一种消振装置及其使用方法与流程

本发明涉及减振设备领域，具体涉及一种消振装置及其使用方法。

背景技术：

目前高精密设备大多通过整体式方式减振，主动减振单元隔离外部振源，并通过主动减振控制消除承载的整体部分的特定频率范围的振动：比如光刻设备中用于承载内部世界的主动减振器，以及前道光刻机线宽90nm以下镜头和面板光刻机的拼接镜头都是采用单独的主动阻尼的减振隔振，这些都属于整体式减振类型。但这种整体式减振隔振，对内部主体一些被激发出来的局部频率的振动却无能为力，因此只有通过提高内部承载主体的整体模态来实现对敏感频率的抑制。

但是单纯通过做强结构和整体式方式的主动减振已难以适应目前高精度设备的要求。在现实情况和成本压力面前，有针对性局部减振方式摆在眼前，尤其是局部的阻尼减振方式，它是一种可行、有效、成本低的一种解决方案。

阻尼减振方式目前已有应用，比如在特定结构体内注入橡胶或是添加阻尼颗粒，通过局部填充阻尼方法来消减振幅，降低影响。但对于特性频率和特定振型的特征振动的消振效果并不明显。

高精密设备调试时通过修改运动执行器和控制器参数是一般做法，通过控制策略(如：notch滤波)消除某些特征频率的影响，但同时也会带来其他负面影响。

还有就是进行结构的局部改造，通过改变结构的局部振型和模态消除影响。不过这种局部结构改造尽管有效，但耗时费力。

技术实现要素：

本发明基于高精密设备调试时，内部结构体被激发的局部特定频率的有害振动，设计了一种消振装置及其使用方法，用以解决现有消振装置无法消除或降低设备内部结构被激发的局部特定频率的有害振动的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种消振装置，包括基体单元、电机、可动固定单元、弹性连接单元、配重单元以及主动控制单元；所述电机的定子固定连接在所述基体单元上，所述电机的动子连接在所述可动固定单元上；所述可动固定单元的一端通过所述弹性连接单元与所述基体单元连接，另一端与所述配重单元连接；所述主动控制单元控制所述电机运动实现主动消振。

进一步的，所述可动固定单元通过所述弹性连接单元与所述配重单元连接。

进一步的，所述主动控制单元还包括振动探测器，所述振动探测器采集消振对象的振动信息，对所述消振对象的振动信息进行处理后驱动所述电机，动态调整所述配重单元的频率、阻尼率，适应消振对象的要求。

进一步的，所述基体单元包括基体底座和固定在基体底座上的基体支架，所述电机的定子固定连接在所述基体底座上，所述弹性连接单元固定在所述基体支架上。

进一步的，所述基体支架还包括簧片支架，所述弹性连接单元固定在所述簧片支架上。

进一步的，所述弹性连接单元包括簧片。

进一步的，所述簧片的厚度规格为0.1-1mm。

进一步的，所述配重单元为若干个叠加的配重块。

进一步的，所述配重单元的质量规格为0.2-2.0kg。

进一步的，所述主动控制单元包括光栅尺、加速传感器、控制器和功率调节器，所述光栅尺和加速传感器采集消振对象的运动信息，反馈给控制器，再由功率调节器驱动电机，动态调整所述配重单元的频率、阻尼率。

进一步的，所述加速度传感器安装在所述可动固定单元或所述基体单元上。

进一步的，所述基体单元上设有用于与消振对象连接的安装底座，所述安装底座设在所述基体单元上与所述电机的轴向垂直或平行。

进一步的，当所需消振对象为磁性材质时，所述安装底座可选磁性材质，所述磁性安装底座将所述消振装置吸附固定在消振对象上，当消振对象为其他材质时，所述安装底座可选其他材质，通过可拆卸连接方式与消振对象连接。

本发明还提供一种消振装置的使用方法，在消振对象上单点设置或多点多方向设置本发明所述的消振装置。

进一步的，所述单点设置为在消振对象上设置一个所述消振装置。

进一步的，所述多点多方向设置为在消振对象的两个及以上的方向上设置所述消振装置。

本发明所提供的一种消振装置及其使用方法，其优点在于：(1)该消振装置具有一定的通用性，可针对一定频率范围内的振动进行消振；(2)该消振装置的阻尼d、配重单元的质量m、簧片的刚度k在一定范围内可控可调，使之更好地适应不同的消振对象的振动频率；(3)该消振装置具有体积小，质量轻等特点，可以方便灵活地进行安装和调整，可根据消振对象的消振区域面积和振动类型相应布置消振装置。

附图说明

图1是本发明所述消振装置实施例一的工作原理示意图；

图2是本发明所述消振装置实施例一的结构示意图；

图3是图1中的a-a剖视图；

图4是图1中的b-b剖视图；

图5是本发明所述可动固定单元与所述簧片及配重单元连接的示意图；

图6是本发明所述配重单元及簧片组成的簧片质量体的结构示意图；

图7是本发明所述磁性安装底座的第一种设置方式示意图；

图8是本发明所述磁性安装底座的第二种设置方式示意图；

图9是本发明所述消振装置实施例二的工作原理示意图

图10是本发明所述消振装置实施例二的结构示意图；

图11是本发明所述消振装置的使用方法的实施例三的示意图；

图12是本发明所述消振装置的使用方法的实施例三的示意图。

图中所示：100-消振装置、101-安装底板、102-磁性安装底座、103-基体支架、104-簧片支架、105-可动固定单元、106-加速度传感器、107-光栅尺、108-簧片、109-电机、110-基体底座、111-配重块、112-簧片质量体。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合实施例阐述本发明的特征和优点。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

图1至图5所示为本发明所述消振装置100的一种实施方式，包括基体单元、电机109、可动固定单元105、弹性连接单元、配重单元以及主动控制单元；所述电机109的定子固定连接在所述基体单元上，所述电机109的动子连接在所述可动固定单元105上；所述可动固定单元105的一端通过所述弹性连接单元与所述基体单元连接，另一端与所述配重单元连接；所述主动控制单元控制所述电机109运动实现主动消振。其中，所述可动固定单元105通过所述弹性连接单元与所述配重单元连接。

进一步的，所述基体单元包括基体底座110和固定在基体底座110上的基体支架103，所述电机109的定子固定连接在所述基体底座110上。所述基体支架103由三个板材连接组成，所述板材上设有用于减轻板材重量的减重孔。所述基体支架103还包括簧片支架104，所述弹性连接单元固定在所述簧片支架104上。

进一步的，所述弹性连接单元包括簧片108，所述簧片108的厚度规格为0.1-1mm，比如：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm等。所述配重单元为三个叠加的配重块111，所述配重单元的质量规格为0.2-2.0kg，如经过组合配重块111配置出0.2kg、0.3kg、0.4kg、0.6kg、0.8kg、1.0kg、1.2kg、1.6kg、1.8kg、2kg等规格。所述簧片108与配重单元组合配置，可对消振装置100的刚度k和质量m这两个参数进行调配，以对应一定频率范围内的振动。

进一步的，可动固定单元105与电机109的动子固定连接，可动固定单元105的一端通过簧片108与所述电机109的机体连接，另一端通过簧片108与所述配重单元连接。所述可动固定单元105两端的簧片108固定在所述簧片支架104上。

进一步的，所述主动控制单元还包括振动探测器，所述振动探测器采集消振对象的振动信息，对所述消振对象的振动信息进行处理后驱动所述电机109，动态调整所述配重单元的频率、阻尼率，适应消振对象的要求。

进一步的，所述主动控制单元包括光栅尺107、加速度传感器106、控制器和功率调节器。所述光栅尺107的标尺光栅安装在所述簧片支架104上，光栅尺107的光栅读数头安装在所述可动固定单元105上，光栅尺107用于量测可动固定单元105的位移量。所述加速度传感器106安装在所述可动固定单元105上，用于量测和反馈配重单元的振动加速度，间接采集消振对象的振动信息。所述光栅尺107和加速度传感器106采集消振对象的振动信息，反馈给控制器进行处理，通过功率调节器驱动电机109，动态调整所述配重单元的频率、阻尼率，适应消振对象的要求。

进一步的，如图1所示，所述基体单元上设有用于将所述消振装置100安装在消振对象上的安装底板101和磁性安装底座102。当消振对象为非磁性材料时，通过安装底板101将消振装置100安装在消振对象上，当消振对象为磁性材料时，消振装置100通过磁性安装底座102直接吸附于消振对象上，便于消振装置100的安装。如图7和图8所示，以磁性安装底座102为例，磁性安装底座102可设置在基体底座110上，与电机109的轴向垂直，磁性安装底座102也可设置在基体支架103上，与电机109的轴向平行。同样，安装底板101也可以这两种方式设置在基体单元上，与电机109的轴向垂直或平行。安装底座可两种方向设置的好处是，使消振装置100可选择相应的安装方向以适应消振对象的结构体积。

如图1所示，本发明所述消振装置100的工作原理为：根据消振对象的振动频率配置所述配重单元的质量和簧片108的厚度，使配重单元和簧片108所组成的如图6所示的簧片质量体112具有与消振对象的振动频率相近的固有频率；厚度规格为0.1-1mm的簧片108和质量规格为0.2-2.0kg的配重单元可配置出固有频率为20-200hz的簧片质量体112；将配置好的消振装置100安装在消振对象上，通过光栅尺107和加速度传感器106采集消振对象的振动信息，反馈给控制器，当簧片质量体112的固有频率满足消振对象的振动频率时，功率调节器不再驱动电机109，当簧片质量体112的固有频率不满足消振对象的振动频率时，功率调节器驱动电机109进行微调，动态调整簧片质量体112的频率、阻尼率，适应消振对象的要求，抑制并消除消振对象上对应频率振型的振动。

实施例2

本实施例中的消振装置100的结构与实施例1的区别在于，如图9和图10所示，本实施例中的加速度传感器106安装在基体支架103上，直接采集消振对象的振动信息。

本发明还提供一种消振装置的使用方法，根据消振对象所需消振的区域的面积或所需消振的振型，在消振对象上单点设置或多点多方向设置本发明所述的消振装置100。

进一步的，针对消振对象上的局部小区域的振动，在消振对象上单点设置一个所述消振装置100可满足消振需求。

进一步的，针对消振对象上的局部大区域或是整体的振动，可在消振对象的两个及以上的方向上设置多个所述消振装置100，以保证消振效果。

实施例3

图11和图12为在消振对象上多点多方向设置所述消振装置100的两种方式的示意图。针对需要消振的振动的特征频率，测试出其振型，根据振动的振型、振动方向以及消振部位的结构特征，在x、y、z三个方向上合理设置消振装置100。

本发明所提供的一种消振装置及其使用方法，其优点在于：(1)该消振装置具有一定的通用性，可针对一定频率范围内的振动进行消振；(2)该消振装置的阻尼d、配重单元的质量m、簧片的刚度k在一定范围内可控可调，使之更好地适应不同的消振对象的振动频率；(3)该消振装置具有体积小，质量轻等特点，可以方便灵活地进行安装和调整，可根据消振对象的消振区域面积和振动类型相应布置消振装置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。