專利名稱：一種精密減振和定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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，用于實現(xiàn)水平、高度的精確定位。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，機電系統(tǒng)需要實現(xiàn)微觀(微米級或納米級)的定位精度要求，所有外界的環(huán)境及地面震動等各方面的干擾均不能被忽視。因此，必須要將用于實現(xiàn)生產(chǎn)功能的工作臺/設(shè)備置放于不受外界干擾的隔振系統(tǒng)上。該隔振系統(tǒng)對外界環(huán)境干擾抑制能力的強弱，是半導(dǎo)體設(shè)備及其它高精密設(shè)備能否實現(xiàn)其功能并進行有效工作的關(guān)鍵。目前的減振技術(shù)通?？梢苑譃閮纱箢愐皇潜粍訙p振系統(tǒng)，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(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是在有些精密的機械設(shè)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(dǎo)體設(shè)備，工作臺與地基一般需要剛性連接而無法隔離。
二是主動減振系統(tǒng)，如利用作動器或智能機構(gòu)進行主動控制，這種方法雖然可以對特定的干擾進行有效的衰減，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(yīng)速度及適應(yīng)性均難以達到較高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(tǒng)或被動減振系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，實現(xiàn)了有效減振和多自由度定位。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種精密減振和定位裝置，其特征在于它包括被動減振部件和主動減振執(zhí)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范圍的腔體構(gòu)造，通過該腔體支撐的活塞類機構(gòu)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(shù)據(jù)采集器、運算決策器、電機驅(qū)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(nèi)的填充介質(zhì)為液體或氣體，需要腔體密封，并通過電磁閥實現(xiàn)主動控制對系統(tǒng)的低頻共振頻率進行控制。
該腔體內(nèi)的填充介質(zhì)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、或折疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
該活塞具有連桿，連桿連接到減振平臺對被減振/隔振的對象形成支反力。
該活塞和連桿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、或折疊形、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(yīng)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(fā)明方案能實現(xiàn)如下技術(shù)效果1、本發(fā)明能按預(yù)先設(shè)定的目標，當系統(tǒng)受到干擾時時實現(xiàn)隔振、減振，并進行平移、提升、旋轉(zhuǎn)等多自由度閉環(huán)運動控制，實現(xiàn)對被減振平臺的精確位置定位。
2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，重復(fù)定位精度高，適應(yīng)性強，裝置變形量小，運動平穩(wěn)，能滿足在常溫下光刻機等精密設(shè)備的嚴格要求，同時實現(xiàn)光刻設(shè)備在工作狀態(tài)即曝光時的，對外界干擾的衰減與隔離并進行精密的位置定位控制；非工作狀態(tài)即檢修時實現(xiàn)機構(gòu)的鎖定。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)原理圖。
圖2是本發(fā)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(tǒng)布局關(guān)系示意圖。
圖4是本精密減振裝置系統(tǒng)實施的連接關(guān)系意圖。
圖5是本精密減振所有系統(tǒng)實施的概略圖。
圖6是本精密減振裝置氣/液動力控制的回路實施的系統(tǒng)圖。
圖7是本精密減振裝置的電器控制回路實施實例的系統(tǒng)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖給出一較佳實施例，對本發(fā)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(zhí)行部件共同組成，其中被動減振部件主要是一種腔體構(gòu)造，橫向縱向均可以有一定的運動范圍，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(zhì)為液體或氣體，需要腔體8密封，并通過電磁閥14實現(xiàn)主動控制對系統(tǒng)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(gòu)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(shù)據(jù)采集器、運算決策器、電機驅(qū)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干擾隔離，或使干擾迅速被衰減后，仍使系統(tǒng)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)，折疊性或M(2c)，s型(2d)，MV等各種組合(2e)及多種波紋形式(2f)等可以產(chǎn)生柔性變形的結(jié)構(gòu)。
腔體8可以是密封的，其內(nèi)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(yōu)點是可以產(chǎn)生很高的反作用力對較重的工作平臺13進行支撐，但是當采用氣體或液體填充時，缺點是需要腔體密封設(shè)計，但是可以使用電磁閥14進行主動控制，對其產(chǎn)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(diào)節(jié)，以使系統(tǒng)收到干擾被衰減后迅速復(fù)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(qū)動直線電機3、4。由于被動系統(tǒng)總體來講，也是一種質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，通過氣體/液體來產(chǎn)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后，速度信號用于驅(qū)動水平直線電機4和豎直直線電機3，以產(chǎn)生一個主動力進行主動控制。直線電機盡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(tǒng)以平行或并聯(lián)的方式連接和工作，被減振系統(tǒng)首先由被動系統(tǒng)產(chǎn)生的較慢的力進行隔振，然后根據(jù)位置信號，由氣/液動力控制回路和反應(yīng)快速的直線電機所形成的回路產(chǎn)生力進行控制。
該活塞6由填充物7支撐并具有連桿11，該連桿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和連桿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、或折疊形、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，可以采用主動閥門14進行緩沖力的調(diào)節(jié)，以達到最優(yōu)控制。在水平方向，對活塞連桿進行通過阻尼材料12柔性支撐形成小幅的單擺運動，形成緩沖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(yīng)力，進行精確的位置補償。
系統(tǒng)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(qū)動器放大器即伺服板卡等。
機電系統(tǒng)的反饋控制回路包括兩個部分，一是氣/液動力控制回路；二是電器控制回路，如圖4所示。第一個回路主要是驅(qū)動氣液/動力回路，實現(xiàn)豎直方向的運動，包含了三個主要反饋回路，即位置反饋回路、壓力反饋回路和通過速度微分獲得偽壓力回路，額外以外部信號注入實現(xiàn)抖動控制，主要是為了執(zhí)行器出現(xiàn)爬行狀態(tài)，如圖5所示。在第二個電器反饋回路中，執(zhí)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，在這一回路中，包含了豎直、水平方向的位置反饋回路、慣性阻尼反饋回路、噪聲濾波回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(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種精密減振和定位裝置，其特征在于它包括被動減振部件和主動減振執(zhí)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范圍的腔體構(gòu)造，通過該腔體支撐的活塞類機構(gòu)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(shù)據(jù)采集器、運算決策器、電機驅(qū)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(jù)權(quán)利要求1所述的精密減振和定位裝置，其特征在于該腔體內(nèi)的填充介質(zhì)為液體或氣體，需要腔體密封，并通過電磁閥實現(xiàn)主動控制對系統(tǒng)的低頻共振頻率進行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密減振和定位裝置，其特征在于腔體內(nèi)的填充介質(zhì)為橡膠或海綿或金屬橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特征在于該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或折疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特征在于該活塞具有連桿，連桿連接到減振平臺對被減振/隔振的對象形成支反力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精密減振和定位裝置，其特征在于該活塞和連桿之間連接有密封薄膜或彈性碟簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的精密減振和定位裝置，其特征在于該密封薄膜的剖面是半圓形、或三角形、或V形、或折疊形、或M形、或S形、或MV組合形、或波紋形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密減振和定位裝置，其特征在于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(yīng)力，進行精確的位置補償。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的精密減振和定位裝置，其特征在于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(fā)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，用于實現(xiàn)水平、高度的精確定位。它包括被動減振部件和主動減振執(zhí)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范圍的腔體構(gòu)造，通過該腔體支撐的活塞類機構(gòu)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(shù)據(jù)采集器、運算決策器、電機驅(qū)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(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，重復(fù)定位精度高，適應(yīng)性強，裝置變形量小，運動平穩(wěn)，能滿足在常溫下光刻機等精密設(shè)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(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)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