[发明专利]一种无接触式粗精动叠层定位系统及其运动控制方法有效

专利信息
申请号: 201210180140.2 申请日: 2012-06-01
公开(公告)号: CN102722088A 公开(公告)日: 2012-10-10
发明(设计)人: 杨开明;朱煜;李鑫;苏哲欣;尹文生;胡金春;张鸣;徐登峰;穆海华;余东东;崔乐卿 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: G03F7/20 分类号: G03F7/20;G01B11/00;G01B11/02;G01B7/00;G01B7/30
代理公司: 北京鸿元知识产权代理有限公司 11327 代理人: 邸更岩
地址: 100084 北京市海淀区北京*** 国省代码: 北京;11
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摘要: 一种无接触式粗精动叠层定位系统及其运动控制方法,该定位装置包括一个微动台和对称布置在微动台两侧的两个粗动台,微动台利用音圈电机悬浮在两个粗动台上方,各粗动台之间、各粗动台与微动台之间无机械连接。微动台能够实现六自由度运动,两个粗动台沿Y轴方向运动。沿Y轴方向运动的控制方法中,以激光尺信号为微动台沿Y轴方向位置反馈,利用音圈电机驱动实现微动台沿Y轴方向运动。以电涡流传感器信号为粗动台与微动台之间沿Y轴方向位置偏差,以该偏差为控制器反馈实现粗动台与微动台沿Y轴方向的同步运动。
搜索关键词: 一种 接触 式粗精动叠层 定位 系统 及其 运动 控制 方法
【主权项】:
一种无接触式粗精动叠层定位系统,其特征在于:该控制系统包括定位装置、位置测量装置、驱动装置和控制单元;所述的定位装置包括基架、一个微动台和两个对称布置在微动台两侧的粗动台,两个粗动台之间、粗动台与微动台之间无机械连接;所述的位置测量装置包括:1)一个激光尺,用于测量微动台质心沿Y轴的绝对位置;2)两个光栅测量装置,每个光栅测量装置包括一个光栅尺和一个读数头,用于测量粗动台沿Y轴方向的位移;3)七个电涡流传感器,其中:第一电涡流传感器和第二电涡流传感器安装在第一粗动台上,布置于一条沿Y轴的直线上,用于测量微动台沿X轴与粗动台的相对位置,第一和第二电涡流传感器测量值的差动作为微动台绕Z轴的转角;第三电涡流传感器安装在第一粗动台上,测量第一粗动台与微动台之间沿Y轴方向的相对位置;第四电涡流传感器安装在第二粗动台上,测量第二粗动台与微动台之间沿Y轴方向的相对位置;第五电涡流传感器和第六电涡流传感器安装在第一粗动台上,且位于一条沿Y轴的直线上,第七电涡流传感器安装在第二粗动台上,且与第五电涡流传感器位于一条沿X轴的直线上;该三个电涡流传感器用于测量微动台沿Z轴的绝对位置,第五电涡流传感器和第六电涡流传感器测量值的差动作为微动台绕X轴的转角,第五电涡流传感器和第七电涡流传感器测量值的差动作为微动台绕Y轴的转角;所述驱动装置包括:1)十个音圈电机微动台包括四个沿Y轴方向驱动的音圈电机、两个沿X轴方向驱动的音圈电机和四个沿Z轴方向驱动的音圈电机;第一音圈电机、第二音圈电机、第五音圈电机的线圈组件固定在第一粗动台上,永磁体组件固定在微动台上,第三音圈电机、第四音圈电机、第六音圈电机的线圈组件固定在第二粗动台上,永磁体组件固定在微动台上;第七音圈电机、第八音圈电机、第九音圈电机、第十音圈电机结构相同,包括外磁环、内磁环、圆柱线圈组件、重力平衡磁柱;外磁环与内磁环的轴线沿Z轴方向,外磁环与内磁环充磁方向相同,沿径向方向且由圆环外表面指向圆心;圆柱线圈位于内磁环与外磁环之间,绕线轴线沿Z轴方向;磁柱的轴线沿Z轴方向,充磁方向沿Z轴正方向;第七音圈电机、第八音圈电机的圆柱线圈组件固定在第一粗动台上,第九音圈电机、第十音圈电机的圆柱线圈组件固定在第二粗动台上;2)两个直线电机两个直线电机分别用于驱动第一粗动台和第二粗动台;所述控制单元包括含有控制程序的工控机、计数卡、A/D卡、D/A卡和驱动器,计数卡采集光栅尺和激光尺的增量信号,A/D卡采集电涡流传感器的信号,计数卡和A/D卡将采集到的信号输入至工控机,工控机以所述信号作为位置反馈信号对微动台以及粗动台进行控制,控制指令通过D/A卡输出至驱动器,驱动力输出电流给电机,实现微动台以及粗动台的运动。
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