构133对应设置，且气浮结构133在底板111的表面的垂向投影位于避空结构111-3内。该避空结构111-3能够为设置在柔性连接片132的气浮结构133提供下移空间。可选地，避空结构111-3形成为自底板111的第二表面111-2向第一表面111-1凹陷的凹槽。或者，避空结构111-3形成为自底板111的第二表面111-2向第一表面111-1贯穿的通孔。需要说明的是，避空结构111-3可以根据浮动范围的大小以及柔性连接片132的厚度进行考量设置，当气浮结构133的上下浮动范围很小或者柔性连接片132的厚度很小时，也可以不设置避空结构111-3。 通常气浮结构133与导向结构20之间的间距仅有几微米到十几微米的移动量，因此避空结构的深度尺寸大于此移动量即可。可选地，避空结构111-3的中心位置还设置有调节孔111-4，弹簧元件131-1由调节孔111-4内伸出以顶紧柔性连接片132。

可选地，参照图9，气浮结构133的气浮面设置有气浮部133-1及预载部133-2，气浮部133-1环绕预载部133-2设置，气浮部133-1的表面形成有正压区，预载部133-2的表面形成有负压区。并且，气浮结构133的表面可以设置多对气浮部133-1及预载部133-2，例如，设置1对气浮部133-1及预载部133-2，如图10a所示；设置2对气浮部133-1及预载部133-2，如图10b所示。或者，设置4对气浮部133-1及预载部133-2，如图10c所示。本实施例对气浮结构表面的气浮部133-1及预载部133-2的成对对数以及排布方式不做限制。

气浮部133-1上设置有连接正压气源的正压进气接口133-4，该正压进气接口133-4与气浮部133-1上开设有多个气浮孔连通，正压气体通过气浮孔喷出正压气体向气浮刹车结构13与导向结构20之间施加推力，通过预载部133-2向气浮刹车结构13与导向结构20之间施加吸力。

预载部133-2设置为真空预载或者磁吸预载。当预载部133-2设置为真空预载时，可以在其内部通入负压气体形成真空预载。当预载部133-2为磁吸预载时，可以将预载部133-2设置为磁性材料或者是将预载部133-2区域置入强磁体，此时还需要将导向结构20也形成为磁性材料，当气浮部133-1喷出的正压气体推力大于磁性吸力时，处于气浮状态，也即气浮结构133与导向结构20的底面分离，当气浮结构133浮起后，随着气膜间隙增大，正压推力会减小，最终与预载力（真空或者磁）、底部弹簧元件131-1顶紧力平衡。当气浮部133-1喷出的正压气体推力小于磁性吸力时，处于刹车状态，也即气浮结构133与导向结构的底面相吸附。

在本实施例中，将预载部133-2采用真空预载的方式为气浮结构133与导向结构20提供吸力。并且，预载部133-2上也开设有一个或者多个抽真空孔，该抽真空孔与负压抽气接口133-3相导通。抽真空孔通过预载部133-2上设置的负压抽气接口133-3通入负压或者抽真空，以在气浮结构133的表面产生吸力。

可选地，参照图11，气浮部133-1还包括均压槽133-12，该均压槽133-12设置于气浮孔133-11的周围，与气浮孔133-11相连通。该均压槽133-12用于分散由气浮孔133-11喷出的气体，增大气浮孔133-11周围正压区的面积，使得高压气膜更容易建立、形态更稳定。可选地，均压槽133-12可以为十字槽，环形槽或者其他形状结构的槽，只要能够分散气浮孔133-11吹出的气体即可。在本实施例中，均压槽133-12为十字槽，气浮孔133-11位于十字槽的中心，也即十字槽的十字交叉中心。正压气体通过气浮部133-1上设置的正压进气接口133-4进入，由气浮孔133-11喷出，并经过气浮部133-1表面上与气浮孔133-11连通的均压槽133-12均压，促使形成面积更大、形态稳定的正压区。在本实施例中，气浮孔133-11的个数为6个，该气浮孔133-11数量的设置仅为示例，并非是对本发明的限制。

为了控制通入气浮结构133内的正压气体或者负压气体的量，参照图12，气浮结构133还包括第一控制阀、第二控制阀以及控制器，第一控制阀设置于正压进气接口与正压气源之间，第二控制阀设置于负压进气接口与负压气源之间，控制器与第一控制阀及第二控制阀控制连接。控制器通过控制第一控制阀和第二控制阀的开口角度调整进入气浮部内的正压气体的气浮压力或者进入预载部及负压气体的预载吸力。需要说明的是，上述第一控制阀或者第二控制阀可以为流量控制阀、开关控制阀、压力控制阀。本实施例图示中各气路中的控制阀仅为示意，并不是对本发明的限制，在其他实施例中也可同时设置多个控制阀，用于流量、压力、开关的控制与状态监控。

实施例2

本实施例还提供一种运动装置，参照图1及图2，该运动装置包括固定台30、导向结构20以及气浮刹车装置，固定台30具有中间台面32以及自中间台面32的两端向垂直于中间台面32的方向延伸的凸台31。导向结构20的两端分别搭接于凸台31上。气浮刹车装置套接于导向结构20上，且气浮刹车装置的移动台11的底板111与中间台面32对应平行。气浮刹车装置为实施例1中的气浮刹车装置，其结构在此不再一一赘述。

可选地，参照图2，驱动装置具有驱动定子41及驱动动子42，驱动定子41与导向结构20固定连接，驱动动子42与移动台11的顶板114固定连接。通过驱动装置驱动移动台11沿导向结构20的延伸方向往复移动。

实施例3

本实施例还提供一种气浮刹车装置的控制方法，该气浮刹车装置的控制方法通过实施例2中的运动装置实现。结合参照图1~图12所示，该控制方法包括：

S1：当接收到移动指令时，控制气浮刹车装置的气浮结构133内气浮部133-1的气浮推力大于预载部133-2的预载吸力，使移动台11的底板111与导向结构20的刹车面22分离，实现气浮状态。

具体地，在处于刹车状态时，第一控制阀与第二控制阀均是处于开启状态。正压气体通过正压进气接口进入气浮部，并由气浮部133-1上的气浮孔133-11以及均压槽133-12喷出至导向结构20的底面。负压气体通过负压抽气接口133-3进入至预载部133-2，并通过对预载部133-2表面的抽真空孔喷出至导向结构20的底面，此时正压气体所施加的气浮推力小于预载部的预负压气体的预载吸力及弹簧元件的预紧力之和。柔性连接片132带动气浮结构133上浮，气浮结构133与导向结构20相吸附。

当接收到移动指令时，控制正压气体所施加的气浮推力大于预载部的负压气体的预载吸力及弹簧元件的预紧力之和，柔性连接片132带动气浮结构133下浮至避空结构111-3内，气浮结构133与导向结构20分离，解除刹车状态。可选地，也可以通过关闭第二控制阀也即切断负压气体的气源，此时只需控制正压气体的气浮吸力大于弹簧元件的预紧力即可促使气浮结构133在正压气体的气浮推力作用下与在导向结构20的底部分离，解除刹车状态。同时，控制驱动装置运行，驱动装置带动移动台沿导向结构的延伸方向X方向往复移动。

S2：当接收到停止指令时，控制所述气浮刹车装置的气浮结构133内气浮部133-1的气浮推力大于预载部133-2的预载吸力，使气浮结构133的气浮面在预载吸力的作用下与导向结构20的底面相吸附，实现刹车状态；

具体地，在步骤S1中的刹车状态下，控制正压气体所施加的气浮推力小于预载部133-2的负压气体的预载吸力及弹簧元件131-1的预紧力之和。柔性连接片132带动气浮结构133由避空结构111-3内向上浮动，促使气浮结构133与导向结构20相吸附。同时，弹簧元件131-1产生的伸缩压力施加至柔性连接片132上，顶紧气浮结构133与导向结构20，实现刹车状态。可选地，也可以通过关闭第一控制阀也即切断正压气体的气源，促使气浮结构133在预载部的负压气体的预载吸力及弹簧元件的预紧力的作用下吸附在导向结构20的底部，实现刹车状态。同时，无论是处于气浮状态还是刹车状态，控制第一导向气浮结构12与第二导向气浮结构的气浮面始终喷出正压气体，以使第一导向气浮结构12与导向结构20的导向面21之间始终保持间距，第二导向气浮结构的气浮面与导向结构20之间始终保持间距，从而可以保证移动台无论是在气浮状态，还是刹车状态，都能保持Y方向以及Z方向上的位置不变，并实现导向作用。

综上，本发明所述的气浮刹车装置包括移动台及气浮刹车结构。移动台的第一侧板、第二侧板与导向结构的侧面相对，使导向结构的侧面形成导向面，气浮刹车结构设置在底板的第二表面上，气浮刹车结构的气浮面与导向结构的底面相对，使导向结构的底面形成刹车面。由此，能够将气浮刹车装置的导向面和刹车面区分开，避免频繁刹车导致的导向面磨损，对导向精度产生的影响，同时，气浮刹车结构在刹车时，移动台与导向结构在XY平面上增加了一个刹车面，也就同时能够抑制移动台在X、Y方向上的抖动。

并且，由于气浮刹车结构设置在底板上，通过气浮刹车结构的微浮动吸附导向结构的底面可实现刹车，在刹车情况下，不会改变垂向工作高度或工作位置，故不需要额外增加垂向自由度模块再去调整垂向高度，进而保证整个装置尺寸小，成本低。

进一步地，移动台的第一侧板和第二侧板上设置有两对第一导向气浮结构，每对第一导向气浮结构分别设置于第一侧板及第二侧板的外壁上，且分别与第一侧板及第二侧板固定连接，第一导向气浮结构能够保证移动台在Y方向的位置不变，具有导向作用。

进一步地，在底板的内部设置第二导向气浮结构，并且第二导向气浮结构的气浮面形成在底板的第二表面，无论移动台是处于移动状态还是刹车状态，控制第二导向气浮结构始终处于气浮状态，保证移动台在Z方向上位置固定，避免重启时，移动台由于Z方向上的位置偏差导致位置精度变差，进而影响检测或者加工时对焦或刀精度。同时，避免增加运动整定时间，影响工作效率。

本发明所述的运动装置包括上述气浮刹车装置，气浮刹车装置的控制方法由上述气浮刹车装置完成，同样地也具备上述效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种气浮刹车装置，其特征在于，包括：

移动台（11），具有底板（111）、第一侧板（112）、顶板（114）以及第二侧板（113）；所述底板（111）、所述第一侧板（112）、所述顶板（114）及所述第二侧板（113）沿顺时针方向上依次连接，以围合形成一闭环空间；所述底板（111）包括第一表面（111-1）和第二表面（111-2），所述第一表面（111-1）与所述顶板（114）相背离，所述第二表面（111-2）与所述顶板（114）相对；所述移动台（11）的闭环空间用于套接导向结构（20），并与所述导向结构（20）滑动配合；所述导向结构（20）与第一侧板（112）、所述第二侧板（113）相对的侧面形成为导向面（21），与所述底板（111）相对的底面形成为刹车面（22）；

第二导向气浮结构，设置于所述底板（111）上，且所述第二导向气浮结构的气浮面设置于所述底板（111）的第二表面（111-2），所述第二导向气浮结构的气浮面上设置有正压区（111-5）和负压区（111-6），所述正压区（111-5）环绕所述负压区（111-6）设置，在所述第二导向气浮结构工作时，同时在所述正压区（111-5）和负压区（111-6）内通入气体；

气浮刹车结构（13），设置于所述底板（111）上，并能相对于所述底板（111）沿垂直于所述底板（111）的方向上往复浮动，所述气浮刹车结构（13）的气浮面与所述导向结构（20）的刹车面（22）相对，通过对所述气浮刹车结构（13）的气浮面与所述导向结构（20）的刹车面（22）之间作用力的调整，控制所述气浮刹车结构（13）的气浮面与所述导向结构（20）的刹车面（22）的分离或吸附。

2.根据权利要求1所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述气浮刹车装置还包括：

至少一对第一导向气浮结构（12），在所述一对第一导向气浮结构（12）中，一个所述第一导向气浮结构（12）设置于所述第一侧板（112）上，另一个设置于所述第二侧板（113）上，两个所述第一导向气浮结构（12）相对设置，且每个所述第一导向气浮结构（12）的气浮面与所述导向结构（20）的导向面（21）相对。

3.根据权利要求2所述的气浮刹车装置，其特征在于，两个所述第一导向气浮结构（12）分别设置于所述第一侧板（112）及所述第二侧板（113）的外壁上，且分别与所述第一侧板（112）及所述第二侧板（113）固定连接；或者，两个所述第一导向气浮结构（12）分别设置于所述第一侧板（112）及所述第二侧板（113）的内部，所述第一侧板（112）、所述第二侧板（113）与所述导向结构（20）相对的面形成为气浮面。

4.根据权利要求1所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述气浮刹车结构（13）包括：

预紧组件（131），设置于所述底板（111）内，且自所述底板（111）的第一表面（111-1）延伸至所述底板（111）的第二表面（111-2）上；

柔性连接片（132），固定设置于所述底板（111）的第二表面（111-2）上，并覆盖所述预紧组件（131）；

气浮结构（133），设置于所述柔性连接片（132）背离所述预紧组件（131）的一侧，与所述柔性连接片（132）固定连接，当所述气浮结构（133）的气浮面与所述导向结构（20）相吸附时，所述预紧组件（131）通过预紧力顶紧所述柔性连接片（132）上的所述气浮结构（133）。

5.根据权利要求4所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述预紧组件（131）包括：

调节螺杆（131-2），沿所述底板（111）的厚度方向上自所述底板（111）的第一表面（111-1）向所述底板（111）的内部延伸；

弹性元件（131-1），在所述底板（111）的内部与所述调节螺杆（131-2）的一端接触，并沿所述底板（111）的厚度方向上向所述底板（111）的第二表面（111-2）延伸，至与所述柔性连接片（132）接触。

6.根据权利要求4所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述底板（111）的第二表面（111-2）上设置有避空结构（111-3），所述柔性连接片（132）部分覆盖所述避空结构（111-3），所述气浮结构（133）与所述避空结构（111-3）对应设置，且所述气浮结构（133）在所述底板（111）的表面的垂向投影位于所述避空结构（111-3）内。

7.根据权利要求6所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述避空结构（111-3）形成为自所述底板（111）的第二表面（111-2）向所述第一表面（111-1）的方向上凹陷的凹槽；或者，所述避空结构（111-3）形成为自所述底板（111）的第二表面（111-2）向所述第一表面（111-1）贯穿的通孔。

8.根据权利要求4所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述气浮结构（133）的气浮面设置有气浮部（133-1）及预载部（133-2），所述气浮部（133-1）上开设有多个气浮孔，所述气浮孔喷出正压气体向所述气浮刹车结构（13）与所述导向结构（20）之间施加推力，通过所述预载部（133-2）向所述气浮刹车结构（13）与导向结构（20）之间施加吸力。

9.根据权利要求8所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述气浮部还包括均压槽，所述均压槽设置于所述气浮孔的周围，与所述气浮孔相连通。

10.根据权利要求8所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述气浮结构（133）的气浮部（133-1）设置有正压进气接口（133-4），所述气浮结构（133）的预载部（133-2）设置有负压进气接口（133-3），所述正压进气接口（133-4）连接有正压气源，所述负压进气接口（133-3）连接有负压气源。

11.根据权利要求10所述的气浮刹车装置，其特征在于，所述气浮结构（133）还包括第一控制阀、第二控制阀以及控制器，所述第一控制阀设置于所述正压进气接口与所述正压气源之间，所述第二控制阀设置于所述负压进气接口与所述负压气源之间，所述控制器与所述第一控制阀及所述第二控制阀控制连接。

12.一种运动装置，其特征在于，包括：

固定台（30），具有中间台面（32）以及自所述中间台面（32）的两端向垂直于所述中间台面（32）的方向延伸的凸台（31）；

导向结构（20），所述导向结构（20）的两端分别搭接于所述凸台（31）上；

如权利要求1~11任一项所述的气浮刹车装置，套接于所述导向结构（20）上，且所述气浮刹车装置的移动台（11）的底板（111）与所述中间台面（32）对应平行。

13.根据权利要求12所述的运动装置，其特征在于，所述运动装置还包括：

驱动装置，具有驱动定子（41）及驱动动子（42），所述驱动定子（41）与所述导向结构（20）固定连接，所述驱动动子（42）与移动台（11）的顶板（114）固定连接。

14.一种气浮刹车装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法采用如权利要求12~13中任一项所述的运动装置实现，所述控制方法包括：

当接收到移动指令时，控制所述气浮刹车装置的气浮结构（133）内气浮部（133-1）的气浮推力大于预载部（133-2）的预载吸力，使移动台（11）的底板（111）与导向结构（20）的刹车面（22）分离，实现气浮状态；

当接收到停止指令时，控制所述气浮刹车装置的气浮结构（133）内气浮部（133-1）的气浮推力小于预载部（133-2）的预载吸力，使所述气浮结构（133）的气浮面在预载吸力的作用下与导向结构（20）的底部相吸附，实现刹车状态；

在处于气浮状态或者刹车状态时，控制第一导向气浮结构（12）与第二导向气浮结构的气浮面始终喷出正压气体，以使所述第一导向气浮结构（12）与所述导向结构（20）的导向面（21）之间始终保持间距，所述第二导向气浮结构的气浮面与所述导向结构（20）之间始终保持间距。