CN202133856U - 减振平台 - Google Patents
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Abstract
一种减振平台，包括：基础平台，用以支撑所述减振平台；负载平台；减振器机构，所述减振器机构为3个或3个以上，并成多边形设置在所述基础平台与所述负载平台之间，用以支撑所述负载平台；负刚度机构，所述负刚度机构与所述减振器机构并排设置在所述基础平台与所述负载平台之间。本实用新型的减振平台在传统的减振器装置设计的基础上，把减振平台整体化考虑，减振器机构，与垂向执行电机和水平向执行电机设计分开，并在减振平台系统布局中增加了负刚度机构，不仅提高了设计自由度，而且由于减振器机构与负刚度机构的配合使用，能够更低程度地降低减振平台系统的刚度，更大程度地进行减振。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密减振组件，尤其涉及一种减振平台。
背景技术
减振平台，比如半导体曝光设备，精密检测设备等，其组成部分中包含基座和机器负荷。基座被固定在地面或者平台上。机器负荷有一个机械框架，它支撑着机器的振动敏感元件，比如光刻机中的工作台、掩模台、曝光物镜和一些测试设备等。在基座和机器负荷中间的是一套减振支撑设备。所述减振平台的作用主要是支撑和减振作用。
影响基座产生振动的因素很多，主要有地基振动的传入，机器负荷内部部件的相对移动所引起的外界对机器产生的反作用力和力矩，机器内部的气液管路和气膜的振动，以及周围环境的随机噪音等。
美国专利US5844664所描述的减震系统中，每个减振器采用单一气缸，以提供垂向的空气弹簧对减振系统的负载进行承载和减振。但是该减振系统存在的主要缺陷是所述减振器的气缸体积有限，减振系统的共振频率难以取得一个较小的频率值，不能对从地基传递上来的低频成分比较充分的进行减振。
美国专利US6226075B1所描述的减振系统中，减振器都采用了两个气缸，其中一个气缸用于直接对减振系统负载进行承载，另一个气缸是附属气缸，主要用于增加减振器的总气缸体积，以降低空气弹簧的刚度，降低减振系统的共振频率。与美国专利US5844664比较，美国专利US6226075B1所描述的减振系统更能对更低频率成分进行减振。但是该减振系统也存在有问题，由于气缸的体积与减振器的共振频率的平方成正比，增加气缸体积并不能很明显地降低减振系统共振频率，随着共振频率的降低会导致气缸体积成平方的增加，占用空间太大。
针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本实用新型减震平台。
实用新型内容
本实用新型是针对现有技术中，现有的减振平台减振不充分、占用空间过大等缺陷，提供一种设计自由度高、减振更有效，并能有效控制的减振平台。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种减振平台，所述减振平台包括：基础平台，用以支撑所述减振平台；负载平台；减振器机构，所述减振器机构为3个或3个以上，并成多边形设置在所述基础平台与所述负载平台之间，用以支撑所述负载平台；负刚度机构，所述负刚度机构与所述减振器机构并排设置在所述基础平台与所述负载平台之间。
可选的，所述减振平台进一步包括对应于负刚度机构的负刚度调节机构。
可选的，所述负刚度机构进一步包括：三个或三个以上的水平向负刚度机构，设置在所述基础平台与所述负载平台之间，与所述减振器机构错位放置，用以在水平方向上调节减振器机构的水平向刚度；三个或三个以上的垂向负刚度机构，设置在所述基础平台与所述负载平台之间，与所述减振器机构错位放置，用以在垂直方向上调节减振器机构的垂向刚度。
可选的，所述减振平台还包括位于所述负载平台和所述基础平台之间的垂向执行电机、水平向执行电机，并用以控制所述负载平台在垂向和水平向的运动。
综上所述，本实用新型的减振平台在传统的减振器装置设计的基础上，把减振平台整体化考虑，减振器机构，与垂向执行电机和水平向执行电机设计分开，并在减振平台系统布局中增加了负刚度机构，不仅提高了减振器机构、垂向执行电机和水平向执行电机的设计自由度，而且由于减振器机构与负刚度机构的配合使用，能够更低程度地降低减振平台系统的刚度，对基础平台上振动传递会更进一步的减少。而减振平台通过对垂向执行电机和水平向执行电机所施加的力进行适当的矩阵变换处理，并能对精密运动平台做到六自由度位置闭环控制和六自由度速度闭环控制。
附图说明
图1是本实用新型减振平台的侧视结构示意图；
图2是本实用新型减振平台的俯视结构示意图；
图3是本实用新型减振平台的负刚度结构的结构示意图；
图4是本实用新型减振平台的负刚度机构的方形磁铁的受力图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
一般地，定义弹簧抵抗变形的能力为刚度。如果弹簧产生了Δ位移，在外力F作用下平衡，用表达式表达：F＝kΔ，k即为刚度。一般地，k为正值，故该刚度也称正刚度。
如果弹簧产生了(-Δ)位移，在外力F作用下平衡，用表达式表达：F＝k(-Δ)，即F＝(-k)Δ，(-k)为刚度。显然，刚度(-k)带有负号，故该刚度也称为负刚度。
换言之，刚度的物理意义为偏离平衡位置单位位移时，再平衡所需外力的大小。当位移方向与外力方向一致时，该刚度为正刚度；当位移方向与外力方向相反时，该刚度为负刚度。
请参阅图1，图1所示为本实用新型减振平台的侧视结构示意图。所述减振平台包括负载平台1、基础平台2、以及处于负载平台1和基础平台2之间的减振器机构3、垂向执行电机4、水平向执行电机5、负载平台绝对速度传感器6、位移传感器7、基础平台绝对速度传感器8，以及负刚度机构9，和负刚度调节机构10。减振器机构3由活塞32与气缸31组成。活塞32与气缸31之间有垂向气浮轴承34；气缸31与基础平台之间有水平向气浮轴承35；气缸31通过通孔36以及大管径钢管37连接附属气缸38。附属气缸38通过气动伺服阀39与外界气源相连。活塞32与负载平台1通过半球形凸块33点接触。负载平台1可以绕半球形凸块33接触点自由转动。
基础平台2支撑整个减振平台。减振器机构3和附属气缸38的组合使用，能够获得比较低的垂向正刚度。减振器机构3和负刚度机构9并行处于基础平台1和负载平台2之间，协同工作，起低频减振作用。位移传感器7和相关的执行电机，例如垂直执行电机4，或水平向执行电机5，构成了位置反馈环路，用于控制负载平台1相对于基础平台2的六自由度的位移。负载平台绝对速度传感器6与相关的执行电机，例如垂直执行电机4，或水平向执行电机5配合构成速度反馈环路，用于提供减振平台的系统阻尼。基础平台绝对速度传感器8与相关的执行电机，例如垂直执行电机4，或水平向执行电机5配合构成速度反馈环路，用于提供减振平台的系统阻尼。
刚度大小相当的负刚度机构9与减振器机构3并排，构成复合刚度机构，两者刚度偏差作为复合刚度机构的刚度。对应于负刚度机构9，还有负刚度调节机构10，以保证实际刚度与设计刚度一致，获得足够低的减振平台系统共振频率。
基础平台绝对速度传感器8的作用在于提供前馈输入，对基础平台2通过减振器机构3传递给负载平台1的低频成分进行充分补偿，更进一步降低基础平台2对负载平台1的影响。
请参阅图2，图2所示为本实用新型减振平台的俯视结构示意图。如图2所示，可知减振平台的布局。所述减振平台包括三个减振机构3，三个减振机构3呈三角形形状分布在负载平台1的三个角下方。减振平台还包括三个垂向执行电机4，与三个减振机构3错位布局，也呈现三角形布局。三个垂向执行电机4靠近减振机构3，在减振平台布局上处于靠里的位置。减振平台还包括三个水平向执行电机5，与三个减振机构3错位布置，也呈现三角形布局。三个水平向执行电机5靠近减振机构3，在减振平台布局上处于靠外的位置。
减振平台还包括三个水平向负刚度机构91，与三个减振机构3错位布置，也呈现三角形布局。三个水平向负刚度机构91分别分布在逆时针靠近减振机构3的位置上。减振平台还包括三个垂向负刚度机构92，与三个减振机构3错位布置，也呈现三角形布局。三个垂向负刚度机构92分别分布在顺时针靠近减振机构3的位置上。
水平向负刚度机构91对应于水平向负刚度调节机构101，垂向负刚度机构92对应于垂向负刚度调节机构102，以获得适当的垂向刚度和水平向刚度。
由活塞32，气缸31，附属气缸38，以及连接附属气缸38和气缸31的大管径钢管37所包围的空间内的气体构成一空气弹簧，起到垂向承载和减振作用。
附属气缸38设置有气动伺服阀39，用于调节附属气缸38内气体气压。气缸31、附属气缸38、气动伺服阀39、垂向执行电机4、以及连接附属气缸38和气缸31的大管径钢管37构成气动控制闭环系统，用以控制精密运动平台垂直方向上的振动水平。
请参阅图3，图3所示为本实用新型的负刚度机构9的基本结构示意图。如图3所示，负刚度机构9由C形磁铁901和方形磁铁902组成。其中，C形磁铁901与地基相连，而方形磁铁902处于C形磁铁901的两端连线上，且磁力线方向一致，受C形磁铁901的两端吸引。当方形磁铁902处于某一位置时，C形磁铁901的两端对方形磁铁902的向上的吸引力和向下的吸引力相当，方形磁铁902所受力的合力为零，该位置即为方形磁铁902的平衡位置。当方形磁铁902偏离平衡位置Δ距离时，比如说向上偏离平衡位置Δ距离，则C形磁铁上端对方形磁铁902的吸引力大于C形磁铁的下端对方形磁铁902的吸引力，从而方形磁铁902所受的合力为向上的力，需要向下的外力来平衡，外力与位移方向相反，表现为负刚度。反之，当方形磁铁902向下偏离平衡位置Δ距离时，则C形磁铁下端对方形磁铁902的吸引力大于C形磁铁的上端对方形磁铁902的吸引力，从而方形磁铁902所受的合力为向下的力，需要向上的外力来平衡，外力与位移方向相反，表现为负刚度。
请参阅图4，图4所示为方形磁铁902的受力图。当方形磁铁902向下偏离Δ距离的情况，方形磁铁902受到C形磁铁901对方形磁铁902比较小的向上吸引力和C形磁铁901对方形磁铁902较大的向下吸引力，合力方向向下。
综上所述，本实用新型的减振平台在传统的减振器装置设计的基础上，把减振平台整体化考虑，减振器机构3，与垂向执行电机4和水平向执行电机5设计分开，并在减振平台系统布局中增加了负刚度机构9，不仅提高了减振器机构3、垂向执行电机4和水平向执行电机5的设计自由度，而且由于减振器机构3与负刚度机构9的配合使用，能够更低程度地降低减振平台系统的刚度，对基础平台2上振动传递会更进一步的减少。而减振平台通过对垂向执行电机4和水平向执行电机5所施加的力进行适当的矩阵变换处理，并能对精密运动平台做到六自由度位置闭环控制和六自由度速度闭环控制。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
Claims (5)
1.一种减振平台，其特征在于：所述减振平台包括：
基础平台，用以支撑所述减振平台；
负载平台；
减振器机构，所述减振器机构为3个或3个以上，并成多边形设置在所述基础平台与所述负载平台之间，用以支撑所述负载平台；
负刚度机构，所述负刚度机构与所述减振器机构并排设置在所述基础平台与所述负载平台之间。
2.如权利要求1所述的减振平台，其特征在于，所述负刚度机构由C形磁铁和方形磁铁所构成。
3.如权利要求1所述的减振平台，其特征在于，所述减振平台进一步包括对应于负刚度机构的负刚度调节机构。
4.如权利要求1所述的减振平台，其特征在于，所述负刚度机构进一步包括：
三个或三个以上的水平向负刚度机构，设置在所述基础平台与所述负载平台之间，与所述减振器机构错位放置，用以在水平方向上调节减振器机构的水平向刚度；
三个或三个以上的垂向负刚度机构，设置在所述基础平台与所述负载平台之间，与所述减振器机构错位放置，用以在垂直方向上调节减振器机构的垂向刚度。
5.如权利要求1所述的减振平台，其特征在于，所述减振平台还包括位于所述负载平台和所述基础平台之间的垂向执行电机、水平向执行电机，并用以控制所述负载平台在垂向和水平向的运动。
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