CN1415456A - 超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置 - Google Patents
超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1415456A CN1415456A CN 02132839 CN02132839A CN1415456A CN 1415456 A CN1415456 A CN 1415456A CN 02132839 CN02132839 CN 02132839 CN 02132839 A CN02132839 A CN 02132839A CN 1415456 A CN1415456 A CN 1415456A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- guide rail
- magnetic suspension
- coil
- platform
- air gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Linear Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及超精密微位移导轨磁悬浮方法及装置,方法是控制磁悬浮线圈向上浮起,使微进给平台悬浮在导轨上,利用控制***驱动微进给平台沿导轨实现精密、超精密直线微进给运动。装置包括直线电机初级1、导轨2、微进给平台3、直线电机次级4、初级底座5、机构底座6、磁悬浮线圈7、起落支撑8、控制计算机9、电机功率放大器10、磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11和气隙传感器12。本发明结构简单紧凑、具有洁净、高效的特点,能实现超精密的进给精度,将应用于微电子、IT等产品制造领域的专用设备上、或航空航天、军工、医药、仪器仪表、生命科学以及基因工程等其它高科技领域的科研、实验等仪器设备上,具有广阔的市场前景。
Description
技术领域:本发明涉及精密、超精密加工制造设备,尤其涉及一种能满足微电子、IT等行业高新科技产品的精密加工要求和超洁净制造环境要求的超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置。
背景技术:在微电子、IT等行业产品的制造领域,各种精密、超精密加工制造设备上使用的进给机构一般都采用旋转伺服电机驱动、精密滚珠丝杠传动和滑动导轨支撑的传统方案,旋转电机通过丝杠带动导轨平台做进给运动。由于从电机到导轨平台(即工作台)之间需要联轴节、丝杠、螺母、导轨等诸多中间环节,不仅加大了进给机构的惯性质量,影响了机构响应频率,降低了机构的进给速度和加速度;而且在机构要完成启动、加(减)速、反转和停车等动作时,中间环节产生的弹性变形、摩擦、联结间隙以及反向间隙等,会造成进给运动的滞后和非线性误差。所以传统方案进给精度较低,加工工时较长,使设备不能满足对加工工件的指标要求。20世纪90年代以来,出现了用直线电机直接驱动取代旋转电机加丝杠传动的方式,驱动导轨平台做进给运动。直线电机的应用取消了源动力和工作台之间的所有中间传动联结环节,实现了机构的零传动,克服了传统进给方案存在的主要缺点,可提高机构的进给精度。但由于滑动导轨副之间仍然存在摩擦,摩擦会引起导轨副的磨损,从而逐渐降低进给机构的精度。而且,摩擦会产生金属粉尘,这极有害于微电子产品如半导体元器件的性能和质量。因此,许多微电子、IT产品要求在超洁净环境下完成加工制作,加工区域对金属粉尘及其它微细颗粒的含量有着极为严格的标准。所以,因为存在摩擦,以上两种类型的进给机构都不能直接满足超洁净制作环境要求。况且,摩擦阻尼的存在会降低机构的响应频率,影响机构的进给精度。
发明的内容:本发明的目的是解决背景技术中导轨副间的摩擦,进给机构精度低、导轨副间刚度小的问题,为了达到上述目的本发明将使进给机构无金属粉尘和油脂污染,有效地提高机构的微进给精度,使机构满足超洁净制作环境的要求及超精密加工精度的要求,为此本发明将提供一种超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置。
下面阐述本发明的方法:
(1)、首先利用两只线圈同时通以足够大的电流,将在线圈与导轨斜平面之间产生与斜平面垂直的两股电磁吸力,电磁吸力可分解为垂直和水平两个方向的分量,垂直方向分量的合力是所需的磁悬浮力;(2)、再利用磁悬浮力把平台以及与之固定联接的部件悬浮起来;(3)、当磁悬浮力与平台、与之固定联接部件总重量以及外加载荷之和相等时,则使平台稳定悬浮在导轨上,且使线圈与导轨斜平面之间保持稳定的气隙ε;(4)、当受到外界力的干扰时,线圈与导轨斜平面之间的气隙ε发生变化,利用气隙传感器具有输出电流(或电压)大小与气隙的大小在一定范围内成近似正比例线性关系的特性,由气隙传感器输出变化的电流;(5)、利用输出变化的电流通过控制器与功率放大器的处理和放大作用调整线圈的输入电流,从而改变线圈产生的电磁吸力,使电磁吸力的垂直分量合力与重力以及外加力重新达到平衡,使变化的气隙恢复到原来的大小,平台被迅速调整回到原来平衡时的悬浮位置;(6)、利用电磁吸力分解于水平方向的两个分量在理想状况下应大小相等、方向相反的特性,当水平分量大小不等时,平台产生左右偏摆,此时线圈与导轨斜平面之间气隙发生变化,电磁吸力小的一边间隙变大,电磁吸力大的一边间隙变小,与此同时,气隙传感器的电流或电压值也相应改变,则控制***修正线圈的电流或电压,以使电磁吸力的水平分量大小相等,平台重新回归到原来的平衡位置,与导轨左右两侧斜平面保持相等的气隙,由此保证了平台进给时的导向精度。
本发明的装置由实施例的图1和图2所示,由机械***和控制***两部分组成。机械***包括:直线电机初级1、导轨2、微进给平台3、直线电机次级4、初级底座5、机构底座6、磁悬浮线圈7、起落支撑8,控制***包括:控制计算机9、电机功率放大器10、磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11、气隙传感器12,导轨2对称地固定联接在机构底座6上,微进给平台3与一对磁悬浮线圈7固定联接,两只起落支撑8固定安装在微进给平台3的下方,微进给平台3由起落支撑8支撑在导轨2上平面,直线电机次级4固定安装在微进给平台3的正下方,直线电机初级1安装在初级底座5里,并且直线电机次级4与直线电机初级1保持一定的间隙,初级底座5与机构底座6固定联接;磁悬浮线圈7的控制信号线连接到磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11,直线电机次极4的控制信号线与电机功率放大器10连接,电机功率放大器10和磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11均与控制计算机9的信号端相连,气隙传感器12固定安装在磁悬浮线圈7上,其探头与导轨2斜平面保持合适的间隙,气隙传感器12的传输信号线与磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11相连,导轨2采用V形形状。
本发明工作时,起落支撑收起,控制***控制磁悬浮线圈向上浮起,并与导轨斜平面保持稳定的间隙,微进给平台由此稳定地悬浮在导轨上,当控制***给直线电机输出位移数字信号,直线电机次级将要移动给定的数字位移量,从而驱动微进给平台沿导轨无摩擦地实现精密、超精密直线微进给运动。
本发明的积极效果:由于本发明采用了磁悬浮技术,并结合了直线电机能实现零传动的特点,所以微进给机构具有以下优点:
(1)工作台与导轨之间没有摩擦,省去了油脂润滑,消除了机构对产品制作环境污染;
(2)工作台运动时没有摩擦阻尼作用,很小的作用力就可以驱动工作台做进给运动,大大节省动力;
(3)因没有摩擦,所以运动件不会有磨损,可以长期有效地保持机构的精度,延长机构的使用寿命;
(4)没有摩擦阻尼,有利于提高机构的进给精度,缩短了机构的响应时间,提高了机构的响应频率;
(5)直线电机的应用省略了中间所有传动联接环节,简化了机构结构,大大减轻了机构质量,相应地减小了机构的运动惯量,可较大幅度地提高机构进给精度和工作效率;
(6)微进给机构将磁悬浮力和导向力的产生***合二为一,简化了结构、减少了控制环节、降低了制作成本,且可以保证微进给机构具有较高的磁悬浮和导向精度。
由于结构简单紧凑、具有洁净、高效的特点,且能实现超精密的进给精度,将广泛应用于微电子、IT等产品制造领域的专用设备上,还将应用于航空航天、军工、医药、仪器仪表、生命科学以及基因工程等等众多高科技领域的科研、实验和产品生产加工等设备上,具有广阔的市场前景。
附图说明:
图1是本发明的结构及控制示意图。
图2是本发明原理示意图。
具体实施方式如图1和图2:本发明的机械***包括:直线电机初级1、导轨2、微进给平台3、直线电机次级4、初级底座5、机构底座6、磁悬浮线圈7、起落支撑8,控制***包括:控制计算机9、电机功率放大器10、磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11、气隙传感器12。根据微进给机构的长度确定直线电机初级1采用五组线圈组成,并要求五组线圈上平面在同一水平面内,误差不大于0.1mm;导轨2由两块V型导轨板组成,采用铁磁性材料,上下表面进行抛光加工,平面度要求达到0.3μm/25mm,并对上下表面进行均质处理,使得表面金属性能为各向同性;微进给平台3由10mm厚铝合金板加工而成,可减轻平台的重量;直线电机次级4采用轻质铝合金制作,并且直线电机次级4与直线电机初级1的间隙保持在0.3~0.5mm或根据需要选择两者的间隙;初级底座5采用铝合金材料;机构底座6由大理石抛光加工而成;磁悬浮线圈7采用一对U型磁悬浮线圈,其磁极表面要抛光研磨加工,平面度要求达到0.3μm/25mm;起落支撑8采用两只起落支撑由耐磨材料制作。控制***硬件由外界采购器件组装,控制计算机9可采用EVOC810工业计算机,内有多个插槽,控制程序和运行软件自行编写。电机功率放大器10和磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11可采用美国ParKer公司的6KGeminiGV型号功率放大器。气隙传感器12采用德国Micro-Epsilon公司的EU型号传感器以及相匹配的eddyNCDT3300传感器监控器。如将该微进给机构取代现有的摩擦导轨式或者气浮导轨式进给机构,安装在微电子光刻设备上,可以大幅度地提高光刻设备的性能如定位精度和加工精度。
Claims (2)
1、超精密微位移导轨磁悬浮方法,其特征在于:(1)、首先利用两只线圈同时通以足够大的电流,将在线圈与导轨斜平面之间产生与斜平面垂直的两股电磁吸力,电磁吸力可分解为垂直和水平两个方向的分量,垂直方向分量的合力是所需的磁悬浮力;(2)、再利用磁悬浮力把平台以及与之固定联接的部件悬浮起来;(3)、当磁悬浮力与平台、与之固定联接部件总重量以及外加载荷之和相等时,则使平台稳定悬浮在导轨上,且使线圈与导轨斜平面之间保持稳定的气隙ε;(4)、当受到外界力的干扰时,线圈与导轨斜平面之间的气隙ε发生变化,利用气隙传感器具有输出电流(或电压)大小与气隙的大小在一定范围内成近似正比例线性关系的特性,由气隙传感器输出变化的电流;(5)、利用输出变化的电流通过控制器与功率放大器的处理和放大作用调整线圈的输入电流,从而改变线圈产生的电磁吸力,使电磁吸力的垂直分量合力与重力以及外加力重新达到平衡,使变化的气隙恢复到原来的大小,平台被迅速调整回到原来平衡时的悬浮位置;(6)、利用电磁吸力分解于水平方向的两个分量在理想状况下应大小相等、方向相反的特性,当水平分量大小不等时,平台产生左右偏摆,此时线圈与导轨斜平面之间气隙发生变化,电磁吸力小的一边间隙变大,电磁吸力大的一边间隙变小,与此同时,气隙传感器的电流或电压值也相应改变,则控制***修正线圈的电流或电压,以使电磁吸力的水平分量大小相等,平台重新回归到原来的平衡位置,与导轨左右两侧斜平面保持相等的气隙,由此保证了平台进给时的导向精度。
2、超精密微位移导轨磁悬浮装置,包括微进给平台3、初级底座5、机构底座6,初级底座5与机构底座6固定联接;其特征在于还包括:机械***:直线电机初级1、导轨2、直线电机次级4、磁悬浮线圈7、起落支撑8,控制***:控制计算机9、电机功率放大器10、磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11、气隙传感器12,导轨2对称地固定联接在机构底座6上,微进给平台3与一对磁悬浮线圈7固定联接,两只起落支撑8固定安装在微进给平台3的下方,微进给平台3由起落支撑8支撑在导轨2上平面,直线电机次级4固定安装在微进给平台3的正下方,直线电机初级1安装在初级底座5里,并且直线电机次级4与直线电机初级1保持一定的间隙,磁悬浮线圈7的控制信号线连接到磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11,直线电机次极4的控制信号线与电机功率放大器10连接,电机功率放大器10和磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11均与控制计算机9的信号端相连,气隙传感器12固定安装在磁悬浮线圈7上,其探头与导轨2斜平面保持合适的间隙,传输信号线与磁悬浮线圈功率放大器及控制器组合11相连,导轨2采用V形形状。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 02132839 CN1214892C (zh) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 02132839 CN1214892C (zh) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1415456A true CN1415456A (zh) | 2003-05-07 |
CN1214892C CN1214892C (zh) | 2005-08-17 |
Family
ID=4746953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 02132839 Expired - Fee Related CN1214892C (zh) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1214892C (zh) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1329784C (zh) * | 2004-07-09 | 2007-08-01 | 浙江大学 | 软位置传感器精密直线进给装置 |
CN100383597C (zh) * | 2006-05-18 | 2008-04-23 | 武汉大学 | 傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置 |
CN100418699C (zh) * | 2003-05-14 | 2008-09-17 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 一种加工机导轨 |
CN1808866B (zh) * | 2005-01-21 | 2010-05-26 | 北京前沿科学研究所 | 永磁全补偿式磁悬浮结构 |
CN101900952A (zh) * | 2010-08-02 | 2010-12-01 | 中南大学 | 一种采用磁悬浮技术的光刻机掩模台 |
CN102358424A (zh) * | 2011-08-17 | 2012-02-22 | 梁锡球 | 一种飞碟飞行器 |
CN103909427A (zh) * | 2014-04-17 | 2014-07-09 | 电子科技大学 | 一种混合励磁磁悬浮进给平台 |
CN105522400A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-04-27 | 缪雪峰 | 一种永磁悬浮微型机床导轨 |
CN105563140A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-05-11 | 缪雪峰 | 一种永磁悬浮微型机床导轨控制*** |
CN107082284A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-08-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 样品传送装置及超高真空传输设备 |
CN107207196A (zh) * | 2015-02-04 | 2017-09-26 | 奥的斯电梯公司 | 电梯***评估装置 |
CN111156249A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-05-15 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种刚度可调的气浮导轨 |
CN113555197A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102647124B (zh) * | 2011-08-15 | 2015-01-07 | 王志林 | 特殊高效开关磁阻换能驱动装置 |
-
2002
- 2002-08-30 CN CN 02132839 patent/CN1214892C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100418699C (zh) * | 2003-05-14 | 2008-09-17 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 一种加工机导轨 |
CN1329784C (zh) * | 2004-07-09 | 2007-08-01 | 浙江大学 | 软位置传感器精密直线进给装置 |
CN1808866B (zh) * | 2005-01-21 | 2010-05-26 | 北京前沿科学研究所 | 永磁全补偿式磁悬浮结构 |
CN100383597C (zh) * | 2006-05-18 | 2008-04-23 | 武汉大学 | 傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置 |
CN101900952A (zh) * | 2010-08-02 | 2010-12-01 | 中南大学 | 一种采用磁悬浮技术的光刻机掩模台 |
CN102358424A (zh) * | 2011-08-17 | 2012-02-22 | 梁锡球 | 一种飞碟飞行器 |
CN103909427A (zh) * | 2014-04-17 | 2014-07-09 | 电子科技大学 | 一种混合励磁磁悬浮进给平台 |
CN107207196A (zh) * | 2015-02-04 | 2017-09-26 | 奥的斯电梯公司 | 电梯***评估装置 |
CN105522400A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-04-27 | 缪雪峰 | 一种永磁悬浮微型机床导轨 |
CN105563140A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-05-11 | 缪雪峰 | 一种永磁悬浮微型机床导轨控制*** |
CN105522400B (zh) * | 2016-01-22 | 2019-05-21 | 江苏赐福科技有限公司 | 一种永磁悬浮微型机床导轨 |
CN107082284A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-08-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 样品传送装置及超高真空传输设备 |
CN111156249A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-05-15 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种刚度可调的气浮导轨 |
CN113555197A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法 |
CN113555197B (zh) * | 2021-07-29 | 2022-02-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1214892C (zh) | 2005-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1214892C (zh) | 超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置 | |
CN103021473B (zh) | 一种直驱式运动解耦的高精度伺服平台 | |
CN100589317C (zh) | 智能型磁悬浮直线进给单元 | |
CN1306247C (zh) | 宏/微双重驱动的大行程高速纳米级精度的平面定位*** | |
WO2018000516A1 (zh) | 一种单驱动刚柔耦合精密运动平台及其实现方法及应用 | |
CN102189413B (zh) | 一种超精密工作台 | |
CN102307031A (zh) | 一种永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台 | |
CN102723842B (zh) | 多自由度长行程磁悬浮工作台 | |
CN209774584U (zh) | 一种平面三自由度全柔性并联定位平台 | |
CN106594070B (zh) | 基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台 | |
WO2023179060A1 (zh) | 一种直线电机模组 | |
CN205363276U (zh) | 钻铣床 | |
CN202317689U (zh) | 一种带气浮支承和电磁驱动的超精密工作台 | |
CN1528559A (zh) | 工业应用型主动磁悬浮机床导轨直线电机进给平台 | |
CN2645340Y (zh) | 磁悬浮轴承式超精密微进给机构 | |
CN110497363B (zh) | 一种模块化宏微结合的三自由度微夹持平台及其使用方法 | |
CN102723303B (zh) | Xy两坐标气浮定位平台 | |
CN204403695U (zh) | 一种z轴负向放大微驱动平台 | |
CN210476863U (zh) | 一种高精度定位平台 | |
CN102723298A (zh) | 一种电磁预紧xy精密运动平台 | |
CN2612505Y (zh) | 一种柔顺自动化装配工作台 | |
CN100468944C (zh) | 磁悬浮平面电机 | |
CN113555197B (zh) | 一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法 | |
CN202712146U (zh) | Xy两坐标气浮定位平台 | |
CN2666024Y (zh) | 数控机床用永磁式直线电机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |