共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103047358 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103047358 A *CN103047358A* (21)申请号 201210575238.8 (22)申请日 2012.12.19 F16F 15/027(2006.01) F16F 15/03(2006.01) F16C 32/06(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 崔俊宁 谭久彬 王雷 (54) 发明名称 共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦 的电涡流阻尼隔振器 (57) 摘要 共面气浮正交。

2、解耦与滑动关节轴承角度解耦 的电涡流阻尼隔振器属于精密隔振技术领域， 隔 振器主体的套筒与下安装板、 活塞筒与套筒之间 通过气浮面进行润滑与支撑， 通过电涡流阻尼器 衰减振动能量、 提高定位稳定性， 上安装板与下安 装板之间的水平直线运动自由度通过共面正交气 浮导轨进行解耦， 二者之间的角运动自由度通过 滑动关节轴承进行解耦， 音圈电机、 位移传感器、 限位开关和控制器、 驱动器构成位置闭环反馈控 制系统， 对上、 下安装板的相对位置进行精确控 制 ； 本发明具有三维零刚度、 高定位精度、 直线运 动自由度和角运动自由度解耦的特性， 可有效解 决超精密测量仪器与加工装备、 尤其是步进扫描 光刻。

3、机中的高性能隔振问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 11 页 1/2 页 2 1. 一种共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器， 由上安装板 (1)、 下安装板 (2)、 洁净压缩气源 (3)、 气管 (26) 和隔振器主体 (4) 组成， 隔振器主体 (4) 安装在上安装板 (1) 与下安装板 (2) 之间， 洁净压缩气源 (3) 通过气管 (26) 与隔振器主体 (4)连接， 其特征在于 ： 所述隔振器主体(4)的结构中， 。

4、套筒(6)的下表面与下安装板(2)通 过轴向承载平面气浮面(21)润滑与支撑， 活塞筒(5)倒扣安装在套筒(6)内， 并与套筒(6) 通过径向承载圆柱气浮面 (22) 润滑与支撑， 滑动关节轴承 (7) 安装在活塞筒 (5) 和上安装 板 (1) 之间， 套筒 (6) 与 X 向气浮导轨 (29) 通过 X 向导轨气浮面 (31) 润滑与导向， X 向气 浮导轨 (29) 与下安装板 (2) 通过 Z 向承载气浮面 (33) 润滑与支撑， Y 向气浮导轨 (30) 与 下安装板 (2) 刚性连接， X 向气浮导轨 (29) 的两端与 Y 向气浮导轨 (30) 通过 Y 向导轨气 浮面 (32)。

5、 润滑与导向 ； Z 向音圈电机 (10)、 Z 向位移传感器 (13)、 Z 向限位开关 (16)、 Z 向 电涡流阻尼器 (42) 安装在活塞筒 (5) 与套筒 (6) 之间， X 向音圈电机 (8)、 X 向位移传感 器 (11)、 X 向限位开关 (14)、 X 向电涡流阻尼器 (40) 与 Y 向音圈电机 (9)、 Y 向位移传感器 (12)、 Y 向限位开关 (15)、 Y 向电涡流阻尼器 (41) 安装在套筒 (6) 与下安装板 (2) 之间， Z 向音圈电机 (10) 的驱动力方向为竖直方向， X 向音圈电机 (8) 与 Y 向音圈电机 (9) 的驱动 力方向在水平面内且相互垂。

6、直， X、 Y、 Z 向位移传感器 (11、 12、 13) 和 X、 Y、 Z 向限位开关 (14、 15、 16) 的作用线方向与 X、 Y、 Z 向音圈电机 (8、 9、 10) 的驱动力方向一致， X、 Y、 Z 向电涡流 阻尼器 (40、 41、 42) 的阻尼力方向分别与 X、 Y、 Z 向音圈电机 (8、 9、 10) 的驱动力方向一致 ； X、 Y、 Z 向位移传感器 (11、 12、 13) 和 X、 Y、 Z 向限位开关 (14、 15、 16) 分别与控制器 (19) 的 信号输入端连接， 控制器(19)的信号输出端与驱动器(20)的信号输入端连接， 驱动器(20) 的信。

7、号输出端分别与 X、 Y、 Z 向音圈电机 (8、 9、 10) 连接。 2. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述 X 向电涡流阻尼器 (40) 由套筒 (6) 下表面侧壁沿 X 向音圈电机 (8)驱动力方向安装的X向永磁体(40A)构成， Y向电涡流阻尼器(41)由套筒(6)下表面侧 壁沿 Y 向音圈电机 (9) 驱动力方向安装的 Y 向永磁体 (41A) 构成， Z 向电涡流阻尼器 (42) 由套筒 (6) 内圆柱面侧壁沿 Z 向音圈电机 (10) 驱动力方向安装的 Z 向永磁体 (42A) 构成， X、 Y、 Z 向。

8、永磁体 (40A、 41A、 42A) 的磁极方向垂直于套筒 (6) 的表面， 且 N、 S 极交替布置， 套 筒 (6) 采用铁磁材料， 活塞筒 (5) 与下安装板 (2) 采用不导磁的良导体材料。 3. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述活塞筒 (5) 内设有气体压力传感器 (17)， 活塞筒 (5) 上设有进 气口 (23) 和电磁阀 (18)， 气体压力传感器 (17) 与控制器 (19) 的信号输入端连接， 控制器 (19) 的信号输出端与驱动器 (20) 的信号输入端连接， 驱动器 (20) 的信号输出端与电磁。

9、阀 (18) 连接。 4. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述 X、 Y、 Z 向音圈电机 (8、 9、 10) 为圆筒型音圈电机或平板型音圈电 机。 5. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述 X 向气浮导轨 (29) 和 Y 向气浮导轨 (30) 为单导轨结构或双导轨 结构。 6. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 权 利 要 求 书 CN 103047358 A 2 2/2 页 3 隔振器， 其特征在于 ：。

10、 所述 X、 Y、 Z 向位移传感器 (11、 12、 13) 为光栅尺、 磁栅尺、 容栅尺或直 线式电位器。 7. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述 X、 Y、 Z 向限位开关 (14、 15、 16) 为机械式限位开关、 霍尔式限位 开关或光电式限位开关。 8. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述活塞筒 (5) 内气体压力为 0.1MPa 0.8MPa。 9. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 。

11、其特征在于 ： 所述轴向承载平面气浮面 (21)、 径向承载圆柱气浮面 (22)、 X 向导轨 气浮面 (31)、 Y 向导轨气浮面 (32) 和 Z 向承载气浮面 (33) 的气膜厚度为 10m 20m。 10. 根据权利要求 1 所述的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器， 其特征在于 ： 所述活塞筒 (5) 上的圆柱气浮面节流孔 (25) 和套筒 (6) 上的平面气 浮面节流孔 (24) 的直径为 0.1mm 1mm。 权 利 要 求 书 CN 103047358 A 3 1/8 页 4 共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼 隔振器 技术领域 0001。

12、 本发明属于精密隔振技术领域， 主要涉及一种共面气浮正交解耦与滑动关节轴承 角度解耦的电涡流阻尼隔振器。 背景技术 0002 随着超精密加工与测量精度的不断提高， 环境振动成为制约超精密加工装备与测 量仪器精度和性能提高的重要因素。尤其是步进扫描光刻机为代表的超大规模集成电路 加工装备， 技术密集度与复杂度极高， 关键技术指标均达到了现有技术的极限， 代表了超精 密加工装备的最高水平， 超精密隔振成为此类装备中的核心关键技术 ； 步进扫描光刻机的 线宽已达到 22nm 及以下， 硅片定位精度与套刻精度均达到几纳米， 而工件台运动速度达到 1m/s 以上， 工件台加速度达到重力加速度的几十倍， 。

13、这对现有的隔振技术提出了新的挑战。 首先， 光刻机需要为计量系统与光刻物镜提供 “超静” 的工作环境， 同时又需要驱动工件台 以高速度与高加速度运动， 这对隔振系统的隔振性能提出了极其苛刻的要求， 其三个方向 的固有频率均需要达到 1Hz 以下 ； 其次， 光刻机各部件之间的相对位置， 例如光刻物镜与硅 片表面的距离， 均具有非常严格的要求， 且处于位置闭环反馈控制系统的控制之下， 要求隔 振器上、 下安装板之间的相对位置精度达到 10m 量级， 传统隔振器的定位精度远远不能 满足要求。 0003 根据隔振理论， 被动式隔振器的固有频率与刚度成正比、 与负载质量成反比， 因此 在负载质量一定的。

14、前提下， 降低隔振器的刚度是降低固有频率、 提高低频与超低频隔振性 能的有效途径。传统空气弹簧等形式的隔振器存在静态承载能力与刚度的固有矛盾， 同时 受材料特性、 结构刚度等因素制约， 要进一步降低其刚度、 尤其是水平向刚度十分困难。针 对这一问题， 研究人员将 “摆” 式结构引入到空气弹簧隔振器中， 达到降低隔振器水平刚 度的目的 (1.Nikon Corporation.Vibration Isolator With Low Lateral Stiffness. 美国专利公开号 ： US20040065517A1 ； 2.U.S.Philips Corporation.Positionin。

15、g Device with a Force Actuator Systemfor Compensating Center-of-gravity Displacements， and Lithographic Device Provided with Such APositioning Device. 美国专利号 ： US005844664A)。 该方法能够在一定程度上降低空气弹簧隔振器的水平刚度， 提升其低频隔 振性能。该方法存在的问题在于 ： 1) 受材料特性与结构刚度制约， 隔振器垂向与水平向刚 度降低的幅度有限 ； 2) 空气弹簧隔振器的垂向与水平向定位精度均很差， 无法满足光刻工 艺的。

16、要求 ； 3) 要达到较低的水平刚度需要较大的摆长， 导致隔振器高度过大， 容易发生弦 膜共振， 稳定性差。 0004 通过对现有空气弹簧隔振器技术方案的分析可见， 现有空气弹簧隔振器难以满足 光刻机对超低刚度与高定位精度的要求。德国 IDE 公司提出了一种摒弃传统橡胶空气弹 簧的隔振器技术方案 (1.Integrated Dynamics Engineering GmbH.Isolatorgeometrie E inesSchwingungsisolationssystem. 欧洲专利号 ： EP1803965A2 ； 2.Integrated Dynamics 说 明 书 CN 10304。

17、7358 A 4 2/8 页 5 EngineeringGmbH.Schwingungsisolationssystem Mit Pneumatischem Tiefpassfilter. 欧洲专利号 ： EP1803970A2 ； 3.Integrated Dynamics Engineering GmbH.Air Bearing with Consideration ofHigh-Frequency Resonances. 美国专利公开号 ： US20080193061A1)。该 方案采用垂向与水平向气浮面对各方向的振动进行解耦与隔振， 可以达到极低的刚度与固 有频率。该方案存在的问题在于。

18、 ： 1) 已公开技术方案中， 隔振器无法实现精确定位 ； 2) 专 利 EP1803965A2 中， 上、 下安装板之间不存在绕水平轴旋转的角运动自由度， 该方向的角刚 度与固有频率都很高 ； 专利EP1803970A2与US20080193061A1采用橡胶块为上、 下安装板提 供绕水平轴旋转的角运动自由度， 但由于橡胶块角刚度很大， 无法有效地进行角运动自由 度解耦， 解耦机构零部件之间存在摩擦力而引入较大附加刚度， 制约固有频率与低频隔振 性能。 0005 荷 兰 ASML 公 司 也 提 出 了 类 似 的 隔 振 器 技 术 方 案 (1.U.S.Philips Corp， ASM。

19、 LithographyB.V.Pneumatic Support Device with A Controlled Gas Supply， and Lithographic Device Providedwith Such A Support Device. 美国专利 号 ： US006144442A ； 2.Koninklijke Philips ElectronicsN.V.， ASM Lithography B.V.Lithographic Pneumatic Support Device with Controlled Gas Supply. 国际专利公开号 ： WO99/22272。

20、 ； 3.ASML Netherlands B.V.Support Device， LithographicApparatus， and Device Manufacturing Method Employing A Supporting Device， and A PositionControl System Arranged for Use in A Supporting Device. 美国专利号 ： US007084956B2 ； 4.ASML Netherlands B.V.Support Device， Lithographic Apparatus， and Device Manu。

21、facturingMethod Employing A Supporting Device and A Position Control System Arranged for Use in ASupporting Device. 欧洲专利号 ： EP1486825A1)。专利 US006144442A 与 WO99/22272 中对气源压力进行闭环反馈控制， 达到 提高隔振器的稳定性与性能的目的 ； 专利 US007084956B2 与 EP1486825A1 中在上安装板上 设有振动传感器， 同时引入参考振动系统， 通过控制算法提升隔振器的隔振性能。 但所提出 技术方案仍然没有有效解决隔振。

22、器的精确定位及上、 下安装板的角运动自由度解耦问题。 发明内容 0006 本发明的目的是针对超精密测量仪器与加工装备、 尤其是步进扫描光刻机等超大 规模集成电路加工装备对隔振器低固有频率、 高定位精度的迫切要求， 提供一种共面气浮 正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器， 隔振器在三维均具有近似零刚度 与极低的固有频率， 上、 下安装板之间能够进行精确定位与三维直线运动自由度、 角运动自 由度解耦， 从而有效解决超精密测量仪器与加工装备、 尤其是步进扫描光刻机中的精密隔 振问题。 0007 本发明的技术解决方案是 ： 0008 一种共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔。

23、振器， 由上安装 板、 下安装板、 洁净压缩气源、 气管和隔振器主体组成， 隔振器主体安装在上安装板与下安 装板之间， 洁净压缩气源通过气管与隔振器主体连接， 所述隔振器主体的结构中， 套筒的下 表面与下安装板通过轴向承载平面气浮面润滑与支撑， 活塞筒倒扣安装在套筒内， 并与套 筒通过径向承载圆柱气浮面润滑与支撑， 滑动关节轴承安装在活塞筒和上安装板之间， 套 说 明 书 CN 103047358 A 5 3/8 页 6 筒与X向气浮导轨通过X向导轨气浮面润滑与导向， X向气浮导轨与下安装板通过Z向承载 气浮面润滑与支撑， Y 向气浮导轨与下安装板刚性连接， X 向气浮导轨的两端与 Y 向气浮。

24、导 轨通过 Y 向导轨气浮面润滑与导向 ； Z 向音圈电机、 Z 向位移传感器、 Z 向限位开关、 Z 向电 涡流阻尼器安装在活塞筒与套筒之间， X 向音圈电机、 X 向位移传感器、 X 向限位开关、 X 向 电涡流阻尼器与 Y 向音圈电机、 Y 向位移传感器、 Y 向限位开关、 Y 向电涡流阻尼器安装在套 筒与下安装板之间， Z 向音圈电机的驱动力方向为竖直方向， X 向音圈电机与 Y 向音圈电机 的驱动力方向在水平面内且相互垂直， X、 Y、 Z 向位移传感器和 X、 Y、 Z 向限位开关的作用线 方向与 X、 Y、 Z 向音圈电机的驱动力方向一致， X、 Y、 Z 向电涡流阻尼器的阻尼力。

25、方向分别与 X、 Y、 Z 向音圈电机的驱动力方向一致 ； X、 Y、 Z 向位移传感器和 X、 Y、 Z 向限位开关分别与控 制器的信号输入端连接， 控制器的信号输出端与驱动器的信号输入端连接， 驱动器的信号 输出端分别与 X、 Y、 Z 向音圈电机连接。 0009 所述 X 向电涡流阻尼器由套筒下表面侧壁沿 X 向音圈电机驱动力方向安装的 X 向 永磁体构成， Y向电涡流阻尼器由套筒下表面侧壁沿Y向音圈电机驱动力方向安装的Y向永 磁体构成， Z 向电涡流阻尼器由套筒内圆柱面侧壁沿 Z 向音圈电机驱动力方向安装的 Z 向 永磁体构成， X、 Y、 Z 向永磁体的磁极方向垂直于套筒的表面， 且。

26、 N、 S 极交替布置， 套筒采用 铁磁材料， 活塞筒与下安装板采用不导磁的良导体材料。 0010 所述活塞筒内设有气体压力传感器， 活塞筒上设有进气口和电磁阀， 气体压力传 感器与控制器的信号输入端连接， 控制器的信号输出端与驱动器的信号输入端连接， 驱动 器的信号输出端与电磁阀连接。 0011 所述 X、 Y、 Z 向音圈电机为圆筒型音圈电机或平板型音圈电机。 0012 所述 X 向气浮导轨和 Y 向气浮导轨为单导轨结构或双导轨结构。 0013 所述 X、 Y、 Z 向位移传感器为光栅尺、 磁栅尺、 容栅尺或直线式电位器。 0014 所述 X、 Y、 Z 向限位开关为机械式限位开关、 霍尔。

27、式限位开关或光电式限位开关。 0015 所述活塞筒内气体压力为 0.1MPa 0.8MPa。 0016 所述轴向承载平面气浮面、 径向承载圆柱气浮面、 X 向导轨气浮面、 Y 向导轨气浮 面和 Z 向承载气浮面的气膜厚度为 10m 20m。 0017 所述活塞筒上的圆柱气浮面节流孔和套筒 6 上的平面气浮面节流孔 24 的直径为 0.1mm 1mm。 0018 本发明的技术创新性及产生的良好效果在于 ： 0019 (1) 本发明摒弃了传统基于弹性元件 / 机构的隔振器技术方案， 采用轴向承载平 面气浮面、 径向承载圆柱气浮面分别对水平向与垂向振动进行解耦与隔振， 气浮面无摩擦， 刚度近似为零，。

28、 可使隔振器获得近似的零刚度特性和突出的超低频隔振性能， 解决了现有 技术受结构刚度、 材料特性限制， 刚度难以进一步降低， 刚度与稳定性不能兼顾的问题。这 是本发明区别于现有技术的创新点之一。 0020 (2) 本发明采用位移传感器、 限位开关、 控制器、 驱动器与音圈电机等构成竖直方 向与水平方向的位置闭环反馈控制系统， 对上、 下安装板之间的相对位置进行精确控制， 定 位精度可达到 10m 级及以上， 可有效解决现有技术方案定位精度低、 定位精度与刚度、 隔 振性能不能兼顾的问题。这是本发明区别于现有技术的创新点之二。 0021 (3) 本发明采用共面正交气浮导轨和滑动关节轴承对隔振器上。

29、、 下安装板之间的 说 明 书 CN 103047358 A 6 4/8 页 7 水平直线运动自由度和角运动自由度进行解耦， 气浮导轨无摩擦与磨损， 滑动关节轴承引 入摩擦力较小而具有较大承载能力， 可对上、 下安装板， 即隔振器与负载之间的运动自由度 进行充分解耦， 有效解决现有采用弹性体解耦等技术方案引入较大附加刚度、 制约固有频 率与低频隔振性能等问题。这是本发明区别于现有技术的创新点之三。 0022 (4) 本发明采用气体压力传感器、 电磁阀与控制器、 驱动器等构成压力闭环反馈控 制系统， 精确控制套筒内的气体压力使之保持恒定， 对隔振器的轴向载荷进行重力平衡与 补偿， 在径向承载圆柱。

30、气浮面的作用下， 承载负载重力的活塞筒可沿套筒以零刚度自由上 下滑动， 从而实现理想的重力平衡与零刚度隔振效果。这是本发明区别于现有技术的创新 点之四。 0023 (5) 本发明采用主动执行器对上、 下安装板之间的相对位置进行主动控制， 隔振器 参数可根据被隔振对象特点与工作环境变化实时调节， 从而适应不同的工况， 具有较好的 灵活性、 适应性与稳定性。这是本发明区别于现有技术的创新点之五。 0024 (6) 本发明采用基于磁极交替永磁阵列的电涡流阻尼器， 能够很好地与隔振器集 成于一体， 电涡流阻尼器具有较理想的线性阻尼特性， 可有效衰减振动能量， 减小电机驱动 定位的超调， 提供隔振器的稳。

31、定性。这是本发明区别于现有技术的创新点之六。 附图说明 0025 图 1 为拆除上安装板后的共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流 阻尼隔振器的结构示意图 ； 0026 图 2 为共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器的剖面 结构示意图 ； 0027 图 3 为轴向承载平面气浮面、 径向承载圆柱气浮面、 X 向导轨气浮面和 Z 向承载气 浮面的示意图 ； 0028 图 4 为 Y 向导轨气浮面的示意图 ； 0029 图 5 为套筒结构示意图 ； 0030 图 6 为滑动关节轴承的结构示意图 ； 0031 图 7 为共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振。

32、器的控制 结构框图 ； 0032 图 8 为套筒上平面气浮面节流孔的示意图 ； 0033 图 9 为活塞筒上圆柱气浮面节流孔的示意图 ； 0034 图 10 为电涡流阻尼器的剖面结构示意图 ； 0035 图 11 为 Z 向永磁体在套筒下表面侧壁一种安装方式的 A-A 向剖视图 ； 0036 图 12 为 Z 向永磁体在套筒下表面侧壁另一种安装方式的 A-A 向剖视图 ； 0037 图 13 为 X、 Y 向永磁体在套筒下表面侧壁的一种安装方式示意图 ； 0038 图 14 为 X、 Y 向永磁体在套筒下表面侧壁的另一种安装方式示意图。 0039 图中件号说明 ： 1 上安装板、 2 下安装板。

33、、 3 洁净压缩气源、 4 隔振器主体、 5 活塞筒、 6 套筒、 7 滑动关节轴承、 7a 轴承体、 7b 轴承座、 8X 向音圈电机、 8a X 向电机铁轭、 8b X 向电 机磁钢、 8c X向电机线圈骨架、 8d X向电机线圈、 9Y向音圈电机、 10Z向音圈电机、 10aZ向电 机铁轭、 10b Z向电机磁钢、 10c Z向电机线圈骨架、 10d Z向电机线圈、 10e Z向电机过渡件、 说 明 书 CN 103047358 A 7 5/8 页 8 11X 向位移传感器、 11aX 向光栅读数头过渡件、 11b X 向光栅读数头、 11c X 向玻璃光栅尺、 12Y向位移传感器、 1。

34、3Z向位移传感器、 13a Z向光栅读数头过渡件、 13b Z向光栅读数头、 13c Z向玻璃光栅尺、 14X向限位开关、 14a X向限位块、 14b X向霍尔开关、 14cX向限位开关过渡 件、 14d X 向限位块过渡件、 15Y 向限位开关、 16Z 向限位开关、 16a Z 向限位块、 16b Z 向霍 尔开关、 16c Z 向限位开关过渡件、 17 气体压力传感器、 18 电磁阀、 19 控制器、 20 驱动器、 21 轴向承载平面气浮面、 22径向承载圆柱气浮面、 23进气口、 24平面气浮面节流孔、 25圆柱气 浮面节流孔、 26 气管、 29X 向气浮导轨、 30Y 向气浮导。

35、轨、 31X 向导轨气浮面、 32Y 向导轨气浮 面、 33Z 向承载气浮面、 40X 向电涡流阻尼器、 40AX 向永磁体、 41Y 向电涡流阻尼器、 41A Y 向 永磁体、 42Z 向电涡流阻尼器、 42A Z 向永磁体。 具体实施方式 0040 下面结合附图给出本发明的具体实施例。 0041 一种共面气浮正交解耦与滑动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器， 由上安装 板 1、 下安装板 2、 洁净压缩气源 3、 气管 26 和隔振器主体 4 组成， 隔振器主体 4 安装在上安 装板1与下安装板2之间， 洁净压缩气源3通过气管26与隔振器主体4连接， 所述隔振器主 体 4 的结构中， 套筒。

36、 6 的下表面与下安装板 2 通过轴向承载平面气浮面 21 润滑与支撑， 活 塞筒 5 倒扣安装在套筒 6 内， 并与套筒 6 通过径向承载圆柱气浮面 22 润滑与支撑， 滑动关 节轴承 7 安装在活塞筒 5 和上安装板 1 之间， 套筒 6 与 X 向气浮导轨 29 通过 X 向导轨气浮 面 31 润滑与导向， X 向气浮导轨 29 与下安装板 2 通过 Z 向承载气浮面 33 润滑与支撑， Y 向 气浮导轨 30 与下安装板 2 刚性连接， X 向气浮导轨 29 的两端与 Y 向气浮导轨 30 通过 Y 向 导轨气浮面 32 润滑与导向 ； Z 向音圈电机 10、 Z 向位移传感器 13、。

37、 Z 向限位开关 16、 Z 向电 涡流阻尼器 42 安装在活塞筒 5 与套筒 6 之间， X 向音圈电机 8、 X 向位移传感器 11、 X 向限 位开关 14、 X 向电涡流阻尼器 40 与 Y 向音圈电机 9、 Y 向位移传感器 12、 Y 向限位开关 15、 Y 向电涡流阻尼器 41 安装在套筒 6 与下安装板 2 之间 ； Z 向音圈电机 10 的驱动力方向为竖 直方向， X 向音圈电机 8 与 Y 向音圈电机 9 的驱动力方向在水平面内且相互垂直， X、 Y、 Z 向 位移传感器 11、 12、 13 和 X、 Y、 Z 向限位开关 14、 15、 16 的作用线方向与 X、 Y、。

38、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 的驱动力方向一致， X、 Y、 Z 向电涡流阻尼器 40、 41、 42 的阻尼力方向分别与 X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 的驱动力方向一致 ； X、 Y、 Z 向位移传感器 11、 12、 13 和 X、 Y、 Z 向限位开 关 14、 15、 16 分别与控制器 19 的信号输入端连接， 控制器 19 的信号输出端与驱动器 20 的 信号输入端连接， 驱动器 20 的信号输出端分别与 X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 连接。 0042 X、 Y、 Z 向位移传感器 11、 12、 13 对 X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9。

39、、 10 输出的位移进行测 量， X、 Y、 Z 向限位开关 14、 15、 16 对 X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 运动的行程进行限制 ； 控制 器 19 根据 X、 Y、 Z 向位移传感器 11、 12、 13 和 X、 Y、 Z 向限位开关 14、 15、 16 的反馈信号， 控 制 X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 对上、 下安装板 1、 2 之间的相对位置进行精确控制。 0043 所述 X 向电涡流阻尼器 40 由套筒 6 下表面侧壁沿 X 向音圈电机 8 驱动力方向安 装的 X 向永磁体 40A 构成， Y 向电涡流阻尼器 41 由套筒 6 下表面侧壁沿。

40、 Y 向音圈电机 9 驱 动力方向安装的 Y 向永磁体 41A 构成， Z 向电涡流阻尼器 42 由套筒 6 内圆柱面侧壁沿 Z 向 音圈电机 10 驱动力方向安装的 Z 向永磁体 42A 构成， X、 Y、 Z 向永磁体 40A、 41A、 42A 的磁极 方向垂直于套筒 6 的表面， 且 N、 S 极交替布置， 套筒 6 采用铁磁材料， 活塞筒 5 与下安装板 说 明 书 CN 103047358 A 8 6/8 页 9 2 采用不导磁的良导体材料。 0044 所述活塞筒 5 内设有气体压力传感器 17， 活塞筒 5 上设有进气口 23 和电磁阀 18， 气体压力传感器 17 与控制器 1。

41、9 的信号输入端连接， 控制器 19 的信号输出端与驱动器 20 的信号输入端连接， 驱动器 20 的信号输出端与电磁阀 18 连接。 0045 所述 X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 为圆筒型音圈电机或平板型音圈电机。 0046 所述 X 向气浮导轨 29 和 Y 向气浮导轨 30 为单导轨结构或双导轨结构。 0047 所述 X、 Y、 Z 向位移传感器 11、 12、 13 为光栅尺、 磁栅尺、 容栅尺或直线式电位器。 0048 所述X、 Y、 Z向限位开关14、 15、 16为机械式限位开关、 霍尔式限位开关或光电式限 位开关。 0049 所述活塞筒 5 内气体压力为 0.1。

42、MPa 0.8MPa。 0050 所述轴向承载平面气浮面 21、 径向承载圆柱气浮面 22、 X 向导轨气浮面 31、 Y 向导 轨气浮面 32 和 Z 向承载气浮面 33 的气膜厚度为 10m 20m。 0051 所述活塞筒 5 上的圆柱气浮面节流孔 25 和套筒 6 上的平面气浮面节流孔 24 的直 径为 0.1mm 1mm。 0052 下面结合图 1 图 5、 图 8 给出本发明的一个实施例。本实施例中， 隔振器工作时 下安装板 2 与地基、 仪器的基座或基础框架等刚性连接， 上安装板 1 与负载或平台刚性连 接。X、 Y、 Z 向音圈电机 8、 9、 10 均采用圆筒型音圈电机。以 X。

43、 向音圈电机 8 为例， 其主要由 X 向电机铁轭 8a、 X 向电机磁钢 8b、 X 向电机线圈骨架 8c、 X 向电机线圈 8d 组成。X 向电机 铁轭 8a 和 X 向电机线圈骨架 8c 为圆筒形， X 向电机磁钢 8b 为圆柱形， X 向电机线圈 8d 绕 于 X 向电机线圈骨架 8c 上。X 向电机铁轭 8a 和 X 向电机磁钢 8b 构成电机定子， X 向电机 线圈骨架 8c 和 X 向电机线圈 8d 构成电机动子。Z 向音圈电机 10 中， Z 向电机过渡件 10e 提供 Z 向电机线圈骨架 10c 的安装结构。电机工作时线圈中通以电流， 根据电磁理论， 通电 线圈在磁场中会受到。

44、洛伦兹力作用， 通过控制电流的大小和方向可以控制电机输出驱动力 的大小和方向。 0053 X、 Y、 Z 向位移传感器 11、 12、 13 采用光栅尺。以 Z 向位移传感器 13 为例， 其主要 包括 Z 向光栅读数头过渡件 13a、 Z 向光栅读数头 13b 和 Z 向玻璃光栅尺 13c 等部件。Z 向 光栅读数头过渡件 13a 提供 Z 向光栅读数头 13b 的安装结构。光栅尺工作时， Z 向光栅读 数头 13b 能够将其与 Z 向玻璃光栅尺 13c 的相对位移检测出来， 并通过信号导线送给控制 器 19。 0054 X、 Y、 Z 向限位开关 14、 15、 16 采用霍尔式限位开关。。

45、以 Z 向限位开关 16 为例， 其 主要包括 Z 向限位块 16a、 Z 向霍尔开关 16b 和 Z 向限位开关过渡件 16c 等部件。两个 Z 向 霍尔开关 16b 背靠背安装， 两个 Z 向限位块 16a 为金属材料， 与 Z 向霍尔开关 16b 的敏感端 相对安装。Z 向限位开关过渡件 16c 提供 Z 向霍尔开关 16b 的安装结构。限位开关工作时， 当 Z 向霍尔开关 16b 接近 Z 向限位块 16a 时， Z 向霍尔开关 16b 给出限位信号， 并通过信号 导线送给控制器 19。 0055 本实施例中， Z 向音圈电机 10、 Z 向位移传感器 13 和 Z 向限位开关 16 。

46、均安装在活 塞筒 5 和套筒 6 之间， 且安装在活塞筒 5 内部。 0056 隔振器对负载的承载采用如下方式实现 ： 洁净压缩气源 3 通过气管 26、 经电磁阀 18、 进气口 23 向活塞筒 5 内输送洁净压缩空气。控制器 19 根据气体压力传感器 17 的反馈 说 明 书 CN 103047358 A 9 7/8 页 10 信号， 控制电磁阀 18 的开度， 调节输入到活塞筒 5 内的气体流量， 从而调节活塞筒 5 内洁净 压缩空气的压力， 使洁净压缩空气对活塞筒5向上的作用力与负载、 活塞筒5及加载于活塞 筒 5 上的其它零部件的重力相平衡， 实现理想的重力补偿与零刚度隔振效果。 0。

47、057 本实施例中， 活塞筒 5 内洁净压缩空气的压力为 0.4Mpa， 活塞筒 5 下表面的有效 半径为 100mm， 则单个隔振器承载的质量为 ： m pr2/g 1282kg， 其中 p 为气体压力， p 0.4Mpa， r 为活塞筒 5 下表面的有效半径， r 100mm， g 为重力加速度， g 9.gm/m2。 0058 图 2 给出滑动关节轴承的一种实施方式。滑动关节轴承 7 主要由轴承体 7a 和轴 承座 7b 组成， 轴承座 7b 上的凹球面和轴承体 7a 上的凸球面构成滑动运动副， 采用液体或 固体润滑剂进行润滑， 对上、 下安装板 1、 2 之间的角运动自由度进行解耦。 。

48、0059 图6给出滑动关节轴承的另一种实施方式。 轴承座7b上具有凸球面， 和轴承体7a 上的凹球面构成滑动运动副， 采用液体或固体润滑剂进行润滑， 对上、 下安装板 1、 2 之间的 角运动自由度进行解耦。 0060 图 8 给出套筒上平面气浮面节流孔的一个实施例。本实施例中， 套筒 6 下表面围 绕圆心沿圆周方向均布 8 个平面气浮面节流孔 24， 直径为 0.2mm。 0061 图 9 给出活塞筒上圆柱气浮面节流孔的一个实施例。本实施例中， 活塞筒 5 侧壁 上沿圆周方向均布两排圆柱气浮面节流孔 25， 每排圆柱气浮面节流孔 25 的数量为 8 个， 直 径为 0.2mm。 0062 下。

49、面结合图 10、 图 11 给出 Z 向电涡流阻尼器的一个实施例。本实施例中， 隔振器 具有二个Z向电涡流阻尼器42， 由安装在套筒6内圆柱面侧壁的Z向永磁体42A阵列构成， 套筒 6 采用 45 号钢材料， 具有较高的导磁率， 活塞筒 5 采用紫铜材料， 不导磁且具有高电导 率。Z 向永磁体 42A 为条形， 沿 Z 向音圈电机 10 的驱动力方向、 即套筒 6 的轴线方向布置， 磁极方向垂直于套筒 6 的内圆柱面， 且 N、 S 极交替布置。当套筒 6 与活塞筒 5 产生 Z 向相 对运动时， 活塞筒 5 切割磁力线而产生电涡流和阻尼力， Z 向阻尼力与套筒 6 与活塞筒 5 的 Z 向相对运动速度成正比， 方向与 Z 向音圈电机 10 的驱动力方向、 即套筒 6 的轴线方向一 致， 达到消耗振动能量， 提高定位稳定性的目的。 0063 图 10、 图 12 给出了 Z 电涡流阻尼器的另一个实施例。本实施例中， 隔振器具有四 个 Z 向电。