專利名稱：宏／微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)封裝、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造等領(lǐng)域?qū)Υ笮谐?cm級(jí))、高速度(m/s級(jí))和高精度(μm至nm級(jí))定位系統(tǒng)的需要日益迫切。但目前存在的問題是1、傳統(tǒng)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)XY工作臺(tái)方式的平面定位系統(tǒng)，由于上層平臺(tái)作為基層平臺(tái)的工作負(fù)載，大大增加了基層平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)慣量，限制了整個(gè)系統(tǒng)的速度和加速度，系統(tǒng)工作效率低。2、現(xiàn)有的并聯(lián)結(jié)構(gòu)XY工作臺(tái)方式的平面定位系統(tǒng)，僅采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠、直線電機(jī)或音圈電機(jī)等單一的驅(qū)動(dòng)器件，雖然能夠達(dá)到大行程的運(yùn)動(dòng)范圍，但其精度僅能滿足微米或亞微米級(jí)要求。3、壓電陶瓷等微驅(qū)動(dòng)器的定位精度能夠達(dá)到納米級(jí)，但行程小，只能達(dá)到幾十微米至上百微米；壓電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大行程、高分辨率的運(yùn)動(dòng)性能，但其運(yùn)動(dòng)速度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有高速高精度定位系統(tǒng)在行程、速度/加速度和精度各有不足而又各自獨(dú)立的問題，提供一種宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)。本發(fā)明具有量程大、精度高、能夠在高速條件下測量的特點(diǎn)。本發(fā)明由X軸直線音圈電機(jī)(動(dòng)子/定子)1、X軸電機(jī)基座2、X軸導(dǎo)軌3、X軸雙直線光柵4、X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5、Y軸導(dǎo)軌6、Y軸承載平臺(tái)7、Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8、XY軸解耦導(dǎo)軌9、XY軸解耦機(jī)構(gòu)10、Y軸電機(jī)基座11、Y軸直線音圈電機(jī)(動(dòng)子/定子)12、工作平臺(tái)13、Y軸雙直線光柵14和基座15組成；X軸直線音圈電機(jī)1的定子固定在X軸電機(jī)基座2上，X軸電機(jī)基座2固定在基座15上，Y軸直線音圈電機(jī)12的定子固定在Y軸電機(jī)基座11上，Y軸電機(jī)基座11固定在基座15上，X軸直線音圈電機(jī)1的動(dòng)子與X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5固定連接，Y軸直線音圈電機(jī)12的動(dòng)子與XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的一端固定連接，X軸導(dǎo)軌3和XY軸解耦導(dǎo)軌9分別固定在基座15上，X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5的下端與X軸導(dǎo)軌3滑動(dòng)連接，XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的下端與XY軸解耦導(dǎo)軌9滑動(dòng)連接，Y軸承載平臺(tái)7的下側(cè)與X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5的上側(cè)固定連接，Y軸導(dǎo)軌6固定在Y軸承載平臺(tái)7的上側(cè)，Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的下側(cè)與Y軸導(dǎo)軌6滑動(dòng)連接，工作平臺(tái)13固定在Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的上側(cè)，Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的一端與XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的另一端固定連接，X軸雙直線光柵4固定在X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5外側(cè)的基座15上，Y軸雙直線光柵14固定在X軸直線音圈電機(jī)1一側(cè)的Y軸承載平臺(tái)7上；X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5由X軸宏動(dòng)平臺(tái)16、X軸柔性鉸鏈17、X軸壓電陶瓷18、X軸微動(dòng)平臺(tái)19、X軸緊定螺釘20和X軸鎖緊螺釘21組成，X軸微動(dòng)平臺(tái)19設(shè)置在X軸宏動(dòng)平臺(tái)16的中間，X軸微動(dòng)平臺(tái)19與X軸宏動(dòng)平臺(tái)16之間設(shè)有X軸柔性鉸鏈17，X軸壓電陶瓷18設(shè)置在X軸微動(dòng)平臺(tái)19內(nèi)，X軸壓電陶瓷18的一端與X軸微動(dòng)平臺(tái)19相連接，X軸壓電陶瓷18的另一端與設(shè)置在X軸宏動(dòng)平臺(tái)16上的鎖緊螺釘21之間設(shè)有緊定螺釘20，X軸微動(dòng)平臺(tái)19與Y軸承載平臺(tái)7固定連接；Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8由Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22、Y軸微動(dòng)平臺(tái)23、Y軸壓電陶瓷24、Y軸緊定螺釘25、Y軸鎖緊螺釘26、Y軸柔性鉸鏈27、內(nèi)導(dǎo)向板28、緩沖鉸鏈29和外導(dǎo)向板30組成，Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22的一端固定有內(nèi)導(dǎo)向板28，內(nèi)導(dǎo)向板28和外導(dǎo)向板30之間固定有緩沖鉸鏈29，Y軸微動(dòng)平臺(tái)23設(shè)置在Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22內(nèi)，Y軸微動(dòng)平臺(tái)23和Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22之間設(shè)置有Y軸柔性鉸鏈27，Y軸壓電陶瓷24設(shè)置在Y軸微動(dòng)平臺(tái)23內(nèi)，Y軸壓電陶瓷24的一端與Y軸微動(dòng)平臺(tái)23相連接，Y軸壓電陶瓷24的另一端與設(shè)置在Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22上的Y軸鎖緊螺釘26之間設(shè)有Y軸緊定螺釘25，工作平臺(tái)13固定在Y軸微動(dòng)平臺(tái)23上；XY軸解耦機(jī)構(gòu)10由XY軸解耦推拉桿31、彈簧32、調(diào)節(jié)臂33、兩個(gè)軸承34、固定軸35、活動(dòng)軸36、調(diào)節(jié)臂軸37和固定蓋板38組成，固定蓋板38的一端固定在XY軸解耦推拉桿31上，調(diào)節(jié)臂軸37的下端固定在XY軸解耦推拉桿31上，調(diào)節(jié)臂軸37的上端固定在固定蓋板38上，調(diào)節(jié)臂33的一端設(shè)置在調(diào)節(jié)臂軸37上，調(diào)節(jié)臂33的另一端與XY軸解耦推拉桿31之間設(shè)有彈簧32，固定軸35固定在XY軸解耦推拉桿31和固定蓋板38之間，活動(dòng)軸36固定在調(diào)節(jié)臂33上，兩個(gè)軸承34分別固定在固定軸35和活動(dòng)軸36上，兩個(gè)軸承34分別與Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8上的內(nèi)導(dǎo)向板28和外導(dǎo)向板30滾動(dòng)連接，XY軸解耦推拉桿31與Y軸直線音圈電機(jī)12的動(dòng)子固定連接；X軸雙直線光柵4由X軸宏/微光柵39、X軸光柵基座40和X軸宏光柵41組成，X軸宏/微光柵39固定在X軸光柵基座40的上端，X軸宏光柵41固定在X軸光柵基座40內(nèi)的下側(cè)；Y軸雙直線光柵14由Y軸光柵基座42、Y軸宏/微光柵43和Y軸宏光柵44組成，Y軸宏/微光柵43固定在Y軸光柵基座42內(nèi)的上部，Y軸宏光柵44固定在Y軸光柵基座42內(nèi)的下部。本發(fā)明的有益效果是采用直線音圈電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)宏動(dòng)平臺(tái)，避免了采用滾珠絲杠傳動(dòng)環(huán)節(jié)帶來的慣量大、回程間隙和剛度不足等缺點(diǎn)。施加預(yù)緊力將壓電陶瓷與微動(dòng)平臺(tái)固接，使得微動(dòng)平臺(tái)無間隙直線運(yùn)動(dòng)。由于XY軸解耦機(jī)構(gòu)中的彈簧具有一定的預(yù)緊力，使得在工作中導(dǎo)向板與兩個(gè)軸承之間始終保持緊密接觸，同時(shí)保證了Y方向的剛度，并且具有一定柔度的緩沖鉸鏈減緩工作臺(tái)高頻運(yùn)動(dòng)對導(dǎo)軌的X方向的沖擊，從而實(shí)現(xiàn)了平面笛卡爾工作臺(tái)的無間隙解耦。采用力學(xué)特性好的直線音圈電機(jī)作為宏驅(qū)動(dòng)器，在宏動(dòng)平臺(tái)上的微動(dòng)平臺(tái)內(nèi)安裝壓電陶瓷作為微驅(qū)動(dòng)器，高頻動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的定位誤差；精密的直線光柵采用雙計(jì)數(shù)方式反饋宏/微動(dòng)平臺(tái)輸出端的位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)的全閉環(huán)位置控制。從而，系統(tǒng)既滿足厘米級(jí)的運(yùn)動(dòng)范圍和高速、高加速度的要求，又達(dá)到了納米級(jí)的定位精度。本發(fā)明的工作范圍為25mm×25mm，分辨率為10nm，重復(fù)定位精度為±20nm，X軸和Y軸最大加速度分別為50m/s2和100m/s2。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是X軸雙直線光柵4的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是Y軸雙直線光柵14的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖4的A向視圖，圖8是圖7的B-B剖視圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一(參見圖1-圖6)本實(shí)施方式由X軸直線音圈電機(jī)(動(dòng)子/定子)1、X軸電機(jī)基座2、X軸導(dǎo)軌3、X軸雙直線光柵4、X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5、Y軸導(dǎo)軌6、Y軸承載平臺(tái)7、Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8、XY軸解耦導(dǎo)軌9、XY軸解耦機(jī)構(gòu)10、Y軸電機(jī)基座11、Y軸直線音圈電機(jī)(動(dòng)子/定子)12、工作平臺(tái)13、Y軸雙直線光柵14和基座15組成，X軸直線音圈電機(jī)1的定子固定在X軸電機(jī)基座2上，X軸電機(jī)基座2固定在基座15上，Y軸直線音圈電機(jī)12的定子固定在Y軸電機(jī)基座11上，Y軸電機(jī)基座11固定在基座15上，X軸直線音圈電機(jī)1的動(dòng)子與X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5固定連接，Y軸直線音圈電機(jī)12的動(dòng)子與XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的一端固定連接，X軸導(dǎo)軌3和XY軸解耦導(dǎo)軌9分別固定在基座15上，X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5的下端與X軸導(dǎo)軌3滑動(dòng)連接，XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的下端與XY軸解耦導(dǎo)軌9滑動(dòng)連接，Y軸承載平臺(tái)7的下側(cè)與X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5的上側(cè)固定連接，Y軸導(dǎo)軌6固定在Y軸承載平臺(tái)7的上側(cè)，Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的下側(cè)與Y軸導(dǎo)軌6滑動(dòng)連接，工作平臺(tái)13固定在Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的上側(cè)，Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8的一端與XY軸解耦機(jī)構(gòu)10的另一端固定連接，X軸雙直線光柵4固定在X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5外側(cè)的基座15上，Y軸雙直線光柵14固定在X軸直線音圈電機(jī)1一側(cè)的Y軸承載平臺(tái)7上；X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)5由X軸宏動(dòng)平臺(tái)16、X軸柔性鉸鏈17、X軸壓電陶瓷18、X軸微動(dòng)平臺(tái)19、X軸緊定螺釘20和X軸鎖緊螺釘21組成，X軸微動(dòng)平臺(tái)19設(shè)置在X軸宏動(dòng)平臺(tái)16的中間，X軸微動(dòng)平臺(tái)19與X軸宏動(dòng)平臺(tái)16之間設(shè)有X軸柔性鉸鏈17，X軸壓電陶瓷18設(shè)置在X軸微動(dòng)平臺(tái)19內(nèi)，X軸壓電陶瓷18的一端與X軸微動(dòng)平臺(tái)19相連接，X軸壓電陶瓷18的另一端與設(shè)置在X軸宏動(dòng)平臺(tái)16上的鎖緊螺釘21之間設(shè)有緊定螺釘20，X軸微動(dòng)平臺(tái)19與Y軸承載平臺(tái)7固定連接；Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8由Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22、Y軸微動(dòng)平臺(tái)23、Y軸壓電陶瓷24、Y軸緊定螺釘25、Y軸鎖緊螺釘26、Y軸柔性鉸鏈27、內(nèi)導(dǎo)向板28、緩沖鉸鏈29和外導(dǎo)向板30組成，Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22的一端固定有內(nèi)導(dǎo)向板28，內(nèi)導(dǎo)向板28和外導(dǎo)向板30之間固定有緩沖鉸鏈29，Y軸微動(dòng)平臺(tái)23設(shè)置在Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22內(nèi)，Y軸微動(dòng)平臺(tái)23和Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22之間設(shè)置有Y軸柔性鉸鏈27，Y軸壓電陶瓷24設(shè)置在Y軸微動(dòng)平臺(tái)23內(nèi)，Y軸壓電陶瓷24的一端與Y軸微動(dòng)平臺(tái)23相連接，Y軸壓電陶瓷24的另一端與設(shè)置在Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22上的Y軸鎖緊螺釘26之間設(shè)有Y軸緊定螺釘25，工作平臺(tái)13固定在Y軸微動(dòng)平臺(tái)23上；XY軸解耦機(jī)構(gòu)10由XY軸解耦推拉桿31、彈簧32、調(diào)節(jié)臂33、兩個(gè)軸承34、固定軸35、活動(dòng)軸36、調(diào)節(jié)臂軸37和固定蓋板38組成，固定蓋板38的一端固定在XY軸解耦推拉桿31上，調(diào)節(jié)臂軸37的下端固定在XY軸解耦推拉桿31上，調(diào)節(jié)臂軸37的上端固定在固定蓋板38上，調(diào)節(jié)臂33的一端設(shè)置在調(diào)節(jié)臂軸37上，調(diào)節(jié)臂33的另一端與XY軸解耦推拉桿31之間設(shè)有彈簧32，固定軸35固定在XY軸解耦推拉桿31和固定蓋板38之間，活動(dòng)軸36固定在調(diào)節(jié)臂33上，兩個(gè)軸承34分別固定在固定軸35和活動(dòng)軸36上，兩個(gè)軸承34分別與Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8上的內(nèi)導(dǎo)向板28和外導(dǎo)向板30滾動(dòng)連接，XY軸解耦推拉桿31與Y軸直線音圈電機(jī)12的動(dòng)子固定連接；X軸雙直線光柵4由X軸宏/微光柵39、X軸光柵基座40和X軸宏光柵41組成，X軸宏/微光柵39固定在X軸光柵基座40的上端，X軸宏光柵41固定在X軸光柵基座40內(nèi)的下側(cè)；Y軸雙直線光柵14由Y軸光柵基座42、Y軸宏/微光柵43和Y軸宏光柵44組成，Y軸宏/微光柵43固定在Y軸光柵基座42內(nèi)的上部，Y軸宏光柵44固定在Y軸光柵基座42內(nèi)的下部。
具體實(shí)施方式
二(參見圖2)本實(shí)施方式中與X軸微動(dòng)平臺(tái)19相連接的X軸壓電陶瓷18的端頭為圓球形51。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三(參見圖3)本實(shí)施方式中與Y軸微動(dòng)平臺(tái)23相連接的Y軸壓電陶瓷24的端頭為圓球形52。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四(參見圖7、圖8)本實(shí)施方式中固定軸35與XY軸解耦推拉桿31和固定蓋板38之間為簡支梁結(jié)構(gòu)，其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五(參見圖7、圖8)本實(shí)施方式中活動(dòng)軸36與調(diào)節(jié)臂33之間為簡支梁結(jié)構(gòu)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
工作原理X軸直線音圈電機(jī)1和Y軸直線音圈電機(jī)12作為宏驅(qū)動(dòng)器，通電后產(chǎn)生電磁力推動(dòng)其動(dòng)子分別驅(qū)動(dòng)X軸宏動(dòng)平臺(tái)16和XY軸解耦推拉桿31產(chǎn)生宏動(dòng)；集成在X軸宏動(dòng)平臺(tái)16和Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22中的X軸壓電陶瓷18和Y軸壓電陶瓷24作為微驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)X軸微動(dòng)平臺(tái)19和Y軸微動(dòng)平臺(tái)23產(chǎn)生微動(dòng)；由于彈簧32的預(yù)緊，消除了兩個(gè)軸承34的徑向間隙，同時(shí)保證了Y方向的剛度，具有一定柔度的緩沖鉸鏈29減緩工作臺(tái)高頻運(yùn)動(dòng)對Y軸導(dǎo)軌6和XY軸解耦導(dǎo)軌9的沖擊，從而實(shí)現(xiàn)了X、Y方向的運(yùn)動(dòng)解耦；X軸宏光柵41和Y軸宏光柵44分別檢測X軸宏動(dòng)平臺(tái)16和Y軸宏動(dòng)平臺(tái)22輸出端的宏動(dòng)位置信號(hào)，X軸宏/微光柵39和Y軸宏/微光柵43分別檢測Y軸承載平臺(tái)7和工作平臺(tái)13輸出端的宏/微動(dòng)位置信號(hào)。宏動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大行程、高速、高加速度微米級(jí)精度定位，當(dāng)進(jìn)入微動(dòng)平臺(tái)工作行程時(shí)啟動(dòng)壓電陶瓷，以高頻動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的定位誤差，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率和定位精度。
權(quán)利要求
1.一種宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)，它由X軸直線音圈電機(jī)(1)、X軸電機(jī)基座(2)、X軸導(dǎo)軌(3)、X軸雙直線光柵(4)、X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(5)、Y軸導(dǎo)軌(6)、Y軸承載平臺(tái)(7)、Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(8)、XY軸解耦導(dǎo)軌(9)、XY軸解耦機(jī)構(gòu)(10)、Y軸電機(jī)基座(11)、Y軸直線音圈電機(jī)(12)、工作平臺(tái)(13)、Y軸雙直線光柵(14)和基座(15)組成；X軸直線音圈電機(jī)(1)的定子固定在X軸電機(jī)基座(2)上，X軸電機(jī)基座(2)固定在基座(15)上，Y軸直線音圈電機(jī)(12)的定子固定在Y軸電機(jī)基座(11)上，Y軸電機(jī)基座(11)固定在基座(15)上，X軸直線音圈電機(jī)(1)的動(dòng)子與X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(5)固定連接，Y軸直線音圈電機(jī)(12)的動(dòng)子與XY軸解耦機(jī)構(gòu)(10)的一端固定連接，X軸導(dǎo)軌(3)和XY軸解耦導(dǎo)軌(9)分別固定在基座(15)上，X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(5)的下端與X軸導(dǎo)軌(3)滑動(dòng)連接，XY軸解耦機(jī)構(gòu)(10)的下端與XY軸解耦導(dǎo)軌(9)滑動(dòng)連接，Y軸承載平臺(tái)(7)的下側(cè)與X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(5)的上側(cè)固定連接，Y軸導(dǎo)軌(6)固定在Y軸承載平臺(tái)(7)的上側(cè)，Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(8)的下側(cè)與Y軸導(dǎo)軌(6)滑動(dòng)連接，工作平臺(tái)(13)固定在Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(8)的上側(cè)，Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(8)的一端與XY軸解耦機(jī)構(gòu)(10)的另一端固定連接，X軸雙直線光柵(4)固定在X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(5)外側(cè)的基座(15)上，Y軸雙直線光柵(14)固定在X軸直線音圈電機(jī)(1)一側(cè)的Y軸承載平臺(tái)(7)上；其特征在于X軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(5)由X軸宏動(dòng)平臺(tái)(16)、X軸柔性鉸鏈(17)、X軸壓電陶瓷(18)、X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)、X軸緊定螺釘(20)和X軸鎖緊螺釘(21)組成，X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)設(shè)置在X軸宏動(dòng)平臺(tái)(16)的中間，X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)與X軸宏動(dòng)平臺(tái)(16)之間設(shè)有X軸柔性鉸鏈(17)，X軸壓電陶瓷(18)設(shè)置在X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)內(nèi)，X軸壓電陶瓷(18)的一端與X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)相連接，X軸壓電陶瓷(18)的另一端與設(shè)置在X軸宏動(dòng)平臺(tái)(16)上的鎖緊螺釘(21)之間設(shè)有緊定螺釘(20)，X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)與Y軸承載平臺(tái)(7)固定連接；Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(8)由Y軸宏動(dòng)平臺(tái)(22)、Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)、Y軸壓電陶瓷(24)、Y軸緊定螺釘(25)、Y軸鎖緊螺釘(26)、Y軸柔性鉸鏈(27)、內(nèi)導(dǎo)向板(28)、緩沖鉸鏈(29)和外導(dǎo)向板(30)組成，Y軸宏動(dòng)平臺(tái)(22)的一端固定有內(nèi)導(dǎo)向板(28)，內(nèi)導(dǎo)向板(28)和外導(dǎo)向板(30)之間固定有緩沖鉸鏈(29)，Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)設(shè)置在Y軸宏動(dòng)平臺(tái)(22)內(nèi)，Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)和Y軸宏動(dòng)平臺(tái)(22)之間設(shè)置有Y軸柔性鉸鏈(27)，Y軸壓電陶瓷(24)設(shè)置在Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)內(nèi)，Y軸壓電陶瓷(24)的一端與Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)相連接，Y軸壓電陶瓷(24)的另一端與設(shè)置在Y軸宏動(dòng)平臺(tái)(22)上的Y軸鎖緊螺釘(26)之間設(shè)有Y軸緊定螺釘(25)，工作平臺(tái)(13)固定在Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)上；XY軸解耦機(jī)構(gòu)(10)由XY軸解耦推拉桿(31)、彈簧(32)、調(diào)節(jié)臂(33)、兩個(gè)軸承(34)、固定軸(35)、活動(dòng)軸(36)、調(diào)節(jié)臂軸(37)和固定蓋板(38)組成，固定蓋板(38)的一端固定在XY軸解耦推拉桿(31)上，調(diào)節(jié)臂軸(37)的下端固定在XY軸解耦推拉桿(31)上，調(diào)節(jié)臂軸(37)的上端固定在固定蓋板(38)上，調(diào)節(jié)臂(33)的一端設(shè)置在調(diào)節(jié)臂軸(37)上，調(diào)節(jié)臂(33)的另一端與XY軸解耦推拉桿(31)之間設(shè)有彈簧(32)，固定軸(35)固定在XY軸解耦推拉桿(31)和固定蓋板(38)之間，活動(dòng)軸(36)固定在調(diào)節(jié)臂(33)上，兩個(gè)軸承(34)分別固定在固定軸(35)和活動(dòng)軸(36)上，兩個(gè)軸承(34)分別與Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)(8)上的內(nèi)導(dǎo)向板(28)和外導(dǎo)向板(30)滾動(dòng)連接，XY軸解耦推拉桿(31)與Y軸直線音圈電機(jī)(12)的動(dòng)子固定連接；X軸雙直線光柵(4)由X軸宏/微光柵(39)、X軸光柵基座(40)和X軸宏光柵(41)組成，X軸宏/微光柵(39)固定在X軸光柵基座(40)的上端，X軸宏光柵(41)固定在X軸光柵基座(40)內(nèi)的下側(cè)；Y軸雙直線光柵(14)由Y軸光柵基座(42)、Y軸宏/微光柵(43)和Y軸宏光柵(44)組成，Y軸宏/微光柵(43)固定在Y軸光柵基座(42)內(nèi)的上部，Y軸宏光柵(44)固定在Y軸光柵基座(42)內(nèi)的下部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)，其特征在于與X軸微動(dòng)平臺(tái)(19)相連接的X軸壓電陶瓷(18)的端頭為圓球形(51)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)，其特征在于與Y軸微動(dòng)平臺(tái)(23)相連接的Y軸壓電陶瓷(24)的端頭為圓球形(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)，其特征在于固定軸(35)與XY軸解耦推拉桿(31)和固定蓋板(38)之間為簡支梁結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)，其特征在于活動(dòng)軸(36)與調(diào)節(jié)臂(33)之間為簡支梁結(jié)構(gòu)。
全文摘要
宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的大行程高速納米級(jí)精度的平面定位系統(tǒng)，它涉及一種平面定位系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有高速高精度定位系統(tǒng)在行程、速度/加速度和精度各有不足，而又各自獨(dú)立的問題。本發(fā)明的X軸微動(dòng)平臺(tái)19與X軸宏動(dòng)平臺(tái)16之間設(shè)有X軸柔性鉸鏈17，X軸壓電陶瓷18設(shè)置在X軸微動(dòng)平臺(tái)19內(nèi)，內(nèi)導(dǎo)向板28和外導(dǎo)向板30之間固定有緩沖鉸鏈29，Y軸壓電陶瓷24的一端與Y軸微動(dòng)平臺(tái)23相連接，兩個(gè)軸承34分別與Y軸宏/微動(dòng)平臺(tái)8上的內(nèi)導(dǎo)向板28和外導(dǎo)向板30滾動(dòng)連接。本發(fā)明的系統(tǒng)既滿足了厘米級(jí)的運(yùn)動(dòng)范圍和高速、高加速度的要求，又達(dá)到了納米級(jí)的定位精度。工作范圍為25mm×25mm，分辨率為10nm，重復(fù)定位精度為±20nm，X軸和Y軸的最大加速度分別為50m/s
文檔編號(hào)G01B5/02GK1731081SQ20051001028
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者孫立寧, 劉延杰, 節(jié)德剛, 榮偉彬, 曲東升 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)