一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振装置

本发明涉及一种用于光刻机的隔振装置，具体涉及一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振装置，本发明属于精密仪器隔振。

背景技术：

1、随着精密制造和加工业、精密光电装备以及航空航天技术等尖端科研领域的发展，相关人员和机构开始对系统结构的稳定性和测量加工过程的精度提出更严格的要求。而一直限制结构稳定性和系统精度提高的一个关键因素就是振动干扰的影响。特别是一些低频微小振动的影响。实际上，这些微小振动的影响已经成为很多尖端科技应用的瓶颈。高性能隔振技术通过隔离环境微振动，为精密设备提供一个超平稳的工作环境，来解决影响精密设备正常工作的微振动问题。

2、由减振理论可知，被动隔振系统对外界干扰频率大于隔振系统固有频率的1.414倍时起减振作用，可较好地隔离中、高频振动，但隔离低频振动尤其是超低频振动的能力较差。为了提高被动隔振系统隔离低频振动的能力，需要降低隔振系统的固有频率，减小隔振系统的刚度能够直接降低系统固有频率，但系统刚度越低往往意味着负载能力的下降，因此如何在降低系统刚度的同时保证其负载能力是一个研究热门方向。此外。通过主动控制的方式也可以有效提高被动隔振系统的低频隔振效率。

3、在超精密加工过程中，环境微振动对加工精度和表面质量有极大的影响，能否有效隔离振动已经成为提升大型高端超精密仪器及装备制造技术水平的关键技术问题。以尖端加工装备中的极紫外光光刻机为例，其加工需要满足纳米级制程芯片生产，光刻机的核心部件：激光干涉仪、投影物镜等受微振动噪声影响极为明显，外部宽频域以及微幅和超微幅振动容易通过支撑结构引起敏感元件振动，此振动是制约超精密制造设备精度的关键障碍，严重影响光刻机加工质量。因此，研发高性能的隔微振系统控制微振动噪声，成为了保障超精密加工和实验设备的精度和稳定性的关键。

技术实现思路

1、本发明为解决在超精密加工过程中，如何有效隔离振动，以提高光刻机加工质量的问题，进而提出一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振装置。

2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

3、本发明包括包括隔振器上板、隔振器下板、隔振器气腔、主动减振单元和隔振器气腔安装在隔振器上板和隔振器下板之间，隔振器气腔的一侧设有主动减振单元。

4、进一步的，所述隔振器气腔包括隔振器内缸、隔振器外缸、橡胶铰链和内缸环带，隔振器内缸和隔振器外缸由内至外设置，隔振器上板的下表面通过橡胶铰链与隔振器内缸的上端连接，隔振器内缸和隔振器外缸之间设有内缸环带。

5、进一步的，隔振器外缸的下部设有外缸气孔。

6、进一步的，所述隔振器内缸的上端设有上顶针和下顶针，橡胶铰链位于上顶针和下顶针之间。

7、进一步的，一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器还包括限位单元，所述限位单元包括三个限位结构和限位桩，限位桩竖直安装在隔振器上板和隔振器下板之间并位于隔振器气腔的右侧，三个限位结构安装在隔振器上板的上表面三个角位置。

8、进一步的，所述主动减振单元包括水平音圈电机、垂向音圈电机、传感器支架、电机支架和水冷分头，电机支架竖直安装在隔振器上板和隔振器下板之间位于隔振器气腔的左侧，水平音圈电机和垂向音圈电机分别安装在电机支架的两侧，传感器支架竖直安装在隔振器上板和隔振器下板之间，水冷分头安装在隔振器下板的上表面。

9、进一步的，所述隔振器下板上设有进气孔。

10、本发明的有益效果是：

11、1、本发明在非接触式气浮支承结构的基础上，引入基于音圈电机的主动减振控制，通过气浮支承可以提供极大的负载能力，同时其理论刚度接近于零；

12、2、本发明不仅可以隔离环境振动干扰的影响，还对负载本身引起的振动有着显著的抑制作用；

13、3、本发明综合利用气浮系统和音圈电机的优点，在气浮系统重力补偿和被动减振的基础上，使用音圈电机进行精确定位和主动减振；

14、4、本发明兼顾负载能力大、刚度极低、隔振效高的优点，能满足光刻系统的隔振需求。

技术特征：

1.一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：包括隔振器上板(1)、隔振器下板(2)、隔振器气腔(3)、主动减振单元和隔振器气腔(3)安装在隔振器上板(1)和隔振器下板(2)之间，隔振器气腔(3)的一侧设有主动减振单元。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：所述隔振器气腔(3)包括隔振器内缸(3-1)、隔振器外缸(3-2)、橡胶铰链(3-3)和内缸环带(3-4)，隔振器内缸(3-1)和隔振器外缸(3-2)由内至外设置，隔振器上板(1)的下表面通过橡胶铰链(3-3)与隔振器内缸(3-1)的上端连接，隔振器内缸(3-1)和隔振器外缸(3-2)之间设有内缸环带(3-4)。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：隔振器外缸(3-2)的下部设有外缸气孔(3-2-1)。

4.根据权利要求2所述的一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：所述隔振器内缸(3-1)的上端设有上顶针(3-5)和下顶针(3-6)，橡胶铰链(3-3)位于上顶针(3-5)和下顶针(3-6)之间。

5.根据权利要求1所述的一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：所述一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器还包括限位单元，所述限位单元包括三个限位结构(4)和限位桩(5)，限位桩(5)竖直安装在隔振器上板(1)和隔振器下板(2)之间并位于隔振器气腔(3)的右侧，三个限位结构(4)安装在隔振器上板(1)的上表面三个角位置。

6.根据权利要求1所述的一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：所述主动减振单元包括水平音圈电机(6)、垂向音圈电机(7)、传感器支架(8)、电机支架(9)和水冷分头(10)，电机支架(9)竖直安装在隔振器上板(1)和隔振器下板(2)之间位于隔振器气腔(3)的左侧，水平音圈电机(6)和垂向音圈电机(7)分别安装在电机支架(9)的两侧，传感器支架(8)竖直安装在隔振器上板(1)和隔振器下板(2)之间，水冷分头(10)安装在隔振器下板(1)的上表面。

7.根据权利要求1、5或6所述的一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振器，其特征在于：所述隔振器下板(2)上设有进气孔(2-1)。

技术总结
一种多自由度准零刚度气浮弹簧主动隔振装置，本发明为解决在超精密加工过程中，如何有效隔离振动的问题，本发明包括隔振器上板、隔振器下板、隔振器气腔、主动减振单元和隔振器气腔安装在隔振器上板和隔振器下板之间，隔振器气腔的一侧设有主动减振单元。本发明保证垂向低刚度，水平向准零刚度特点，垂向还可以通过外加气室减小刚度。主动减振单元部分主要包含一个水平电机和垂向电机，可以实现两个方向的主动控制。由三台及以上此隔振装置还可以组装成一个六自由度零刚度的主动隔振系统。兼顾负载能力大、刚度极低、隔振效高的优点，能满足光刻系统的隔振需求。本发明属于精密仪器振动隔离控制技术领域。

技术研发人员：于程隆,李斌,李天一,赵勃,谭久彬
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5