定位设备、控制设备和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定位设备、控制设备和控制方法。
【背景技术】
[0002]定位设备通常是已知的，例如从EP 0421527 AU WO 2004/055607 A2和WO2007/057842 Al 中已知。
[0003]高精度定位设备的已知配置包括堆叠在彼此顶上的两个或更多个台，其中至少顶台以6个自由度完全浮动。在该配置中的顶台一般具有在竖直方向上的有限(多达Imm的)行程以及在水平方向上的至少一个有限行程。在该顶台之下的台将提供在该方向上的长行程。
[0004]顶台一般保持将被定位的对象并且通常要求具有非常稳定的温度以及均匀的温度分布，以便不使该对象变形。因此，重要的是限制从致动器到顶台结构的其余部分的热传导。通常使用水冷却来将热传输离开致动器。然而该水冷却形成与顶台的机械连接并且使该台的动态性能恶化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有非常稳定的温度、非常低的功耗和均匀的温度分布的定位设备。
[0006]本发明的另一目的是提供一种用于在定位设备中使用以用于控制所述定位设备以致提供非常稳定的温度、非常低的功耗和均匀的温度分布的控制设备和控制方法。
[0007]在本发明的第一方面中，介绍一种定位设备，其包括:
-包括一个或多个支撑元件的支撑装置，
-由支撑元件支撑并且相对于支撑元件在移动方向上可移动的长行程台，该长行程台包括由长行程支撑元件支撑的长行程台载体元件，
-相对于该长行程台在该移动方向上可移动的短行程台，该短行程台包括由短行程支撑元件支撑的短行程台载体元件，
其中该长行程台或该短行程台承载以固定距离彼此相对布置的两个致动器，在两个致动器之间具有间隙，每个致动器包括铁磁轭和布置在该轭的磁通路径中的磁体，并且其中该长行程台或该短行程台中的另一个包括布置在两个致动器之间的铁磁中心元件，
-控制单元，其用于发起长行程台和短行程台在期望移动方向上的移动，这是通过首先以预定时间间隔以及比长行程台的静止状态中铁磁中心元件与最靠近的致动器之间的距离更短的距离、在与期望移动方向相反的相反方向上移动长行程台和/或在期望移动方向上移动短行程台，并且然后在期望移动方向上移动长行程台来完成的。
[0008]在本发明的另外的方面中，介绍一种在这样的定位设备中使用的控制设备，其中所述控制设备被配置为发起长行程台和短行程台在期望移动方向上的移动，这是通过首先以预定时间间隔以及比长行程台的静止状态中铁磁中心元件与最靠近的致动器之间的距离更短的距离、在与期望移动方向相反的相反方向上移动长行程台和/或在期望移动方向上移动短行程台，并且然后在期望移动方向上移动长行程台来完成的。
[0009]在本发明的再另外的方面中，介绍了在这样的定位设备中使用的对应控制方法。
[0010]在本发明的再另一方面中，介绍了一种计算机程序，该程序包括用于在计算机上执行所述计算机程序时引起计算机施行该控制方法的步骤的计算机代码装置。
[0011]在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解的是，所要求保护的控制设备、控制方法和计算机程序具有与所要求保护的定位设备并且与在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
[0012]本发明基于该理念来提供长行程台和短行程台的堆叠台配置。优选地，短行程台是顶部的6 DOF (自由度)浮动台，并且底台是制造力以在某一移动方向上加速两个台的整个块的长行程台。尽管在顶部的台并不相对于底台移动并且因此不施行物理工作，但是其不得不生成力以在同一方向上加速顶台。通常，通过经由电磁致动器的线圈生成电流并且因此生成热来生成该力。本发明通过使用安装到短行程台或长行程台的两个相对致动器的零电流合力的间隙依赖性克服了该问题。
[0013]特别地，将优选是混合磁阻致动器的两个相对致动器的合力的间隙依赖性用于限制在致动器的该方向上的加速期间这些致动器的功耗。为了利用致动器的该间隙依赖性，通过所述台其中之一，优选通过长行程台，主动改变在加速的移动方向上短行程台的至少一部分与长行程台之间的间隙，使得两个相对致动器的合力在期望的移动方向上加速另一个台(在优选的实施例中为短行程台)。不需要或仅需要小的电流来产生该力，因此未生成热来产生该力。
[0014]通常，定位设备长行程台和短行程台的部分可以交换，以及运动顺序也可以交换，即根据本发明，布置台以及台的移动的时间次序的多个实施例是可能的。特别地，针对行程的控制，根据本发明，可使用在到期望移动方向的相反方向上的初始加速期间提供了被加速的台(特别是其铁磁中心元件)相对于致动器处于不对称、偏离中心(偏离平衡)的状态中的任何移动顺序。此外，可以将相同理念用于减速。
[0015]提出的定位设备优选使用混合磁阻致动器作为长行程台或短行程台中的致动器，其中由于永磁体的使用，致动器是混合的。在另一实施例中，使用不具有永磁体的致动器，即磁阻致动器。这样的混合磁阻致动器及它们在长短行程致动和长行程致动中的使用通常是已知的，例如从上文提到的WO 2007/057842 Al和Vrijsen N.H.的“Comparison oflinear voice coil and reluctance actuators for high-precis1n applicat1ns，，，Power Electronics and Mot1n Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14thInternat1nal Conference, 6-8 Sept.2010中已知，这些文档通过引用并入本文。
[0016]本发明具有增大的寿命性能的优点，因为由于减少的冷却需要，存在减少的冷却软管(其通常寿命有限)的需要。此外，动态性能增大，因为由于缺少对冷却软管(其形成到下面的台的不可预测的机械链接)的需要，改进了顶台的性能。再另外，由于到台的减少数量的软管，减小了减小的系统复杂性和成本。最终，该定位设备是没有污染的，因为水软管消耗了真空系统中的大部分除气预算。
[0017]通常，轭可以具有任何形式。在实施例中，轭各自具有在期望方向上良好引导磁通量的E形状、U形状或C形状。
[0018]优选地，轭各自具有E形状并且磁体是布置在相应轭的中心腿顶部上的永磁体，其表示完全被动的实施例。该实施例提供了不需要电流。
[0019]在另一实施例中，轭各自具有E形状并且磁体是由围绕相应轭的中心腿缠绕的线圈形成的电磁体。该实施例提供了致动器是更高效的，因为能够实现得非常小并且间隙越小致动器越高效。
[0020]在再另一实施例中，轭各自具有E形状，并且磁体包括布置在相应轭的中心腿顶部上的永磁体和由围绕相应轭的中心腿缠绕的线圈形成的电磁体，即使用混合磁阻致动器。在该实际配置中，使用包括E形状的轭与围绕E形状轭的中间腿缠绕的线圈并且与附着在中间腿E的顶部上的永磁体的混合磁阻致动器来致动短行程台的短行程。通过重力在竖直方向上并且通过第二混合致动器在针对水平方向的相反方向上拉动来补偿由永磁体引起的对这样的混合致动器的零电流拉力。两个相反力仅在一个特别间隙尺寸处是相等的。在所有其它间隙尺寸中，合力保持在短行程台上。如果仅使用永磁体作为致动器中的磁体，则这也适用。
[0021]此外，在实施例中，具有围绕轭的中心腿