一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿周面均布延伸有三個(gè)沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)徑向的支撐臂，三個(gè)支撐臂的臂端均開有偏心孔，三個(gè)支撐臂的偏心孔各通過結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈連接在安裝基板上；用于定位安裝基板的預(yù)壓組件、定位組件安裝在主機(jī)板底面，定位組件和三個(gè)預(yù)壓組件環(huán)繞在運(yùn)動(dòng)支鏈之間的安裝基板側(cè)面，三個(gè)水平向位移測(cè)量組件固定安裝在定位組件側(cè)面的主機(jī)板底面。本發(fā)明用以實(shí)現(xiàn)浸沒式光刻機(jī)浸沒單元的安裝固定和空間位姿調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)浸沒單元亞微米級(jí)定位；本發(fā)明剛度高，調(diào)節(jié)范圍大，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)快，采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝配調(diào)整簡(jiǎn)易，能用于浸沒式光刻機(jī)以外其它場(chǎng)合下的三自由度精密調(diào)節(jié)。
【專利說明】一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三自由度調(diào)節(jié)裝置，尤其是涉及一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在浸沒式光刻機(jī)中，在最后一片投影物鏡和硅片之間存在一層浸沒流場(chǎng)。浸沒流場(chǎng)由浸沒單元產(chǎn)生，而為了防止浸沒流場(chǎng)泄漏，要求浸沒單元與硅片之間的縫隙在1_以內(nèi)，同時(shí)對(duì)該縫隙有嚴(yán)格的平行度要求；浸沒式光刻過程中需要對(duì)浸沒單元進(jìn)行一系列運(yùn)動(dòng)控制，而在浸沒單元運(yùn)動(dòng)控制中，要求浸沒流場(chǎng)仍然滿足工作條件要求。這就需要有一種精密位姿調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)浸沒單元的位姿以滿足浸沒式光刻機(jī)的要求。
[0003]此外，對(duì)于浸沒單元的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)而言，安裝空間要求苛刻。因?yàn)楣饪虣C(jī)是一種在有限的空間中要將復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)以及相應(yīng)的配套機(jī)構(gòu)組合到一起的高度集成的設(shè)備機(jī)構(gòu)，其中各個(gè)部件都有嚴(yán)格的安裝空間限制。
[0004]現(xiàn)在常用的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有很多，按機(jī)械結(jié)構(gòu)分大體可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混合式三類。并聯(lián)式位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)較其他兩種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有剛度高、工作空間小、負(fù)載能力強(qiáng)、慣性小、誤差均勻化、成本低等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的并聯(lián)位姿調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)采用一般運(yùn)動(dòng)副組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)的支鏈，這樣的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有三個(gè)缺點(diǎn)，即:傳統(tǒng)并聯(lián)結(jié)構(gòu)所占空間大，運(yùn)動(dòng)副存在間隙，在微位移范圍內(nèi)機(jī)構(gòu)存在爬行現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實(shí)現(xiàn)浸沒式光刻機(jī)中浸沒單元位姿的精密調(diào)節(jié)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，具有安裝空間小、剛度高、響應(yīng)快、運(yùn)動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)[TZ，RX, RY]三自由度的精密調(diào)節(jié)，Z軸為沿安裝基板中心孔軸線向上方向，X、Y、Z軸滿足笛卡爾直角坐標(biāo)系，自由度TZ表示沿Z軸方向的平移，自由度RX和RY分別表示繞X和Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置安裝在主機(jī)板與浸沒單元之間，該調(diào)節(jié)裝置包括三個(gè)預(yù)壓組件、定位組件、三個(gè)水平向位移測(cè)量組件、安裝基板、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿周面均布延伸有三個(gè)沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)徑向的支撐臂，三個(gè)支撐臂的臂端均開有偏心孔，三個(gè)支撐臂的偏心孔各通過結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈連接在安裝基板上；用于定位安裝基板的預(yù)壓組件、定位組件安裝在主機(jī)板底面，定位組件和三個(gè)預(yù)壓組件環(huán)繞在運(yùn)動(dòng)支鏈之間的安裝基板側(cè)面，三個(gè)水平向位移測(cè)量組件固定安裝在定位組件側(cè)面的主機(jī)板底面。
[0007]所述的定位組件包括X向定位組件和Y向定位組件，X向定位組件和Y向定位組件沿相互垂直的定位方向位于安裝基板側(cè)面進(jìn)行定位；三個(gè)水平向位移測(cè)量組件的其中一個(gè)安裝在Y向定位組件側(cè)面的主機(jī)板底面，另外兩個(gè)分別安裝在X向定位組件兩側(cè)的主機(jī)板底面。
[0008]所述的水平向位移測(cè)量組件包括接近傳感器、接近傳感器固定件，接近傳感器通過接近傳感器固定件固定連接在主機(jī)板底面，接近傳感器朝向安裝基板側(cè)面。
[0009]所述的運(yùn)動(dòng)支鏈包括直線運(yùn)動(dòng)組件、球面軸承組件和偏心軸薄壁軸承組件；直線運(yùn)動(dòng)組件頂部安裝在安裝基板側(cè)面，直線運(yùn)動(dòng)組件底部與球面軸承組件連接，球面軸承組件套在偏心軸薄壁軸承組件內(nèi)，偏心軸薄壁軸承組件裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)支撐臂的偏心孔內(nèi)。
[0010]所述的直線運(yùn)動(dòng)組件:包括直線運(yùn)動(dòng)副、連接桿和連接桿緊固件；直線運(yùn)動(dòng)副包括直線運(yùn)動(dòng)副滑塊、直線運(yùn)動(dòng)副固定件、交叉滾子導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和平衡調(diào)整組件，直線運(yùn)動(dòng)副滑塊兩側(cè)通過交叉滾子導(dǎo)軌滑動(dòng)連接在直線運(yùn)動(dòng)副固定件外側(cè)，交叉滾子導(dǎo)軌沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)端面法向，直線運(yùn)動(dòng)副固定件內(nèi)側(cè)固定在安裝基板側(cè)面，直線運(yùn)動(dòng)副滑塊中部沿滑動(dòng)方向開有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有平衡調(diào)整組件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊側(cè)面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)副滑塊沿交叉滾子導(dǎo)軌方向移動(dòng)；連接桿上端固定連接在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊底部，連接桿下端套有球面軸承組件的球面軸承并通過連接桿緊固件固定；
所述的球面軸承組件:包括球面軸承和球面軸承端蓋；球面軸承套在連接桿下端，球面軸承套在偏心軸內(nèi)，球面軸承上端面通過球面軸承端蓋沿軸向與偏心軸薄壁軸承組件的偏心軸上端面固定連接；
所述的偏心軸薄壁軸承組件:包括偏心軸、兩個(gè)薄壁軸承和兩個(gè)薄壁軸承端蓋；偏心軸周面經(jīng)兩個(gè)薄壁軸承裝在偏心孔內(nèi)，兩個(gè)薄壁軸承分別通過兩個(gè)薄壁軸承端蓋沿軸向定位安裝在偏心孔內(nèi)。
[0011]所述的平衡調(diào)整組件包括彈簧擋板、滾珠、壓縮彈簧、彈簧墊塊和限位螺栓；直線運(yùn)動(dòng)副滑塊中部的通孔從頂面向下依次裝有彈簧擋板、滾珠、壓縮彈簧和彈簧墊塊，限位螺栓穿過直線運(yùn)動(dòng)副滑塊上的腰形槽與直線運(yùn)動(dòng)副固定件固定連接，彈簧墊塊下端通過壓縮彈簧壓緊在限位螺栓上。
[0012]所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為超聲波壓電陶瓷電機(jī)。
[0013]所述的各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)副底面與安裝基板連接處附近設(shè)有用于限制直線運(yùn)動(dòng)副滑塊運(yùn)動(dòng)行程的電氣限位組件，電氣限位組件包括電氣限位擋板和電氣開關(guān)；電氣限位擋板一端固定安裝在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊的，電氣限位擋板另一端位于電氣開關(guān)槽內(nèi)，電氣開關(guān)固定安裝在安裝基板上。
[0014]所述的兩個(gè)薄壁軸承卡緊在偏心軸中部凸緣的兩側(cè)。
[0015]本發(fā)明具有的有益效果是:
1.本發(fā)明中三組運(yùn)動(dòng)支鏈上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)對(duì)應(yīng)支撐臂在Z向處于不同位置，三點(diǎn)確定一個(gè)平面，故當(dāng)三組運(yùn)動(dòng)支鏈運(yùn)動(dòng)停止后，便可確定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的空間位姿，三組運(yùn)動(dòng)支鏈的運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)[TZ，RX, RY]三自由度的精密調(diào)節(jié)，這樣即可實(shí)現(xiàn)固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上浸沒單元的[TZ，RX, RY]三自由度精密調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)浸沒單元亞微米級(jí)精密定位。
[0016]2.本發(fā)明采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副采用經(jīng)典運(yùn)動(dòng)副，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)阻力小，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，減少了運(yùn)動(dòng)的累加誤差，速度響應(yīng)快。
[0017]3.本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)過盈配合，利用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的重力偏載，減少運(yùn)動(dòng)副間隙，增加運(yùn)動(dòng)精度。
[0018]4.本發(fā)明中使用偏心軸結(jié)構(gòu)，以薄壁軸承轉(zhuǎn)軸為轉(zhuǎn)動(dòng)副中心，以偏心軸中的球面軸承中心為球鉸副中心，實(shí)現(xiàn)球鉸副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方式，利用偏心結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)球鉸副、轉(zhuǎn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，縮小了裝置安裝尺寸，使裝置易于裝配調(diào)整。
[0019]5.本發(fā)明采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置與浸沒式光刻機(jī)中其它器件沒有功能上的耦合，除了能用于浸沒式光刻機(jī)中浸沒單元的位姿調(diào)節(jié)，也能用于有相同要求的其它位姿調(diào)節(jié)場(chǎng)合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明在浸沒式光刻機(jī)中安裝位置的示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的立體視圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的爆炸視圖。
[0023]圖4是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)支鏈的剖視圖。
[0024]圖5是本發(fā)明中的偏心結(jié)構(gòu)視圖。
[0025]圖中:S1、光學(xué)系統(tǒng)，S2、本發(fā)明，S3、浸沒單兀，1、主機(jī)板,2、浸沒流場(chǎng),3、娃片,4、安裝基板，4A，安裝基板安裝孔，4B、安裝基板側(cè)面，4C、安裝螺栓，5、直線運(yùn)動(dòng)組件，5A、直線運(yùn)動(dòng)副，5A1、直線運(yùn)動(dòng)副滑塊，5A2、直線運(yùn)動(dòng)副固定件、5A3、交叉滾子導(dǎo)軌，5A4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，5B、連接桿，5C、連接桿緊固件，5A5、平衡調(diào)整組件，5A5a、彈簧擋板，5A5b、滾珠，5A5c、壓縮彈簧，5A5d、彈簧墊塊，5A5e、限位螺栓；6、球面軸承組件，6A、球面軸承，6B、球面軸承端蓋,7、偏心軸薄壁軸承組件，7A、偏心軸，7B、薄壁軸承，7C、薄壁軸承端蓋，8、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，8A、浸沒單元安裝孔，8B、偏心孔，9、電氣限位組件，9A、電氣限位擋板，9B、電氣開關(guān)，10、定位組件，10A、X向定位組件，10B、Y向定位組件，11、水平向位移測(cè)量組件，1認(rèn)、接近傳感器，1川、接近傳感器固定件，12、預(yù)壓組件。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0027]如圖1、圖2所示，本發(fā)明S2安裝在主機(jī)板I與浸沒單元S3之間，光學(xué)系統(tǒng)SI貫穿主機(jī)板1、本發(fā)明S2和浸沒單元S3，透過浸沒流場(chǎng)2對(duì)處于最下方的硅片3進(jìn)行曝光。本發(fā)明S2通過安裝基板安裝孔4A使用安裝螺栓4C安裝到主機(jī)板I上，調(diào)整、定位和監(jiān)控安裝基板4的位置，浸沒單元S3通過浸沒單元安裝孔8A安裝到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8下端面上。
[0028]如圖2、圖3所示，本發(fā)明S2包括三個(gè)預(yù)壓組件12、定位組件10、三個(gè)水平向位移測(cè)量組件11、安裝基板4、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8和三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8沿周面均布延伸有三個(gè)沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8徑向的支撐臂，三個(gè)支撐臂的臂端均開有偏心孔SB，三個(gè)支撐臂的偏心孔SB各通過結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈連接在安裝基板4上，三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈均布安裝在安裝基板側(cè)面4B ;用于定位安裝基板4的預(yù)壓組件12、定位組件10安裝在主機(jī)板I底面，定位組件10和三個(gè)預(yù)壓組件12環(huán)繞在運(yùn)動(dòng)支鏈之間的安裝基板側(cè)面4B，三個(gè)水平向位移測(cè)量組件11固定安裝在定位組件10側(cè)面的主機(jī)板I底面。
[0029]安裝基板4和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的三個(gè)支撐臂之間通過三組結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈以并聯(lián)方式相連，三組運(yùn)動(dòng)支鏈以安裝基板4中心孔為中心圓周分布，安裝在安裝基板4的安裝基板側(cè)面4B上。
[0030]如圖2、圖3所示，定位組件10包括X向定位組件1A和Y向定位組件10B，X向定位組件1A和Y向定位組件1B沿相互垂直的定位方向位于安裝基板側(cè)面4B進(jìn)行定位；預(yù)壓組件12安裝在安裝基板側(cè)面4B其余位置，使得定位組件10預(yù)壓組件12環(huán)繞在安裝基板4周圍；三個(gè)水平向位移測(cè)量組件11的其中一個(gè)安裝在Y向定位組件1B側(cè)面的主機(jī)板I底面，另外兩個(gè)分別安裝在X向定位組件1A兩側(cè)的主機(jī)板I底面。
[0031]如圖3所示，水平向位移測(cè)量組件11包括接近傳感器11A、接近傳感器固定件11B，接近傳感器IlA通過接近傳感器固定件IlB固定連接在主機(jī)板I底面，接近傳感器IlA朝向安裝基板側(cè)面4B。
[0032]如圖3、圖4所示，三組運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，每組運(yùn)動(dòng)支鏈包括直線運(yùn)動(dòng)組件5、球面軸承組件6和偏心軸薄壁軸承組件7 ;直線運(yùn)動(dòng)組件5頂部安裝在安裝基板側(cè)面4B，直線運(yùn)動(dòng)組件5底部與球面軸承組件6連接,球面軸承組件6套在偏心軸薄壁軸承組件7內(nèi)，偏心軸薄壁軸承組件7裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8支撐臂的偏心孔SB內(nèi)。
[0033]如圖4所示，直線運(yùn)動(dòng)組件5:包括直線運(yùn)動(dòng)副5A、連接桿5B和連接桿緊固件5C ；直線運(yùn)動(dòng)副5A包括直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1、直線運(yùn)動(dòng)副固定件5A2、交叉滾子導(dǎo)軌5A3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4和平衡調(diào)整組件5A5，直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1兩側(cè)通過交叉滾子導(dǎo)軌5A3滑動(dòng)連接在直線運(yùn)動(dòng)副固定件5A2外側(cè)，交叉滾子導(dǎo)軌5A3沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8端面法向，直線運(yùn)動(dòng)副固定件5A2內(nèi)側(cè)固定在安裝基板側(cè)面4B，直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1中部沿滑動(dòng)方向開有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有平衡調(diào)整組件5A5，驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4安裝在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1側(cè)面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1沿交叉滾子導(dǎo)軌5A3方向移動(dòng)；連接桿5B上端固定連接在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1底部，連接桿5B下端套有球面軸承組件6的球面軸承6A并通過連接桿緊固件5C固定。
[0034]如圖4所示,球面軸承組件6:包括球面軸承6A和球面軸承端蓋6B ;球面軸承6A套在連接桿5B下端并通過連接桿緊固件5C固定，球面軸承6A套在偏心軸7A內(nèi)，球面軸承6A上端面通過球面軸承端蓋6B沿軸向與偏心軸薄壁軸承組件7的偏心軸7A上端面固定連接。
[0035]如圖4所示，偏心軸薄壁軸承組件7:包括偏心軸7A、兩個(gè)薄壁軸承7B和兩個(gè)薄壁軸承端蓋7C ;偏心軸7A套在球面軸承6A外，偏心軸7A周面經(jīng)兩個(gè)薄壁軸承7B裝在偏心孔8B內(nèi)，兩個(gè)薄壁軸承7B分別通過兩個(gè)薄壁軸承端蓋7C沿軸向定位安裝在偏心孔SB內(nèi)。
[0036]如圖4所示，平衡調(diào)整組件5A5:包括彈簧擋板5A5a、滾珠5A5b、壓縮彈簧5A5c、彈簧墊塊5A5d和限位螺栓5A5e ;直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1中部的通孔從頂面向下依次裝有彈簧擋板5A5a、滾珠5A5b、壓縮彈簧5A5c和彈簧墊塊5A5d，限位螺栓5A5e穿過直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1上的腰形槽與直線運(yùn)動(dòng)副固定件5A2固定連接，彈簧墊塊5A5d下端通過彈簧5A5c壓緊在限位螺栓5A5e上；通過調(diào)節(jié)壓縮彈簧5A5c，使彈簧力等于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)重力，達(dá)到初始平衡狀態(tài)。
[0037]驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4為超聲波壓電陶瓷電機(jī)。
[0038]各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)副5A底面與安裝基板4連接處附近設(shè)有用于限制直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A3運(yùn)動(dòng)行程的電氣限位組件9。
[0039]電氣限位組件9:包括電氣限位擋板9A和電氣開關(guān)9B ；電氣限位擋板9A —端固定安裝在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A3的，電氣限位擋板9A另一端位于電氣開關(guān)9B槽內(nèi)，電氣開關(guān)9B固定安裝在安裝基板4上。
[0040]兩個(gè)薄壁軸承7B卡緊在偏心軸7A中部凸緣的兩側(cè)。本發(fā)明利用薄壁軸承中心和球面軸承中心的偏心結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副，使結(jié)構(gòu)更緊湊，節(jié)約了安裝空間，重力偏載極大減少了運(yùn)動(dòng)副間隙。
[0041 ] 每組運(yùn)動(dòng)支鏈中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4直接驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1沿交叉滾子導(dǎo)軌5A3方向移動(dòng)，和直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1相連的連接桿5B傳遞運(yùn)動(dòng)至球面軸承6A和薄壁軸承7B，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8對(duì)應(yīng)相應(yīng)直線運(yùn)動(dòng)組件5的支撐臂運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，每組運(yùn)動(dòng)支鏈能獨(dú)立帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8對(duì)應(yīng)垂直于支撐臂的運(yùn)動(dòng)，三組運(yùn)動(dòng)支鏈即可調(diào)整三個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8各自的豎直位置，每組運(yùn)動(dòng)支鏈能獨(dú)立帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，三點(diǎn)確定一個(gè)平面，通過這個(gè)原理即確定了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的位姿。
[0042]如圖5所示，本發(fā)明具體實(shí)施中，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8上三個(gè)伸出的支撐臂與每組直線運(yùn)動(dòng)組件5相對(duì)應(yīng)的位置各有一個(gè)偏心孔8B，偏心距為2.5mm，偏心軸7A中的孔偏心距也為
2.5mm，薄壁軸承7B轉(zhuǎn)軸中心(即轉(zhuǎn)動(dòng)副位置)和球面軸承6A回轉(zhuǎn)中心(即球鉸副位置)偏心距為2.5mm。
[0043]本發(fā)明的具體實(shí)施工作過程如下:
如圖1、圖2、圖3所示，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8和安裝基板4之間通過三組結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈相連，每組運(yùn)動(dòng)支鏈中，使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4作為直接驅(qū)動(dòng)源，兩個(gè)薄壁軸承7B固定偏心軸7A在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的偏心孔8B中，連接桿5B穿過固定在偏心軸7A孔中的球面軸承6A ;利用偏心軸結(jié)構(gòu)，薄壁軸承7B轉(zhuǎn)軸中心(即轉(zhuǎn)動(dòng)副位置)和球面軸承6A回轉(zhuǎn)中心(即球鉸副位置)的距離即為偏心軸的偏心距2.5mm，利用偏心軸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)S副和R副的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，減少系統(tǒng)安裝空間；各運(yùn)動(dòng)副采用經(jīng)典運(yùn)動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)阻力更小；薄壁軸承過盈配合，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)重力偏載，消除軸承間的微小間隙，減少運(yùn)動(dòng)誤差；通過調(diào)節(jié)平衡調(diào)整組件5A5中的壓縮彈簧5A5c，使彈簧力等于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)重力，達(dá)到初始平衡狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)5A4直接驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1沿沿交叉滾子導(dǎo)軌5A3方向移動(dòng)，和直線運(yùn)動(dòng)副滑塊5A1相連的連接桿5B傳遞運(yùn)動(dòng)至球面軸承6A和薄壁軸承7B轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8對(duì)應(yīng)直線運(yùn)動(dòng)組件5的支撐臂運(yùn)動(dòng)；這樣在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，每組運(yùn)動(dòng)支鏈能獨(dú)立帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8對(duì)應(yīng)支撐臂運(yùn)動(dòng)，三組運(yùn)動(dòng)支鏈即可調(diào)整三個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的支撐臂的位置，三點(diǎn)確定一個(gè)平面，通過這個(gè)原理即確定了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的位姿，進(jìn)而確定了連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8上的浸沒單元S3的位姿；調(diào)節(jié)三組運(yùn)動(dòng)支鏈的運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8在[TZ，RX，RY]三自由度的精密調(diào)節(jié)，每組運(yùn)動(dòng)支鏈的定位精度能達(dá)到亞微米級(jí)，故整個(gè)裝置可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的[TZ，RX，RY]三自由的亞微米級(jí)位姿調(diào)節(jié)。
[0044]上述【具體實(shí)施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置(S2)安裝在主機(jī)板(I)與浸沒單元(S3)之間，其特征在于:該調(diào)節(jié)裝置(S2)包括三個(gè)預(yù)壓組件(12)、定位組件(10)、三個(gè)水平向位移測(cè)量組件(11)、安裝基板(4)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)和三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)沿周面均布延伸有三個(gè)沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)徑向的支撐臂，三個(gè)支撐臂的臂端均開有偏心孔(SB)，三個(gè)支撐臂的偏心孔(SB)各通過結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈連接在安裝基板(4)上；用于定位安裝基板(4)的預(yù)壓組件(12)、定位組件(10)安裝在主機(jī)板(I)底面，定位組件(10)和三個(gè)預(yù)壓組件(12)環(huán)繞在運(yùn)動(dòng)支鏈之間的安裝基板側(cè)面(4B)，三個(gè)水平向位移測(cè)量組件(11)固定安裝在定位組件(10 )側(cè)面的主機(jī)板(I)底面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的定位組件(10)包括X向定位組件(1A)和Y向定位組件(10B)，X向定位組件(1A)和Y向定位組件(1B)沿相互垂直的定位方向位于安裝基板側(cè)面(4B)進(jìn)行定位；三個(gè)水平向位移測(cè)量組件(11)的其中一個(gè)安裝在Y向定位組件(1B)側(cè)面的主機(jī)板(I)底面，另外兩個(gè)分別安裝在X向定位組件(1A)兩側(cè)的主機(jī)板(I)底面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的水平向位移測(cè)量組件(11)包括接近傳感器(11A)、接近傳感器固定件(11B)，接近傳感器(11A)通過接近傳感器固定件(IlB)固定連接在主機(jī)板(I)底面，接近傳感器(11A)朝向安裝基板側(cè)面(4B)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的運(yùn)動(dòng)支鏈包括直線運(yùn)動(dòng)組件(5)、球面軸承組件(6)和偏心軸薄壁軸承組件(7);直線運(yùn)動(dòng)組件(5)頂部 安裝在安裝基板側(cè)面(4B)，直線運(yùn)動(dòng)組件(5)底部與球面軸承組件(6)連接，球面軸承組件(6 )套在偏心軸薄壁軸承組件(7 )內(nèi)，偏心軸薄壁軸承組件(7 )裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)支撐臂的偏心孔(SB)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的直線運(yùn)動(dòng)組件(5):包括直線運(yùn)動(dòng)副(5A)、連接桿(5B)和連接桿緊固件(5C);直線運(yùn)動(dòng)副(5A)包括直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)、直線運(yùn)動(dòng)副固定件(5A2)、交叉滾子導(dǎo)軌(5A3)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5A4)和平衡調(diào)整組件(5A5)，直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)兩側(cè)通過交叉滾子導(dǎo)軌(5A3)滑動(dòng)連接在直線運(yùn)動(dòng)副固定件(5A2)外側(cè)，交叉滾子導(dǎo)軌(5A3)沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)端面法向，直線運(yùn)動(dòng)副固定件(5A2)內(nèi)側(cè)固定在安裝基板側(cè)面(4B)，直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)中部沿滑動(dòng)方向開有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有平衡調(diào)整組件(5A5)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5A4)安裝在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)側(cè)面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5A4)驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)沿交叉滾子導(dǎo)軌(5A3)方向移動(dòng)；連接桿(5B)上端固定連接在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)底部，連接桿(5B)下端套有球面軸承組件(6)的球面軸承(6A)并通過連接桿緊固件(5C)固定； 所述的球面軸承組件(6):包括球面軸承(6A)和球面軸承端蓋(6B);球面軸承(6A)套在連接桿(5B)下端,球面軸承(6A)套在偏心軸(7A)內(nèi)，球面軸承(6A)上端面通過球面軸承端蓋(6B)沿軸向與偏心軸薄壁軸承組件(7)的偏心軸(7A)上端面固定連接； 所述的偏心軸薄壁軸承組件(7):包括偏心軸(7A)、兩個(gè)薄壁軸承(7B)和兩個(gè)薄壁軸承端蓋(7C);偏心軸(7A)周面經(jīng)兩個(gè)薄壁軸承(7B)裝在偏心孔(8B)內(nèi)，兩個(gè)薄壁軸承(7B)分別通過兩個(gè)薄壁軸承端蓋(7C)沿軸向定位安裝在偏心孔(SB)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的平衡調(diào)整組件(5A5)包括彈簧擋板(5A5a)、滾珠(5A5b)、壓縮彈簧(5A5c)、彈簧墊塊(5A5d)和限位螺栓(5A5e);直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)中部的通孔從頂面向下依次裝有彈簧擋板(5A5a)、滾珠(5A5b)、壓縮彈簧(5A5c)和彈簧墊塊(5A5d)，限位螺栓(5A5e)穿過直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A1)上的腰形槽與直線運(yùn)動(dòng)副固定件(5A2)固定連接，彈簧墊塊(5A5d)下端通過壓縮彈簧(5A5c)壓緊在限位螺栓(5A5e)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5A4)為超聲波壓電陶瓷電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)副(5A)底面與安裝基板(4)連接處附近設(shè)有用于限制直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A3)運(yùn)動(dòng)行程的電氣限位組件(9)，電氣限位組件(9)包括電氣限位擋板(9A)和電氣開關(guān)(9B);電氣限位擋板(9A) —端固定安裝在直線運(yùn)動(dòng)副滑塊(5A3)的，電氣限位擋板(9A)另一端位于電氣開關(guān)(9B)槽內(nèi)，電氣開關(guān)(9B)固定安裝在安裝基板(4)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于偏心結(jié)構(gòu)的三自由度精密調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)薄壁軸承( 7B)卡緊在偏心軸(7A)中部凸緣的兩側(cè)。
【文檔編號(hào)】B25J9/02GK104070518SQ201410277880
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】傅新, 邵杰杰, 陶岳幫, 廖安志, 陳文昱, 馬同 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)