一種精密減振和定位裝置的製作方法
2024-01-30 00:18:15
專利名稱：一種精密減振和定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及減振和定位裝置，特別是一種以被動為主、主動控制為輔的有效減振和多自由度定位裝置，用於實現水平、高度的精確定位。
背景技術：
在半導體產業中，機電系統需要實現微觀(微米級或納米級)的定位精度要求，所有外界的環境及地面震動等各方面的幹擾均不能被忽視。因此，必須要將用於實現生產功能的工作檯/設備置放於不受外界幹擾的隔振系統上。該隔振系統對外界環境幹擾抑制能力的強弱，是半導體設備及其它高精密設備能否實現其功能並進行有效工作的關鍵。目前的減振技術通常可以分為兩大類一是被動減振系統，如利用大阻尼、粘彈性等材料以及彈簧等元件進行隔振處理，該方法簡單、沒有能耗、可靠性好等優點，得到了廣泛的應用。但是在有些精密的機械設備中，它的減振效果難以達到要求或者根本不適用，如精密的半導體設備，工作檯與地基一般需要剛性連接而無法隔離。
二是主動減振系統，如利用作動器或智能機構進行主動控制，這種方法雖然可以對特定的幹擾進行有效的衰減，但是一般帶寬很窄，而且有能耗，提高了成本，極大地降低了可靠性，而且響應速度及適應性均難以達到較高的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種精密減振和定位裝置，解決原有使用單一的主動減振系統或被動減振系統的技術缺陷，實現了有效減振和多自由度定位。
為實現上述目的，本發明的技術方案是一種精密減振和定位裝置，其特徵在於它包括被動減振部件和主動減振執行部件共同組成，其中，被動減振部件是一種橫、縱向均可以有一定的運動範圍的腔體構造，通過該腔體支撐的活塞類機構連接到被減振的平臺上，對振源在較寬頻帶上進行較大幅度的隔離或衰減；在被減振部件與被動減振部件之間有主動控制部件進行銜接，該主動控制部件由振動傳感器、信號處理器、數據採集器、運算決策器、電機驅動器，以及水平和垂直方向上的兩個直線電機組成，進行精確定位。
該腔體內的填充介質為液體或氣體，需要腔體密封，並通過電磁閥實現主動控制對系統的低頻共振頻率進行控制。
該腔體內的填充介質為橡膠或海綿或金屬橡膠。
該缸體帶有一個移動活塞，通過密封薄膜或彈性碟簧進行連接。
該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或摺疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
該活塞具有連杆，連杆連接到減振平臺對被減振/隔振的對象形成支反力。
該活塞和連杆之間連接有密封薄膜或彈性碟簧。
該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或摺疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
通過水平和豎直方向的速度傳感器作反饋形成阻尼力；由豎直方向的直線電機與水平方向的直線電機，通過水平方向的位置傳感器，豎直方向的位置傳感器獲得的位置信號作反饋，獲得快速的響應力，進行精確的位置補償。
該水平的和豎直方向的位置傳感器是非接觸式的渦流傳感器。
藉由上述發明方案能實現如下技術效果1、本發明能按預先設定的目標，當系統受到幹擾時時實現隔振、減振，並進行平移、提升、旋轉等多自由度閉環運動控制，實現對被減振平臺的精確位置定位。
2、本發明結構緊湊、可靠性高，重複定位精度高，適應性強，裝置變形量小，運動平穩，能滿足在常溫下光刻機等精密設備的嚴格要求，同時實現光刻設備在工作狀態即曝光時的，對外界幹擾的衰減與隔離並進行精密的位置定位控制；非工作狀態即檢修時實現機構的鎖定。
圖1是本發明裝置的結構系統原理圖。
圖2是本發明裝置所用的各種密封薄膜的截面示意圖。
圖3是本精密裝置與控制系統布局關係示意圖。
圖4是本精密減振裝置系統實施的連接關係意圖。
圖5是本精密減振所有系統實施的概略圖。
圖6是本精密減振裝置氣/液動力控制的迴路實施的系統圖。
圖7是本精密減振裝置的電器控制迴路實施實例的系統圖。
具體實施例方式
下面結合附圖給出一較佳實施例，對本發明作進一步的描述。
如圖1所示整個減振裝置包括被動減振部件和主動減振執行部件共同組成，其中被動減振部件主要是一種腔體構造，橫向縱向均可以有一定的運動範圍，腔體8可由氣體、橡膠、金屬橡膠或液體填充7。如填充的介質為液體或氣體，需要腔體8密封，並通過電磁閥14實現主動控制對系統的低頻共振頻率進行控制。通過由這些填充載體支撐的活塞類機構連接到減振平臺13上，首先對振源在較寬頻帶上進行較大幅度的隔離或衰減；在被減振部件與被動減振部件之間有主動控制部件進行銜接，由振動傳感器(絕對速度傳感器2、水平位置傳感器9、豎直位置傳感器10)、信號處理器、數據採集器、運算決策器、電機驅動器，以及水平和垂直方向上的兩個直線電機(豎直直線電機3和水平直線電機4)組成，進行精確定位，以使被減振對象與外界幹擾隔離，或使幹擾迅速被衰減後，仍使系統保持高精度的位置定位。
其中，腔體8帶有一個移動活塞6，通過密封薄膜或彈性碟簧5連接，如圖2所示，該密封薄膜5的剖面可以是各種形狀，半圓形(2a)，三角形或V形(2b)，摺疊性或M(2c)，s型(2d)，MV等各種組合(2e)及多種波紋形式(2f)等可以產生柔性變形的結構。
腔體8可以是密封的，其內充滿氣體或液體；也可以是非密封的，中間填充橡膠、海綿、或金屬橡膠等減振材料。這種裝置的優點是可以產生很高的反作用力對較重的工作平臺13進行支撐，但是當採用氣體或液體填充時，缺點是需要腔體密封設計，但是可以使用電磁閥14進行主動控制，對其產生的液/氣動力帶寬較窄的問題進行補償，可以對快、慢特性進行選擇與調節，以使系統收到幹擾被衰減後迅速復位。為了保持被隔振對象進行精確定位，需要利用水平位置傳感器9和豎直位置傳感器10(如非接觸式的渦流傳感器)進行位置測量和反饋，驅動直線電機3、4。由於被動系統總體來講，也是一種質量彈簧系統，通過氣體/液體來產生更多的阻尼。在水平和豎直方向各有一個速度傳感器2。利用速度傳感器2對絕對速度進行測量後，速度信號用於驅動水平直線電機4和豎直直線電機3，以產生一個主動力進行主動控制。直線電機儘管是將電能裝換為機械能，仍然具有很高的帶寬。本裝置的主被系統以平行或並聯的方式連接和工作，被減振系統首先由被動系統產生的較慢的力進行隔振，然後根據位置信號，由氣/液動力控制迴路和反應快速的直線電機所形成的迴路產生力進行控制。
該活塞6由填充物7支撐並具有連杆11，該連杆11連接到減振平臺13，對被減振/隔振的對象1形成反支力進行被動隔振。該活塞6和連杆11之間連接有密封薄膜或彈性碟簧5，該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或摺疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。使用液體或氣體填充時，可以採用主動閥門14進行緩衝力的調節，以達到最優控制。在水平方向，對活塞連杆進行通過阻尼材料12柔性支撐形成小幅的單擺運動，形成緩衝力進行水平方向的隔振。通過水平和豎直方向的速度傳感器2作反饋形成阻尼力；由豎直方向的直線電機3與水平方向的直線電機4，通過水平位置傳感器9、豎直位置傳感器10獲得的位置信號作反饋，獲得快速的響應力，進行精確的位置補償。
系統的電器組成包括氣/液動力控制器和控制閥、直線電機、傳感器(如位置傳感器、速度傳感器、溫度傳感器)、前置放大器、連接線纜與接頭、驅動器放大器即伺服板卡等。
機電系統的反饋控制迴路包括兩個部分，一是氣/液動力控制迴路；二是電器控制迴路，如圖4所示。第一個迴路主要是驅動氣液/動力迴路，實現豎直方向的運動，包含了三個主要反饋迴路，即位置反饋迴路、壓力反饋迴路和通過速度微分獲得偽壓力迴路，額外以外部信號注入實現抖動控制，主要是為了執行器出現爬行狀態，如圖5所示。在第二個電器反饋迴路中，執行器為直線電機，不僅要進行豎直方向的控制，而且還要進行水平方向的控制，在這一迴路中，包含了豎直、水平方向的位置反饋迴路、慣性阻尼反饋迴路、噪聲濾波迴路和抖動補償以及運動部件在運動時的前饋補償，如圖7所示。
綜上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本發明申請專利範圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本發明的技術範疇。
權利要求
1.一種精密減振和定位裝置，其特徵在於它包括被動減振部件和主動減振執行部件共同組成，其中，被動減振部件是一種橫、縱向均可以有一定的運動範圍的腔體構造，通過該腔體支撐的活塞類機構連接到被減振的平臺上，對振源在較寬頻帶上進行較大幅度的隔離或衰減；在被減振部件與被動減振部件之間有主動控制部件進行銜接，該主動控制部件由振動傳感器、信號處理器、數據採集器、運算決策器、電機驅動器，以及水平和垂直方向上的兩個直線電機組成，進行精確定位。
2.根據權利要求1所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該腔體內的填充介質為液體或氣體，需要腔體密封，並通過電磁閥實現主動控制對系統的低頻共振頻率進行控制。
3.根據權利要求1所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於腔體內的填充介質為橡膠或海綿或金屬橡膠。
4.根據權利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該缸體帶有一個移動活塞，通過密封薄膜或彈性碟簧進行連接。
5.根據權利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或摺疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
6.根據權利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該活塞具有連杆，連杆連接到減振平臺對被減振/隔振的對象形成支反力。
7.根據權利要求6所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該活塞和連杆之間連接有密封薄膜或彈性碟簧。
8.根據權利要求7所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或摺疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
9.根據權利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於通過水平和豎直方向的速度傳感器作反饋形成阻尼力；由豎直方向的直線電機與水平方向的直線電機，通過水平方向的位置傳感器，豎直方向的位置傳感器獲得的位置信號作反饋，獲得快速的響應力，進行精確的位置補償。
10.根據權利要求9所述的精密減振和定位裝置，其特徵在於該水平的和豎直方向的位置傳感器是非接觸式的渦流傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種以被動為主、主動控制為輔的有效減振和多自由度定位裝置，用於實現水平、高度的精確定位。它包括被動減振部件和主動減振執行部件共同組成，被動減振部件是一種橫、縱向均可以有一定的運動範圍的腔體構造，通過該腔體支撐的活塞類機構連接到被減振的平臺上，對振源在較寬頻帶上進行較大幅度的隔離或衰減；在被減振部件與被動減振部件之間有主動控制部件進行銜接，該主動控制部件由振動傳感器、信號處理器、數據採集器、運算決策器、電機驅動器，以及水平和垂直方向上的兩個直線電機組成，進行精確定位。本發明結構緊湊、可靠性高，重複定位精度高，適應性強，裝置變形量小，運動平穩，能滿足在常溫下光刻機等精密設備的嚴格要求。
文檔編號H01L21/67GK1724892SQ200510026019
公開日2006年1月25日 申請日期2005年5月20日 優先權日2005年5月20日
發明者嚴天宏, 蔡良斌, 張國韋 申請人:上海微電子裝備有限公司