导轨和三个线性编码器作为位置传感器。直线电机可以被以下的洛伦兹力驱动
FLMt∫iLMtdlLM×BLM
其中的
(1)
FLMt
、
iLMt
、
lLM、BLM分别为力、电流、线圈长度和直线电机的磁通密
度。使用的是输出力为233N的三相直线电机。三个直线电机机械地连接在一个H形刚架上,并生成粗动台xyθ的运动。具体来说,两个直线电机LM1和LM2的定子固定在底座上并且相互平行。两个直线电机LM1和LM2的滑块通过浮在底座上的直线电机LM3的定子连接起来。因此,直线电机LM1、LM2、LM3的移动决定粗动台xyθ的运动。每个直线
f电机的重量是15千克。粗动台的位置传感器是一个5
m分辨率的线性编码器。粗动台提供了一个500×500mm的大工作区。
2
共焦扫描显微镜激光干涉仪直线电机(LM3)直线电机(LM2)直线电机(LM1)倍镜
平面镜音圈电机
激光干涉仪花岗岩分光镜隔离器激光头
图1混合工作台示意图
图2粗动台的结构
f接下来推到粗动台的运动学公式。粗动台如图2所示,向量pct由下式得到:
pctxct
yctθct
Τ
(2)
其中,xct和yct分别是粗动台的Xc和Yc位置,θct是粗动台的方向角。向量pLMt由下式得到:
pLMtxLM3t
yLM1t
yLM2t
Τ
(3)
其中,xLM3t、yLM1t、yLM2t分别是三个直线电机的位移LM1、LM2、LM3的位移。在(3)中,xLM3t、yLM1t、yLM2t由线性编码器测量。假设(2)中的方向角θct很小,(2)中的向量pct由下列公式确定:
pctHctpLMt
1其中,Hct000L2xLM3tL1L21L1L20L1xLM3tL1L21L1L2
(4)
(5)
在(5)中,L1和L2分别是直线电机LM1、LM2的中心到粗动台中心的距离。在后续中,公式(4)体现了粗动台的位置和方向角。23微动台微动台的结构如图3所示。微动台由四个音圈电机驱动,使用四个空气轴承作为导向,激光干涉仪作为位置传感器。四个音圈电机位于同一平面上,使产生微动台横摇运动和纵摇运动的倾斜力可以忽略不计。音圈电机产生的洛伦兹力如下:
FVCMt
其中,
∫itdl
VCM
VCM
×BVCM
(6)
FVCMt
、VCM
i
t、lVCM和BVCM分别是音圈电机的力、电流、线圈长度和磁通
密度。四个音圈电机按下面的公式产生微动台xyθ的运动:
AFVCMtuft
(7)
f1其中,A0b2
10b2
01r