[发明专利]加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统及其方法，特别是科学研究、精密加工和微细加工等领域需要低阻力运行、高精度定位的超精密磁悬浮导轨工作台系统。

背景技术

随着科学研究的逐步深入和微细精密加工的需要，在微光刻技术、数控加工、生物技术、纳米表面形貌测量等领域，人们所要求的特征尺度越来越小，逐渐从毫米级向纳米级、亚纳米级发展。超精密定位和精确运动的载物平台在动力学研究和加工控制中显得越来越重要。为此，消除运动件之间摩擦的气垫导轨和气浮定位工作台应运而生。但是气垫导轨和气浮工作台依靠高压气体从节流孔喷出提供支撑力，同时上方的工作台运动件带动气体水平运动，造成了气浮的空气间隙较大，间隙内的气体流动非常紊乱，为复杂的湍流流动形式，造成运行阻力较大。这造成了气垫导轨和气浮工作台的运动的阻力难以进一步减小，这种阻力造成了运动定位误差的增加和能源效率的降低，使得目前的气垫导轨科学实验和气浮工作台精密定位的最小误差在±10nm左右难以进一步提升。因此，减小气体间隙的厚度，控制空气间隙内的气体流动由复杂湍流变为较简单的层流，以减小非接触式工作台运动部件与固定件之间空气间隙内的阻力，成为进一步提高非接触式工作台定位精度，减小工作台能耗的主要方向之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有气垫导轨和气浮工作台空气间隙较大，间隙内为复杂的湍流流动形式，造成工作台运行阻力较大，运动定位误差增加和能耗增加的不足，提供一种加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统及其方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统，包括工作台、导轨、控制装置和激光多普勒干涉仪；工作台和导轨采用“T”型布置，导轨的两侧翼和工作台的两内侧面设有两对导向磁铁，导轨两侧下表面和工作台底部两侧上表面设有两对悬浮磁铁和两对直线电机绕组，每对直线电机绕组包括设在工作台的直线电机转子绕组和设在导轨的直线电机定子绕组；每对悬浮磁铁相互吸引，以悬浮工作台，导轨的上表面为支撑面，工作台一侧设有激光多普勒干涉仪；当悬浮磁铁相互吸引或排斥悬浮起工作台后，导轨和工作台之间形成悬浮间隙，悬浮间隙水平部分对应的工作台底部设有一个或多个加热腔，加热腔下部设有盖板，盖板两侧设有数个螺栓孔，盖板上表面均匀布置有测温装置，加热腔的两端面开有引线孔，加热腔内部均匀设有加热装置，工作台系统由控制装置控制。

另一种加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统，包括工作台、导轨、控制装置和激光多普勒干涉仪；工作台和导轨采用“U”型布置，导轨两内侧面和工作台两外侧面设有两对导向磁铁和两对直线电机绕组，导轨的两侧上表面和工作台的两侧下表面共设有两对悬浮磁铁，每对直线电机绕组包括设在工作台的直线电机转子绕组和设在导轨的直线电机定子绕组；每对悬浮磁铁相互排斥，以悬浮工作台，工作台下部两侧设有支撑体，工作台一侧设有激光多普勒干涉仪；当悬浮磁铁相互吸引或排斥悬浮起工作台后，导轨和工作台之间形成悬浮间隙，悬浮间隙水平部分对应的工作台底部设有一个或多个加热腔，加热腔下部设有盖板，盖板两侧设有数个螺栓孔，盖板上表面均匀布置有测温装置，加热腔的两端面开有引线孔，加热腔内部均匀设有加热装置，工作台系统由控制装置控制。

另一种加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统，包括工作台、导轨、控制装置和激光多普勒干涉仪；工作台和导轨采用“丄”型布置，导轨两侧翼和工作台两内侧面设有两对导向磁铁和两对直线电机绕组，导轨两侧上表面和工作台两侧下表面设有两对悬浮磁铁，每对直线电机绕组包括设在工作台的直线电机转子绕组和设在导轨的直线电机定子绕组；每对悬浮磁铁互相排斥，以悬浮工作台，工作台下部两侧设有支撑体，工作台一侧设有激光多普勒干涉仪；当悬浮磁铁相互吸引或排斥悬浮起工作台后，导轨和工作台之间形成悬浮间隙，悬浮间隙水平部分对应的工作台底部设有一个或多个加热腔，加热腔下部设有盖板，盖板两侧设有数个螺栓孔，盖板上表面均匀布置有测温装置，加热腔的两端面开有引线孔，加热腔内部均匀设有加热装置，工作台系统由控制装置控制。