專(zhuān)利名稱(chēng)：基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超精密測(cè)量與超精密加工裝備，主要涉及一種基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)。
背景技術(shù)：
在超精密計(jì)量測(cè)試和超精密加工領(lǐng)域中，具有高質(zhì)量水平姿態(tài)的平臺(tái)是進(jìn)行精密測(cè)量和大規(guī)模集成電路制造的基本保證。高質(zhì)量水平姿態(tài)磁浮隔振平臺(tái)的應(yīng)用十分廣泛。在生物科學(xué)、電子光學(xué)、精密機(jī)械加工、理化試驗(yàn)及其研究相關(guān)的工廠(chǎng)中，平臺(tái)的水平姿態(tài)控制會(huì)影響到機(jī)器設(shè)備的測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果和儀表器械的使用性能，并且會(huì)直接影響磁浮隔振平臺(tái)對(duì)振動(dòng)的抑制性能。隨著超精密測(cè)量?jī)x器和超精密加工制造設(shè)備的精度等級(jí)的提高，環(huán)境振動(dòng)對(duì)儀器設(shè)備的影響越來(lái)越大。磁浮隔振平臺(tái)作為新興的隔振設(shè)備也隨著精密儀器制造業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。而磁浮隔振平臺(tái)的水平姿態(tài)則直接影響到其上面所放儀器和裝備的精度，因此磁浮隔振平臺(tái)姿態(tài)的穩(wěn)定在精密儀器制造和科研中顯得格外重要。特別是對(duì)于我國(guó)科研單位和企業(yè)，隨著超大規(guī)模集成電路制造業(yè)的高速發(fā)展以及對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性要求的不斷提高，作為基礎(chǔ)的隔振平臺(tái)的穩(wěn)定性也受到了更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著超精密儀器及系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境要求的提高，傳統(tǒng)的被動(dòng)隔振方式受隔振器材料特性、結(jié)構(gòu)剛度等因素制約，已無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)低頻信號(hào)的隔振要求。針對(duì)這一問(wèn)題，研究人員將主動(dòng)隔振技術(shù)與被動(dòng)隔振器相結(jié)合，達(dá)到提升低頻隔振性能的目的(VibrationIsolation Apparatus For Stage.美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) US006327024B I)。該方法將一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼器安裝在工作臺(tái)與基座之間，阻尼器件具有一個(gè)電執(zhí)行器，執(zhí)行器對(duì)一個(gè)位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，起到主動(dòng)隔振作用，提升了其低頻隔振性能。該方法存在的問(wèn)題在于1)工作臺(tái)不具備姿態(tài)調(diào)整功能；2)位置傳感器反饋信號(hào)為相對(duì)量，沒(méi)有絕對(duì)零位基準(zhǔn)，無(wú)法對(duì)工作臺(tái)位置精確定位。為了實(shí)現(xiàn)隔振臺(tái)臺(tái)體姿態(tài)調(diào)整功能，中國(guó)計(jì)量學(xué)院提出了一種隔振平臺(tái)氣動(dòng)姿態(tài)調(diào)整方案(隔振地基精密調(diào)平系統(tǒng)。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN 101353897A)。該方案采用兩級(jí)隔振平臺(tái)，精密光學(xué)隔振平臺(tái)放置于隔振地基上，通過(guò)測(cè)量隔振平臺(tái)與水平面的夾角，對(duì)空氣彈簧進(jìn)行充放氣控制，達(dá)到調(diào)整隔振平臺(tái)姿態(tài)的目的。該方案存在的問(wèn)題在于1)已公開(kāi)技術(shù)方案中，隔振平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位；2)通過(guò)對(duì)空氣彈簧充放氣調(diào)整隔振平臺(tái)姿態(tài)，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司提出一種隔微振基礎(chǔ)(多臺(tái)精密儀器集中布置的防微振基礎(chǔ)。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN 200920078087.9)。該方案設(shè)計(jì)了上下兩層獨(dú)立的隔振臺(tái)，上層采用T型截面隔振座，隔振座由隔振元件支撐在下層砼梁上，該結(jié)構(gòu)能夠降低隔振系統(tǒng)質(zhì)心，提高了隔振效率。該方案的問(wèn)題在于，僅采用被動(dòng)隔振方式，無(wú)法隔離低頻振動(dòng)信號(hào)。重慶師范大學(xué)提出一種精密隔振裝置(一種精密隔振裝置。公開(kāi)號(hào)CN200920207338. 9)。該方案采用兩層隔振結(jié)構(gòu)，第一層被動(dòng)隔振器由空氣彈簧與磁流變體并聯(lián)構(gòu)成，第二層隔振器由空氣彈簧與微作動(dòng)器并聯(lián)構(gòu)成，兩層結(jié)構(gòu)串聯(lián)布置，該方案提高了隔振裝置對(duì)低頻信號(hào)的隔振性能。該方案的問(wèn)題在于，隔振平臺(tái)不具備姿態(tài)調(diào)整功能?，F(xiàn)有發(fā)明專(zhuān)利存在的共性問(wèn)題1.對(duì)隔振平臺(tái)的測(cè)量均為相對(duì)位置，沒(méi)有絕對(duì)零位基準(zhǔn)，因此無(wú)法對(duì)隔振平臺(tái)位置進(jìn)行精確定位；2.沒(méi)有對(duì)隔振平臺(tái)的姿態(tài)高精度控制方案，因此隔振平臺(tái)無(wú)法獲得高水平隔振性倉(cāng)泛。磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體水平姿態(tài)的檢測(cè)方案有多種，精確定位的方法主要是通過(guò)建立直角坐標(biāo)系來(lái)檢測(cè)水平姿態(tài)，測(cè)量臺(tái)體各自由度位移變化。磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體的位移測(cè)量需采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方法，否則傳感器將會(huì)給隔振系統(tǒng)附加剛度和阻尼，破壞磁浮隔振平臺(tái)固有頻率，降低隔振性能。傳統(tǒng)非接觸式光學(xué)測(cè)量位移的方法種類(lèi)有基于CCD圖像檢測(cè)、基于激光的鑒頻和鑒幅測(cè)量等。由于平臺(tái)臺(tái)體是六個(gè)自由度上的位移變化，各自由度之間相互干涉，基于圖像的測(cè)量方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而基于激光檢測(cè)的方法又受激光自身漂移的影響很難實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。但是，對(duì)磁浮隔振平臺(tái)隔振性能要求的不斷提高，對(duì)臺(tái)體姿態(tài)位移的控制精度要求達(dá)到微米量級(jí)，而且平臺(tái)均是大或超大臺(tái)體情況下。所以具有位移控制精度高、隔振性能優(yōu)異、達(dá)到VC-F級(jí)別以上的大型或超大型磁浮隔振平臺(tái)是目前國(guó)內(nèi)外超精密測(cè)量和加工制造設(shè)備迫切需求的隔/減振設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際需求，設(shè)計(jì)提供一種基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，達(dá)到提高激光束零位基準(zhǔn)的穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)參考光束校準(zhǔn)、提高平臺(tái)隔振性能的目的。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，所述的磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體配置在3個(gè)或3個(gè)以上均勻分布的隔振器上，隔振器配置在基座上，所述隔振器由隔振器基座、隔振器支架和隔振器工作臺(tái)構(gòu)成，隔振器工作臺(tái)安裝在隔振器基座內(nèi)，隔振器支架配置在隔振器基座外側(cè)部上，在各個(gè)隔振器與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體之間配置垂向位移執(zhí)行器，所述的垂向位移執(zhí)行器采用垂向放置的直線(xiàn)型音圈電機(jī)，垂向位移執(zhí)行器的直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體固連，垂向位移執(zhí)行器的直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子配置在隔振器支座上；測(cè)量磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體六自由度姿態(tài)的激光位置測(cè)量光路由He-Ne激光器、激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)、零位基準(zhǔn)裝置、臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器、臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡構(gòu)成，其中臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器、臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡固裝在磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體下側(cè)部上，所述的臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡包括第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、第三分光棱鏡和第四分光棱鏡，且第一分光棱鏡位于激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)的后側(cè)透射激光光路上，第二分光棱鏡和第三分光棱鏡分別位于第一分光棱鏡的透射和反射光路上，第四分光棱鏡位于第三分光棱鏡的反射光路上；所述的臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器包括第一光電檢測(cè)器、第二光電檢測(cè)器、第三光電檢測(cè)器和第四光電檢測(cè)器，其中第一光電檢測(cè)器和第二光電檢測(cè)器分別位于第二分光棱鏡的透射和反射光路上，第三光電檢測(cè)器和第四光電檢測(cè)器分別位于第四分光棱鏡的透射和反射光路上；所述的激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)由激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、凸透鏡、平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器、光束調(diào)整機(jī)構(gòu)、平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡構(gòu)成，其中光束調(diào)整機(jī)構(gòu)位于激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)和平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡之間，凸透鏡位于平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡和平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器之間，光束調(diào)整機(jī)構(gòu)包括可調(diào)整相對(duì)位置間距和角度的楔角棱鏡、楔角棱鏡；所述的零位基準(zhǔn)裝置包括零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)和固有頻率低于0.5Hz的被動(dòng)減振器，零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)通過(guò)被動(dòng)減振器安裝在基座上，并位于激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)的下側(cè)折射光路上；由平漂光電檢測(cè)器和角漂光電檢測(cè)器構(gòu)成的平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器固裝在零位基準(zhǔn)裝置零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)上，其初始位置，各平漂、角漂光電檢測(cè)器接收面分別與各自運(yùn)動(dòng)方向垂直，且接收面中心與對(duì)應(yīng)光束中心重合。所述的臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器和平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器包括位置敏感器件PSD、CXD、四象限探測(cè)器QPD和硅光電池。所述的被動(dòng)減振器采用氣磁結(jié)構(gòu)，且被動(dòng)減振器為零剛度減振器。所述的垂向位移執(zhí)行器采用垂向放置的直線(xiàn)型音圈電機(jī)，垂向位移執(zhí)行器的直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體固連，垂向位移執(zhí)行器的直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子配置在隔振器支座上。本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新性及產(chǎn)生的良好效果在于:I)該裝置零位基準(zhǔn)裝置采用被動(dòng)減振器支撐，被動(dòng)減振器固有頻率低于0.5Hz,可有效隔離地面的振動(dòng)對(duì)參考光束檢測(cè)的影響，大大提高了激光束零位基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)之一。2)本發(fā)明采用兩個(gè)光電檢測(cè)器分別檢測(cè)參考光束的平漂和角漂，并用一對(duì)可調(diào)整相對(duì)位置間距和角度的楔角棱鏡實(shí)時(shí)消減參考光束的平漂和角漂，實(shí)現(xiàn)參考光束校準(zhǔn)；采用光電檢測(cè)器和分光棱鏡 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)六自由度姿態(tài)監(jiān)測(cè)，并由垂向位移執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)隔/減振平臺(tái)垂直方向運(yùn)動(dòng)高精度控制，提高了平臺(tái)隔振性能，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)之 二。


:圖1是基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的俯視圖；圖4是激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是零位基準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是光束調(diào)整機(jī)構(gòu)兩種方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是激光光束平漂與角漂檢測(cè)原理示意圖；圖8是隔振器與垂直位移執(zhí)行器裝配結(jié)構(gòu)示意圖。圖中件號(hào)=1-He-Ne激光器；2_激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)；3_零位基準(zhǔn)裝置；3a_零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)；3b-被動(dòng)減振器；4_隔振器；4a-隔振器基座；4b-隔振器支架；4c-隔振器工作臺(tái)；5-基座；6_磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體；7_臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器；7a-第一光電檢測(cè)器；7b-第二光電檢測(cè)器；7c-第三光電檢測(cè)器；7d-第四光電檢測(cè)器；8_垂向位移執(zhí)行器；8a-直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子；8b-直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子；9_平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡；10-臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡；10a_第一分光棱鏡；10b_第二分光棱鏡；10c_第三分光棱鏡；IOd-第四分光棱鏡；11-激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)；12_凸透鏡；13-平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器；13a-平漂光電檢測(cè)器；13b-角漂光電檢測(cè)器；14-光束調(diào)整機(jī)構(gòu)；14a_楔角棱鏡A ; 14b_楔角棱鏡B。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，所述的磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6配置在3個(gè)或3個(gè)以上均勻分布的隔振器4上，隔振器4配置在基座5上，所述隔振器4由隔振器基座4a、隔振器支架4b和隔振器工作臺(tái)4c構(gòu)成，隔振器工作臺(tái)4c安裝在隔振器基座4a內(nèi)，隔振器支架4b配置在隔振器基座4a外側(cè)部上，在各個(gè)隔振器4與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6之間配置垂向位移執(zhí)行器8，所述的垂向位移執(zhí)行器8采用垂向放置的直線(xiàn)型音圈電機(jī)，垂向位移執(zhí)行器8的直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子8a與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6固連，垂向位移執(zhí)行器8的直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子Sb配置在隔振器支座4b上；測(cè)量磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6六自由度姿態(tài)的激光位置測(cè)量光路由He-Ne激光器1、激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)2、零位基準(zhǔn)裝置3、臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器7、臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡10構(gòu)成，其中臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器7、臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡10固裝在磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6下側(cè)部上，所述的臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡10包括第一分光棱鏡10a、第二分光棱鏡10b、第三分光棱鏡IOc和第四分光棱鏡IOd,且第一分光棱鏡IOa位于激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)2的后側(cè)透射激光光路上,第二分光棱鏡IOb和第三分光棱鏡IOc分別位于第一分光棱鏡IOa的透射和反射光路上,第四分光棱鏡IOd位于第三分光棱鏡IOc的反射光路上；所述的臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器7包括第一光電檢測(cè)器7a、第二光電檢測(cè)器7b、第三光電檢測(cè)器7c和第四光電檢測(cè)器7d,其中第一光電檢測(cè)器7a和第二光電檢測(cè)器7b分別位于第二分光棱鏡IOb的透射和反射光路上,第三光電檢測(cè)器7c和第四光電檢測(cè)器7d分別位于第四分光棱鏡IOd的透射和反射光路上；所述的激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)2由激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)11、凸透鏡12、平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13、光束調(diào)整機(jī)構(gòu)14、平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡9構(gòu)成，其中光束調(diào)整機(jī)構(gòu)14位于激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)11和平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡9之間，凸透鏡12位于平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡9和平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13之間，光束調(diào)整機(jī)構(gòu)14包括可調(diào)整相對(duì)位置間距和角度的楔角棱鏡A14a、楔角棱鏡B14b ;所述的零位基準(zhǔn)裝置3包括零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)3a和固有頻率低于O. 5Hz的被動(dòng)減振器3b，零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)3a通過(guò)被動(dòng)減振器3b安裝在基座5上，并位于激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)2的下側(cè)折射光路上；由平漂光電檢測(cè)器13a和角漂光電檢測(cè)器13b構(gòu)成的平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13固裝在零位基準(zhǔn)裝置3的零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)3a上，其初始位置，各平漂、角漂光電檢測(cè)器13a、13b接收面分別與各自運(yùn)動(dòng)方向垂直，且接收面中心與對(duì)應(yīng)光束中心重合。所述的臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器7和平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13包括位置敏感器件PSD、(XD、四象限探測(cè)器QPD和硅光電池。所述的被動(dòng)減振器3b采用氣磁結(jié)構(gòu)，且被動(dòng)減振器3b為零剛度減振器。所述的垂向位移執(zhí)行器8采用垂向放置的直線(xiàn)型音圈電機(jī)，垂向位移執(zhí)行器8的直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子8a與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6固連，垂向位移執(zhí)行器8的直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子Sb配置在隔振器支座4b上。
本發(fā)明的工作流程如下臺(tái)體姿態(tài)由激光位置測(cè)量光路測(cè)量，激光器I發(fā)出的一束源激光首先通過(guò)激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)2，由平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡9分出兩束參考光束，分別由平漂光電檢測(cè)器13a和角漂光電檢測(cè)器13b接收，檢測(cè)參考光束自身的平漂移量和角漂移量，最后通過(guò)光束調(diào)整機(jī)構(gòu)14實(shí)時(shí)調(diào)整其平漂和角漂。平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13有效隔離大于O. 5Hz的振動(dòng)對(duì)參考光束檢測(cè)的影響，實(shí)現(xiàn)零位基準(zhǔn)裝置3與臺(tái)體和大地隔離，作為磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6六個(gè)自由度的位置絕對(duì)零位基準(zhǔn)。光束再經(jīng)臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡10分出四路光束，最終由臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器7接收，由此實(shí)現(xiàn)臺(tái)體姿態(tài)的六個(gè)自由度的位置檢測(cè)，經(jīng)過(guò)解算后再通過(guò)垂向位移執(zhí)行器8實(shí)現(xiàn)臺(tái)體姿態(tài)三自由度實(shí)時(shí)調(diào)整控制。由于激光光束具有平漂和角漂，因此參考光路會(huì)有一定的偏差，所以需要每時(shí)每刻都進(jìn)行調(diào)整，以保證參考光束的準(zhǔn)確性。保證參考光束的水平是保證平臺(tái)水平姿態(tài)的基礎(chǔ)。參考光束的平漂與角漂由固定在零位基準(zhǔn)裝置3上的平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13測(cè)量。光束的平漂由光電檢測(cè)器13a檢測(cè)，光束角漂由帶有凸透鏡12的光電檢測(cè)器13b檢測(cè)，并均由光束調(diào)整機(jī)構(gòu)14抑制。光束調(diào)整機(jī)構(gòu)14通過(guò)調(diào)整兩個(gè)楔角棱鏡的角度和相對(duì)位置間距，抑制光束的角漂和平漂。確定參考光束之后記錄標(biāo)定平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器13的輸出值為初值，校準(zhǔn)時(shí)使輸出值向標(biāo)定的初值逼近即可。工作時(shí)，參考光束被實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，光電檢測(cè)器實(shí)時(shí)米樣，每次米12個(gè)值去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，并把剩下的10個(gè)值取平均值分別與各自的初值作比較，經(jīng)過(guò)處理就可以得到磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體6在地面振動(dòng)影響下的姿態(tài)變化。控制系統(tǒng)根據(jù)該測(cè)量值控制垂向位移執(zhí)行器8三自由度調(diào)整臺(tái)體姿態(tài)誤差，使磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，從而使磁浮隔振平臺(tái)具有較小的振動(dòng)傳遞率，實(shí)現(xiàn)隔/減振。
權(quán)利要求
1.基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，其特征在于磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體(6)配置在3個(gè)或3個(gè)以上均勻分布的隔振器(4)上，隔振器(4)配置在基座(5)上，所述隔振器⑷由隔振器基座(4a)、隔振器支架(4b)和隔振器工作臺(tái)(4c)構(gòu)成，隔振器工作臺(tái)(4c)安裝在隔振器基座(4a)內(nèi)，隔振器支架(4b)配置在隔振器基座(4a)外側(cè)部上，在各個(gè)隔振器(4)與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體(6)之間配置垂向位移執(zhí)行器(8)，所述的垂向位移執(zhí)行器(8)采用垂向放置的直線(xiàn)型音圈電機(jī)，垂向位移執(zhí)行器(8)的直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子(Sa)與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體(6)固連，垂向位移執(zhí)行器(8)的直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子(Sb)配置在隔振器支座(4b)上；測(cè)量磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體(6)六自由度姿態(tài)的激光位置測(cè)量光路由He-Ne激光器(I)、激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)、零位基準(zhǔn)裝置(3)、臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器(7)、臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡(10)構(gòu)成，其中臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器(7)、臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡(10)固裝在磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體(6)下側(cè)部上，所述的臺(tái)體姿態(tài)分光棱鏡(10)包括第一分光棱鏡(IOa)、第二分光棱鏡(10b)、第三分光棱鏡(IOc)和第四分光棱鏡(IOd),且第一分光棱鏡(IOa)位于激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)的后側(cè)透射激光光路上，第二分光棱鏡(IOb)和第三分光棱鏡(IOc)分別位于第一分光棱鏡(IOa)的透射和反射光路上,第四分光棱鏡(IOd)位于第三分光棱鏡(IOc)的反射光路上；所述的臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器(7)包括第一光電檢測(cè)器(7a)、第二光電檢測(cè)器(7b)、第三光電檢測(cè)器(7c)和第四光電檢測(cè)器(7d)，其中第一光電檢測(cè)器(7a)和第二光電檢測(cè)器(7b)分別位于第二分光棱鏡(IOb)的透射和反射光路上,第三光電檢測(cè)器(7c)和第四光電檢測(cè)器(7d)分別位于第四分光棱鏡(IOd)的透射和反射光路上；所述的激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)由激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(11)、凸透鏡(12)、平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器(13)、光束調(diào)整機(jī)構(gòu)(14)、平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡(9)構(gòu)成，其中光束調(diào)整機(jī)構(gòu)(14)位于激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(11)和平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡(9)之間，凸透鏡(12)位于平漂與角漂檢測(cè)分光棱鏡(9)和平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器(13)之間，光束調(diào)整機(jī)構(gòu)(14)包括可調(diào)整相對(duì)位置間距和角度的楔角棱鏡A (14a)、楔角棱鏡B (14b);所述的零位基準(zhǔn)裝置(3)包括零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)(3a)和固有頻率低于0.5Hz的被動(dòng)減振器(3b)，零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)(3a)通過(guò)被動(dòng)減振器(3b)安裝在基座(5)上，并位于激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)的下側(cè)折射光路上；由平漂光電檢測(cè)器(13a)和角漂光電檢測(cè)器(13b)構(gòu)成的平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器(13)固裝在零位基準(zhǔn)裝置(3)的零位基準(zhǔn)光電檢測(cè)器安裝平臺(tái)(3a)上，其初始位置，各平漂、角漂光電檢測(cè)器(13a、13b)接收面分別與各自運(yùn)動(dòng)方向垂直，且接收面中心與對(duì)應(yīng) 光束中心重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，其特征在于所述的臺(tái)體姿態(tài)光電檢測(cè)器(7)和平漂與角漂檢測(cè)光電檢測(cè)器(13)包括位置敏感器件PSD、CXD、四象限探測(cè)器QPD和硅光電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，其特征在于所述的被動(dòng)減振器(3b)采用氣磁結(jié)構(gòu)，且被動(dòng)減振器(3b)為零剛度減振器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)，其特征在于所述的垂向位移執(zhí)行器(8)采用垂向放置的直線(xiàn)型音圈電機(jī)，垂向位移執(zhí)行器(8)的直線(xiàn)型音圈電機(jī)動(dòng)子(8a)與磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體(6)固連，垂向位移執(zhí)行器(8)的直線(xiàn)型音圈電機(jī)定子(8b)配置在隔振器支座(4b)上。
全文摘要
基于氣磁零位基準(zhǔn)和激光自準(zhǔn)直測(cè)量的磁浮隔振平臺(tái)屬于超精密測(cè)量與超精密加工裝備，該裝置采用3個(gè)或3個(gè)以上靜壓磁浮結(jié)構(gòu)的隔振器支撐磁浮隔振平臺(tái)臺(tái)體及其負(fù)載，采用分光棱鏡和光電檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)平臺(tái)六自由度姿態(tài)監(jiān)測(cè)，并在隔振器與臺(tái)體之間垂向位移執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)臺(tái)體三自由度姿態(tài)調(diào)整；該裝置中由氣磁式減振器支撐的零位基準(zhǔn)裝置有效隔離地面的振動(dòng)對(duì)參考光束檢測(cè)的影響，提高了激光束零位基準(zhǔn)的穩(wěn)定性；采用光電檢測(cè)器檢測(cè)參考光束的平漂和角漂，并用一對(duì)可調(diào)整相對(duì)位置間距和角度的楔角棱鏡實(shí)時(shí)調(diào)整參考光束的平漂和角漂，實(shí)現(xiàn)參考光束校準(zhǔn)，可顯著提高平臺(tái)隔振性能。
文檔編號(hào)F16M11/04GK103075619SQ20121057413
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者王雷, 譚久彬, 趙勃 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)