一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统及方法技术方案

一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统及方法，该系统包括八个Z向电涡流传感器、两个Y向电涡流传感器、一个Y向光栅尺和一个X向容栅尺。八个Z向电涡流传感器平均分为四组，每组测一个位置上的动子悬浮高度。所述方法首先确定各Z向电涡流传感器在固定坐标系中的位置；将各Z向电涡流传感器坐标平移到一个重复单元内；在每组中选出当前伺服周期中靶区与散热孔不重合的一个Z向电涡流传感器的读数；对四个组在不同伺服周期中选出的读数组成的信号分别进行低通滤波，得到四组Z向电涡流传感器所在位置上的悬浮高度信号；将四组信号取平均得到动子的悬浮高度信号。本发明专利技术所提供的方法能够排除散热孔对悬浮高度测量的干扰，实现动子悬浮高度的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统及方法
本专利技术属于半导体装备
，涉及一种用于磁浮平面电机动子悬浮高度的测量方法。
技术介绍
平面电机直接利用电磁能产生二维平面运动，具有高精度、出力密度高、反应快等特点，因而在半导体、液晶屏幕等二维加工领域中有着重要的应用前景。与其它平面电机相比，磁浮电机更易于控制，定子表面加工要求也较低，因此逐渐受到人们的关注。在磁浮的平面电机中，只要动子悬浮起来，无论运动与否，都需要对动子的线圈通电，因而会有较多的热量产生。为了更好地散热，通常在平面电机定子上加工一些散热孔。由于用于测量动子悬浮高度的Z向电涡流传感器以定子的上表面为靶面，因此散热孔的存在会对Z向电涡流传感器的测量产生干扰，进而对平面电机动子悬浮高度的测量产生直接影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对平面电机定子上的散热孔对Z向电涡流传感器测量的干扰，导致动子悬浮高度测量不准确的问题，提供一种简单易行的测量系统及方法，实现对平面电机动子悬浮高度的准确测量。本专利技术的技术方案如下：一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统，其特征在于：该系统包括八个Z向电涡流传感器，即：Z向一号电涡流传感器、Z向二号电涡流传感器、Z向三号电涡流传感器、Z向四号电涡流传感器、Z向五号电涡流传感器、Z向六号电涡流传感器、Z向七号电涡流传感器和Z向八号电涡流传感器；两个Y向电涡流传感器，即：Y向一号电涡流传感器和Y向二号电涡流传感器；一个X向容栅尺和一个Y向光栅尺；建立平面电机定子上的固定坐标系O-XYZ以及平面电机动子上的随动坐标系Os-XsYsZs，固定坐标系中X轴和Y轴在定子上表面分别沿着平行和垂直线缆延伸的方向，Z轴垂直于定子上表面向上，原点O位于定子上表面X方向和Y方向的坐标均最小的散热孔中心，初始状态下动子未悬浮时两个坐标系完全重合；所述八个Z向电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子下表面，靶面均为磁浮平面电机定子上表面，测量平面电机动子的悬浮高度，其中Z向一号电涡流传感器、Z向二号电涡流传感器、Z向三号电涡流传感器和Z向四号电涡流传感器安装于与平面电机动子随动坐标系Ys轴平行的一条直线上，Z向五号电涡流传感器、Z向六号电涡流传感器、Z向七号电涡流传感器、Z向八号电涡流传感器安装于与平面电机动子随动坐标系Ys轴平行的另一条直线上；所述八个Z向电涡流传感器分为四组，依次是Z向一号电涡流传感器和Z向二号电涡流传感器为第一组、Z向三号电涡流传感器和Z向四号电涡流传感器为第二组、Z向五号电涡流传感器和Z向六号电涡流传感器为第三组、Z向七号电涡流传感器和Z向八号电涡流传感器为第四组，每组的两个Z向电涡流传感器安装于相邻的位置，各组中两个电涡流传感器的间距相同，且需要小于平面电机定子上表面磁钢阵列Y方向的极距PY减去两倍平面电机定子散热孔直径再减去两倍Z向电涡流传感器靶区直径；所述Y向一号电涡流传感器和Y向二号电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子侧面，靶面均为线缆台侧面，测量平面电机动子相对于线缆台在Y方向的运动；所述X向容栅尺的读数头安装于动子侧面，标尺贴于线缆台上靠近动子的侧面上，用于测量平面电机动子X方向的运动；所述Y向光栅尺的读数头安装于线缆台上，标尺贴于平面电机定子侧面，用于测量平面电机动子的Y方向的运动。本专利技术提供的一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)将Y向一号电涡流传感器和Y向二号电涡流传感器当前伺服周期内的读数求平均，再加上Y向光栅尺当前伺服周期内的读数，得到平面电机动子在固定坐标系中Y方向的位移，记为y0；将X向容栅尺当前伺服周期内的读数作为平面电机动子在固定坐标系中X方向的位移，记为x0；根据八个Z向电涡流传感器在平面电机动子上的安装位置，确定八个Z向电涡流传感器在随动坐标系Os-XsYsZs中的Xs方向和Ys方向的坐标，依次为Z向一号电涡流传感器的坐标为(p1,q1)、Z向二号电涡流传感器的坐标为(p2,q2)、Z向三号电涡流传感器的坐标为(p3,q3)、Z向四号电涡流传感器的坐标为(p4,q4)、Z向五号电涡流传感器的坐标为(p5,q5)、Z向六号电涡流传感器的坐标为(p6,q6)、Z向七号电涡流传感器的坐标为(p7,q7)和Z向八号电涡流传感器的坐标为(p8,q8)；2)计算八个Z向电涡流传感器各自在固定坐标系中的X方向和Y方向的坐标，假定在固定坐标系O-XYZ中Z向一号电涡流传感器的坐标为(x1,y1)、Z向二号电涡流传感器的坐标为(x2,y2)、Z向三号电涡流传感器的坐标为(x3,y3)、Z向四号电涡流传感器的坐标为(x4,y4)、Z向五号电涡流传感器的坐标为(x5,y5)、Z向六号电涡流传感器的坐标为(x6,y6)、Z向七号电涡流传感器的坐标为(x7,y7)、Z向八号电涡流传感器的坐标为(x8,y8)，则其计算方式为：xi＝pi+x0、yi＝qi+y0，其中i＝1,2,…,8；3)对八个Z向电涡流传感器在固定坐标系中的X方向和Y方向的坐标进行如下处理：Xi＝xi％PX，Yi＝yi％PY，其中i＝1,2,…,8且PX和PY分别为磁浮平面电机定子上表面磁钢阵列在X轴方向和Y轴方向的极距，所得的Xi和Yi为中间变量，其中i＝1,2,…,8；4)针对第一组Z向电涡流传感器，选出序号较小的Z向电涡流传感器，即Z向一号电涡流传感器，判断如下五个条件是否同时成立：(X1-PX)2+Y12＞D2、(X1-PX)2+(Y1-PY)2＞D2和(X1-PX/2)2+(Y1-PY/2)2＞D2，其中D是Z向电涡流传感器靶区和散热孔的半径之和，如果同时成立则选择Z向一号电涡流传感器当前伺服周期内的读数，作为当前伺服周期中动子在第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，如果没有同时成立则选择Z向二号电涡流传感器当前伺服周期内的读数，作为当前伺服周期中动子在第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，假定当前伺服周期序号为n0，并记此伺服周期中通过上述方法得出的第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度为u1(n0)；对第二组、第三组和第四组Z向电涡流传感器做类似处理，得出当前伺服周期中动子在该组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，依次记为u2(n0)、u3(n0)和u4(n0)；5)四组Z向电涡流传感器在不同伺服周期中选出的悬浮高度读数组成的四组在相应位置上动子的悬浮高度随时间变化的信号，依次为第一组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u1(n)，n＝1,2,…，第二组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u2(n)，n＝1,2,…，第三组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u3(n)，n＝1,2,…，第四组Z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度信号u4(n)，n＝1,2,…，对四组信号进行低通滤波处理，依次得到y1(n)、y2(n)、y3(n)和y4(n)，n＝1,2,…；6)对低通滤波处理后得到的四组信号求平均值，即令：h(n)＝(y1(n)+y2(n)+y3(n)+y4(n))/4，n＝1,2,…，则h(n)为平面电机动子在定子上方的悬浮高度随时间变化的信号。本专利技术具有以下优点及突出的技术效果：本专利技术所采用的的测量系统利用两个Z向电涡流传感器为一组来测量同一个位置的平面电机动子悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统，其特征在于，所述测量系统包括八个Z向电涡流传感器，即：Z向一号电涡流传感器(1)、Z向二号电涡流传感器(2)、Z向三号电涡流传感器(3)、Z向四号电涡流传感器(4)、Z向五号电涡流传感器(5)、Z向六号电涡流传感器(6)、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)；两个Y向电涡流传感器，即：Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)；一个X向容栅尺(11)和一个Y向光栅尺(12)；建立平面电机定子上的固定坐标系O‑XYZ以及平面电机动子上的随动坐标系Os‑XsYsZs，固定坐标系O‑XYZ中X轴和Y轴在定子(13)上表面分别沿着平行和垂直线缆(17)延伸的方向，Z轴垂直于定子(13)上表面向上，原点O位于定子上表面X方向和Y方向的坐标均最小的散热孔(15)中心，初始状态下动子未悬浮时两个坐标系完全重合；所述八个Z向电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子(14)下表面，靶面均为磁悬浮平面电机定子(13)上表面，其中Z向一号电涡流传感器(1)、Z向二号电涡流传感器(2)、Z向三号电涡流传感器(3)和Z向四号电涡流传感器(4)安装于与平面电机动子随动坐标系Ys轴平行的一条直线上，Z向五号电涡流传感器(5)、Z向六号电涡流传感器(6)、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)安装于与平面电机动子随动坐标系Ys轴平行的另一条直线上；所述八个Z向电涡流传感器分为四组，依次是Z向一号电涡流传感器(1)和Z向二号电涡流传感器(2)为第一组、Z向三号电涡流传感器(3)和Z向四号电涡流传感器(4)为第二组、Z向五号电涡流传感器(5)和Z向六号电涡流传感器(6)为第三组、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)为第四组，每组的两个Z向电涡流传感器安装于相邻的位置，各组中两个电涡流传感器的间距相同，且需要小于平面电机定子(13)上表面磁钢阵列Y方向的极距PY减去两倍平面电机定子散热孔(15)直径再减去两倍Z向电涡流传感器靶区直径；所述Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)均安装于磁悬浮平面电机动子(14)侧面，靶面均为线缆台(18)侧面，测量平面电机动子相对于线缆台在Y方向的运动；所述X向容栅尺(11)的读数头安装于动子(14)侧面，标尺贴于线缆台(18)上靠近动子的侧面上，用于测量平面电机动子X方向的运动；所述Y向光栅尺(12)的读数头安装于线缆台(18)上，标尺贴于平面电机定子(13)侧面，用于测量平面电机动子(14)的Y方向的运动。...

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统，其特征在于，所述测量系统包括八个Z向电涡流传感器，即：Z向一号电涡流传感器(1)、Z向二号电涡流传感器(2)、Z向三号电涡流传感器(3)、Z向四号电涡流传感器(4)、Z向五号电涡流传感器(5)、Z向六号电涡流传感器(6)、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)；两个Y向电涡流传感器，即：Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)；一个X向容栅尺(11)和一个Y向光栅尺(12)；建立平面电机定子上的固定坐标系O-XYZ以及平面电机动子上的随动坐标系Os-XsYsZs，固定坐标系O-XYZ中X轴和Y轴在定子(13)上表面分别沿着平行和垂直线缆(17)延伸的方向，Z轴垂直于定子(13)上表面向上，原点O位于定子上表面X方向和Y方向的坐标均最小的散热孔(15)中心，初始状态下动子未悬浮时两个坐标系完全重合；所述八个Z向电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子(14)下表面，靶面均为磁悬浮平面电机定子(13)上表面，其中Z向一号电涡流传感器(1)、Z向二号电涡流传感器(2)、Z向三号电涡流传感器(3)和Z向四号电涡流传感器(4)安装于与平面电机动子随动坐标系Ys轴平行的一条直线上，Z向五号电涡流传感器(5)、Z向六号电涡流传感器(6)、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)安装于与平面电机动子随动坐标系Ys轴平行的另一条直线上；所述八个Z向电涡流传感器分为四组，依次是Z向一号电涡流传感器(1)和Z向二号电涡流传感器(2)为第一组、Z向三号电涡流传感器(3)和Z向四号电涡流传感器(4)为第二组、Z向五号电涡流传感器(5)和Z向六号电涡流传感器(6)为第三组、Z向七号电涡流传感器(7)和Z向八号电涡流传感器(8)为第四组，每组的两个Z向电涡流传感器安装于相邻的位置，各组中两个电涡流传感器的间距相同，且需要小于平面电机定子(13)上表面磁钢阵列Y方向的极距PY减去两倍平面电机定子散热孔(15)直径再减去两倍Z向电涡流传感器靶区直径；所述Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)均安装于磁悬浮平面电机动子(14)侧面，靶面均为线缆台(18)侧面，测量平面电机动子相对于线缆台在Y方向的运动；所述X向容栅尺(11)的读数头安装于动子(14)侧面，标尺贴于线缆台(18)上靠近动子的侧面上，用于测量平面电机动子X方向的运动；所述Y向光栅尺(12)的读数头安装于线缆台(18)上，标尺贴于平面电机定子(13)侧面，用于测量平面电机动子(14)的Y方向的运动。2.一种采用如权利要求1所述系统的磁悬浮平面电机动子悬浮高度的测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)将Y向一号电涡流传感器(9)和Y向二号电涡流传感器(10)当前伺服周期内的读数求平均，再加上Y向光栅尺(12)当前伺服周期内的读数，得到平面电机动子在固定坐标系中Y方向的位移，记为y0；将X向容栅尺(11)当前伺服周期内的读数作为平面电机动子在固定坐标系中X方向的位移，记为x0；根据八个Z向电涡流传感器在平面电机动子上的安装位置，确定八个Z向电涡流传感器在随动坐标系Os-XsYsZs中的Xs方向和Ys方向的坐标，依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨开明，成荣，朱煜，李鑫，黄伟才，穆海华，
申请(专利权)人：清华大学，北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11