一種分體式氣足及平面導(dǎo)向裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分體式氣足，將氣浮結(jié)構(gòu)和磁預(yù)載結(jié)構(gòu)分離，保證了氣浮結(jié)構(gòu)不會受到磁預(yù)緊力的作用而變形，而磁預(yù)載結(jié)構(gòu)也不會碰觸到平臺，此設(shè)計既能避免氣浮結(jié)構(gòu)受損，又避免了傳統(tǒng)真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)的缺陷。在此基礎(chǔ)上形成的平面導(dǎo)向裝置能夠很好的滿足氣浮的剛性需求，使得其支撐的運動臺的穩(wěn)定性得到極大的提高。
【專利說明】—種分體式氣足及平面導(dǎo)向裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域的設(shè)備，特別涉及一種應(yīng)用于為精密運動臺提供氣浮支撐的分體式氣足及平面導(dǎo)向裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣足是為精密運動臺提供氣浮軸承支撐、保證運動臺在平臺上作無摩擦運動的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)主要由氣浮結(jié)構(gòu)和預(yù)緊力結(jié)構(gòu)組成。
[0003]傳統(tǒng)的氣足結(jié)構(gòu)為一體式氣足結(jié)構(gòu)，即氣浮結(jié)構(gòu)和真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)由一塊氣足板加工成一體。方形氣足板的底面四個角為氣浮結(jié)構(gòu)，中心為真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)。氣足工作時，氣浮結(jié)構(gòu)通入正壓氣體，在氣足與大理石平臺之間形成氣膜，使氣足受到氣浮力N的支撐，保證氣足在大理石平臺上作無摩擦運動；真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)則通入負壓氣體，使氣足受到與氣浮力N方向相反的真空預(yù)緊力F作用。通過調(diào)節(jié)氣浮力N和真空預(yù)緊力F的大小，可以調(diào)節(jié)氣足的氣浮剛度。如果提高氣足的氣浮剛度，需要同時增加氣浮壓力N和真空預(yù)緊力F，而增加真空預(yù)緊力F會導(dǎo)致氣足板中部產(chǎn)生彎曲，由于氣浮的氣膜厚度8 一般只有幾微米到十幾微米，因此，當(dāng)彎曲量O過大使氣足板中部與平臺接觸時，氣足運動將產(chǎn)生機械摩擦，使氣浮結(jié)構(gòu)失去作用。
[0004]美國專利US5760564提出一種4趾氣足導(dǎo)向結(jié)構(gòu)方案，它由四個單獨的氣浮墊組合安裝的方式實現(xiàn)運動臺的平面導(dǎo)向功能。這種方案依靠運動機構(gòu)的自身重力作為氣浮預(yù)載力，氣浮剛度和氣膜的厚度均難以提高，給導(dǎo)向面的要求極高，結(jié)構(gòu)制造較難。
[0005]美國專利US5204712提出一種圓形整體式氣足導(dǎo)向結(jié)構(gòu)方案，其組成包括正壓懸浮和真空預(yù)載構(gòu)建平面導(dǎo)向機構(gòu)。這種方案真空負壓區(qū)較難提供更大的預(yù)載力以提高氣足剛度，正壓和負壓配合容易導(dǎo)致氣足產(chǎn)生較大的變形，從而產(chǎn)生氣振、氣膜變化、剛度變化等問題。
[0006]現(xiàn)有的這些技術(shù)中的真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)采用真空式，需要提供氣路結(jié)構(gòu)，且對于較大面積的吸附，真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)變形較大，另外真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致真空泄露，不能提供足夠大的氣浮剛度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種分體式氣足及平面導(dǎo)向裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的諸如氣足板變形，真空泄露等問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種分體式氣足，用于支撐運動臺在平臺上方作無摩擦運動，包括，
[0009]多個氣浮結(jié)構(gòu)，所述氣浮結(jié)構(gòu)之間通過第一簧片連接，所述氣浮結(jié)構(gòu)為階梯狀；
[0010]磁預(yù)載結(jié)構(gòu)，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)與所述氣浮結(jié)構(gòu)分體式連接，置于氣浮結(jié)構(gòu)的階梯上，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)包括磁預(yù)載板和分布于其內(nèi)的磁鐵陣列。
[0011]可選的，對于所述的分體式氣足，所述第一簧片在各氣浮結(jié)構(gòu)的排列方向上的剛性比其垂直于各氣浮結(jié)構(gòu)排列方向的剛性高。
[0012]可選的，對于所述的分體式氣足，還包括第二簧片，所述第二簧片連接所述磁預(yù)載板和所述氣浮結(jié)構(gòu)。
[0013]可選的，對于所述的分體式氣足，所述第二簧片在各氣浮結(jié)構(gòu)的排列方向上的剛性比其垂直于各氣浮結(jié)構(gòu)排列方向的剛性高。
[0014]可選的，對于所述的分體式氣足，所述第二簧片包括本體和垂向連接部，所述本體的一側(cè)與所述氣浮結(jié)構(gòu)連接，另一側(cè)通過所述垂向連接部與所述磁預(yù)載板連接。
[0015]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)的厚度小于所述氣浮結(jié)構(gòu)的厚度。
[0016]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為多個。
[0017]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為對稱結(jié)構(gòu)。
[0018]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為上下對稱結(jié)構(gòu)。
[0019]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為左右對稱結(jié)構(gòu)。
[0020]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為上下左右對稱結(jié)構(gòu)。
[0021]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為NS陣列。
[0022]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁鐵陣列為Halbach陣列。
[0023]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁預(yù)載板上設(shè)有用于裝配所述磁鐵陣列的凹槽。
[0024]可選的，對于所述的分體式氣足，所述氣浮結(jié)構(gòu)為四個。
[0025]可選的，對于所述的分體式氣足，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)為多個。
[0026]本發(fā)明提供一種平面導(dǎo)向裝置，包括如上所述的分體式氣足及平臺；
[0027]所述磁預(yù)載板通過所述磁鐵陣列和所述平臺之間的磁預(yù)緊力與所述氣浮結(jié)構(gòu)壓緊；所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)受到的磁預(yù)緊力在所述各氣浮結(jié)構(gòu)上的作用點分別對應(yīng)位于各氣浮結(jié)構(gòu)的中心。
[0028]可選的，對于所述的平面導(dǎo)向裝置，所述平臺為硅鋼導(dǎo)軌平臺。
[0029]可選的，對于所述的平面導(dǎo)向裝置，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺的硅鋼片橫向和縱向交叉
堂口 ο
[0030]可選的，對于所述的平面導(dǎo)向裝置，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺的上表面涂有一層樹脂。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的分體式氣足將氣浮結(jié)構(gòu)和磁預(yù)載結(jié)構(gòu)分離，保證了氣浮結(jié)構(gòu)不會受到磁預(yù)緊力的作用而變形，而磁預(yù)載結(jié)構(gòu)也不會碰觸到平臺，此設(shè)計既能避免氣浮結(jié)構(gòu)受損，又避免了傳統(tǒng)真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)的缺陷。在此基礎(chǔ)上形成的平面導(dǎo)向裝置能夠很好的滿足氣浮的剛性需求，使得其支撐的運動臺的穩(wěn)定性得到極大的提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實施例的分體式氣足的俯視圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實施例的分體式氣足的仰視圖；
[0034]圖3為圖1中沿A-A面的剖視圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實施例的平面導(dǎo)向裝置的剖視圖；
[0036]圖5為本發(fā)明實施例平面導(dǎo)向裝置中硅鋼導(dǎo)軌平臺結(jié)構(gòu)的俯視圖。[0037]圖6為本發(fā)明平面導(dǎo)向裝置中硅鋼導(dǎo)軌平臺結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0038]圖7為本發(fā)明平面導(dǎo)向裝置工作原理圖。
[0039]圖8為單個磁鐵陣列隨著其自身高度在Z向變化時磁預(yù)緊分力大小示意圖?！揪唧w實施方式】
[0040]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的分體式氣足及平面導(dǎo)向裝置作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0041]請參考圖f圖3，一種分體式氣足，用于支撐運動臺在平臺上方作無摩擦運動，包括，氣足板1，所述氣足板I可以為矩形，具體的，所述氣足板I包括多個氣浮結(jié)構(gòu)2，所述氣浮結(jié)構(gòu)2之間通過第一簧片3連接，在本實施例中，所述氣浮結(jié)構(gòu)為4個，對稱的分布于所述氣足板的四個角上，也可以為其他數(shù)量，但要以能夠達到較好的支撐為宜，所述第一簧片3水平向(即各氣浮結(jié)構(gòu)2的排列方向，下同)為高剛性，用于維持四個氣浮結(jié)構(gòu)2水平向的穩(wěn)定性，使其不會產(chǎn)生水平向的相對運動；所述第一簧片3垂向(即垂直于各氣浮結(jié)構(gòu)2的排列方向，下同)為低剛性，用于四個氣浮結(jié)構(gòu)2垂向氣浮力之間解稱，所述水平向的剛性高于所述垂向的剛性。所述氣浮結(jié)構(gòu)2為階梯狀。
[0042]設(shè)置在所述氣浮結(jié)構(gòu)2上的磁預(yù)載結(jié)構(gòu)，具體的，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)與所述氣浮結(jié)構(gòu)2分體式連接，置于氣浮結(jié)構(gòu)2的階梯上。所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)的厚度小于所述氣浮結(jié)構(gòu)2的厚度。所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)包括磁預(yù)載板5和分布于其中的磁鐵陣列6，所述磁鐵陣列6可以為多個，所述磁預(yù)載板5和所述氣浮結(jié)構(gòu)2之間設(shè)有用于在水平向定位所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)的第二簧片4，限制磁預(yù)載結(jié)構(gòu)的水平向和繞水平向旋轉(zhuǎn)的自由度；所述第二簧片4包括本體和垂向連接部(在此為垂向簧片)，所述本體的一側(cè)與所述氣浮結(jié)構(gòu)2連接，另一側(cè)通過所述垂向連接部與所述磁預(yù)載板5連接。所述第二簧片4水平向為高剛性，用于用于維持所述分體式氣足在跟隨運動臺運動時氣浮結(jié)構(gòu)2和磁預(yù)載結(jié)構(gòu)水平向的相對靜止(即不會產(chǎn)生水平向的相對運動)；所述第二簧片4垂向為低剛性，使得磁預(yù)載力完全通過所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)與所述氣浮結(jié)構(gòu)2的連接點作用在所述氣浮結(jié)構(gòu)2上，所述水平向的剛性高于所述垂向的剛性。
[0043]具體的，請參考將圖1按照折線A-A剖開得到的圖3，所述氣浮結(jié)構(gòu)2的上部為階梯狀結(jié)構(gòu)，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)設(shè)置在氣浮結(jié)構(gòu)2之間，放置于所述氣浮結(jié)構(gòu)2的階梯上。所述磁預(yù)載板5上設(shè)有用于裝配各個所述磁鐵陣列6的凹槽7，磁鐵陣列6位于磁預(yù)載版5的凹槽7中，在該圖中還可看出，磁鐵陣列6由其上方固定裝置61固定。
[0044]所述多個磁鐵陣列6可以為對稱結(jié)構(gòu)，如可以為上下對稱結(jié)構(gòu)、左右對稱結(jié)構(gòu)和上下左右對稱結(jié)構(gòu)，或者也可以為其他結(jié)構(gòu)，如軸對稱結(jié)構(gòu)等，這可以根據(jù)磁鐵陣列6的數(shù)量來決定，所述磁鐵陣列6可以為傳統(tǒng)的NS陣列，也可以為Halbach陣列。
[0045]請參考圖4，本申請?zhí)峁┮环N平臺，其為硅鋼導(dǎo)軌平臺8，結(jié)合上述分體式氣足，可得到一種平面導(dǎo)向裝置，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)與所述氣浮結(jié)構(gòu)2的四個連接點和所述四個氣浮結(jié)構(gòu)2的中心一一對應(yīng)，其所成直線皆垂直于所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8，具體的，如圖4中所示，連接點P1與氣浮結(jié)構(gòu)2的中心O1所成的直線L1垂直于所述平臺8，所述磁預(yù)載板5通過所述磁鐵陣列6和所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8之間產(chǎn)生的磁預(yù)緊力與所述氣浮結(jié)構(gòu)2壓緊。[0046]請參考圖5，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8采用的硅鋼片81為橫向和縱向交叉疊合組成，這種設(shè)計有利于減少渦流，降低渦流影響，使其有著較佳的效果和使用壽命。
[0047]接著，如圖6所示，為了提高硅鋼導(dǎo)軌平臺8的平整度，優(yōu)選的，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8的上表面涂有一層樹脂82，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8置于基座83上。
[0048]請參考圖7，本發(fā)明平面導(dǎo)向裝置的工作原理為:分體式氣足工作時，氣足板受到四個氣浮結(jié)構(gòu)2產(chǎn)生的氣浮力N的作用(每個氣浮結(jié)構(gòu)2均對所述氣足板施加氣浮力N的作用)，所述氣浮力N的作用點在各個氣浮結(jié)構(gòu)2的中心OpOyOy O4，方向垂直于所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8向上，使整個分體式氣足懸浮在硅鋼導(dǎo)軌平臺8上；四個氣浮結(jié)構(gòu)2之間的第一簧片用于保證四個氣浮結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生水平向的相對運動，同時用于保證四個氣浮結(jié)構(gòu)2垂向氣浮力之間的解耦。
[0049]通過磁預(yù)載結(jié)構(gòu)的磁鐵陣列6和硅鋼導(dǎo)軌平臺8之間的吸附作用，使磁預(yù)載板5受到磁預(yù)緊力F的作用，并通過位于四個氣浮結(jié)構(gòu)2的中心OpOyOpO4垂直作用在氣足板上。因此，磁預(yù)載結(jié)構(gòu)對氣足板施加的磁預(yù)緊力可分解為四個磁預(yù)緊分力Fp F2, F3, F4，所述四個分力Fp F2、F3> F4的作用點分別與所述四個氣浮結(jié)構(gòu)2的中心Op 02、O3> O4相對應(yīng)，且在同一條垂直于所述平臺的直線上，方向均垂直于所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8向下，即可等效為所述磁預(yù)緊力的四個分力F1、F2、F3、F4的作用點分別位于所述四個氣浮結(jié)構(gòu)2的中心Op
02、03、04，且磁預(yù)緊力F=FAFJFJF4t5各個磁鐵陣列6隨著其自身高度在Z向變化時磁預(yù)緊分力大小示意圖如圖7所示。調(diào)試時，使得四個氣浮結(jié)構(gòu)2的氣浮力N的合力與所述四個磁預(yù)緊分力Fp F2, F3, F4的合力F大小相等，方向相反，作用點在同一條垂直于所述硅鋼導(dǎo)軌平臺8的直線上，因此，所述氣浮結(jié)構(gòu)2不會因為磁預(yù)緊力F的作用而產(chǎn)生彎曲變形；雖然磁預(yù)載板5受到磁預(yù)緊力F的作用時會產(chǎn)生彎曲，但是磁預(yù)載板5的彎曲量ε是小于磁預(yù)載板5或磁鐵陣列6到硅鋼導(dǎo)軌平臺8的距離Y，故氣浮結(jié)構(gòu)2能夠正常工作，而距離Y比彎曲量ε大是很容易通過結(jié)構(gòu)設(shè)計得到保證。
[0050]本發(fā)明分體式氣足將氣浮結(jié)構(gòu)和磁預(yù)載結(jié)構(gòu)分離，保證了氣浮結(jié)構(gòu)不會受到磁預(yù)緊力的作用而變形，而磁預(yù)載結(jié)構(gòu)也不會碰觸到平臺，此設(shè)計既能避免氣浮結(jié)構(gòu)受損，又避免了傳統(tǒng)真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)的缺陷。在此基礎(chǔ)上形成的平面導(dǎo)向裝置能夠很好的滿足氣浮的剛性需求，使得其支撐的運動臺的穩(wěn)定性得到極大的提高。
[0051]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分體式氣足，用于支撐運動臺在平臺上方作無摩擦運動，其特征在于，包括: 多個氣浮結(jié)構(gòu)，所述氣浮結(jié)構(gòu)之間通過第一簧片連接，所述氣浮結(jié)構(gòu)為階梯狀； 磁預(yù)載結(jié)構(gòu)，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)與所述氣浮結(jié)構(gòu)分體式連接，置于氣浮結(jié)構(gòu)的階梯上，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)包括磁預(yù)載板和分布于其中的磁鐵陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述第一簧片在各氣浮結(jié)構(gòu)的排列方向上的剛性比其垂直于各氣浮結(jié)構(gòu)排列方向的剛性高。
3.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，還包括第二簧片，所述第二簧片連接所述磁預(yù)載板和所述氣浮結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的分體式氣足，其特征在于，所述第二簧片在各氣浮結(jié)構(gòu)的排列方向上的剛性比其垂直于各氣浮結(jié)構(gòu)排列方向的剛性高。
5.如權(quán)利要求4所述的分體式氣足，其特征在于，所述第二簧片包括本體和垂向連接部，所述本體的一側(cè)與所述氣浮結(jié)構(gòu)連接，另一側(cè)通過所述垂向連接部與所述磁預(yù)載板連接。
6.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)的厚度小于所述氣浮結(jié)構(gòu)的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為多個。
8.如權(quán)利要求7所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為對稱結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為上下對稱結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為左右對稱結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求8所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為上下左右對稱結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為NS陣列。
13.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁鐵陣列為Halbach陣列。
14.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁預(yù)載板上設(shè)有用于裝配所述磁鐵陣列的凹槽。
15.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述氣浮結(jié)構(gòu)為四個。
16.如權(quán)利要求1所述的分體式氣足，其特征在于，所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)為多個。
17.一種平面導(dǎo)向裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求廣16中任一項所述的分體式氣足及平臺； 所述磁預(yù)載板通過所述磁鐵陣列和所述平臺之間的磁預(yù)緊力與所述氣浮結(jié)構(gòu)壓緊；所述磁預(yù)載結(jié)構(gòu)受到的磁預(yù)緊力在所述各氣浮結(jié)構(gòu)上的作用點分別對應(yīng)位于各氣浮結(jié)構(gòu)的中心。
18.如權(quán)利要求17所述的平面導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述平臺為硅鋼導(dǎo)軌平臺。
19.如權(quán)利要求18所述的平面導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺的硅鋼片橫向和縱向交叉疊合。
20.如權(quán)利要求19所述的平面導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述硅鋼導(dǎo)軌平臺的上表面涂有一層樹脂。
【文檔編號】F16C32/06GK103790963SQ201210434946
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】吳立偉, 夏海, 楊曉燕, 陳慶生, 嚴蘭舟 申請人:上海微電子裝備有限公司