專利名稱：雙軸浮動定子線性平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械加工、測量領(lǐng)域，是ー種高速高精度定位裝置。
背景技術(shù)：
高速高精度的精密微位移工作臺系統(tǒng)在近代半導(dǎo)體行業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。精密微位移工作臺系統(tǒng)的定位精度 和行程范圍直接影響到生產(chǎn)加工的精度和加工能力。同時，工作臺的速度、加速度及啟停過程的穩(wěn)定時間則影響到設(shè)備的效率，成為系統(tǒng)的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的直線運(yùn)動平臺，通常是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過絲桿變成直線運(yùn)動帶動工作臺，由于中間環(huán)節(jié)絲桿有最大轉(zhuǎn)速限制和反向間隙，很難實(shí)現(xiàn)高速高精度定位。近年來直線電機(jī)驅(qū)動的直線運(yùn)動平臺得到廣泛應(yīng)用，這種平臺比傳統(tǒng)絲桿驅(qū)動的平臺有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)消除中間傳動機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)的彈性變形、間隙、慣量等因素對系統(tǒng)精度的影響，實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動エ作臺；系統(tǒng)剛度大、高速度高精度。不管是傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動絲桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動平臺，還是近來被廣泛應(yīng)用的直線電機(jī)驅(qū)動平臺，均存在著作用于基座的沖擊カ引起系統(tǒng)振動的問題；平臺在瞬間加速或者急停時，反作力作用于基座，引起基座激烈的振動，進(jìn)而影響定位精度。如圖I所示的2005年I月12日公開的中國專利CN1564317A，該專利中直線電機(jī)11固定在基座I上，當(dāng)電機(jī)11エ作時，動子9驅(qū)動工作臺7做直接運(yùn)動吋，電機(jī)定子11將受到反作用力，此作用力將直接作用在基座上，特別是在快速啟停時，將引起基座I非常激烈的振動，從此影響工作臺7的定位精度。在高速運(yùn)動的XY平臺上，特別是在半導(dǎo)體封裝設(shè)備焊線機(jī)中使用的XY平臺上，設(shè)計和制造的零部件越來越小，XY平臺在高速運(yùn)動下，基座的振動非常明顯。振動將影響平臺的定位精度，引起結(jié)構(gòu)件的疲勞，提高XY平臺的定位精度對振動的影響提出了更高的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，XY平臺的振動引起基座的振動，基座的振動反過來影響工作臺末端的定位，從而影響工作臺的定位精度。也就是說如果大幅的減弱甚至阻止基座的振動，就能夠有效地提高XY平臺的定位精度。傳統(tǒng)上一般采用最佳化的控制系統(tǒng)，或者使用具有吸收振動的大理石作為基座的材料，這些方法對降低平臺振動，提高平臺的定位精度，具有一定的效果。但平臺的振動仍然非常明顯，電機(jī)工作時對基座反作力依然沒有減弱，基座的振動仍然沒有能夠阻止。

實(shí)用新型內(nèi)容基于上述問題，本實(shí)用新型提出一種雙軸浮動定子線性平臺，該平臺能夠有效地減弱運(yùn)動驅(qū)動力的反作力引起的基座振動，大大地提高平臺的定位精度。本實(shí)用新型的雙軸浮動定子線性平臺包括基座，所述基座上固定有第一方向驅(qū)動裝置、第二方向驅(qū)動裝置，以及與所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置連接的工作臺；所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述工作臺運(yùn)動時，所述驅(qū)動電機(jī)的定子沿所述エ作臺運(yùn)動方向的反方向運(yùn)動。本實(shí)用新型的驅(qū)動電機(jī)動子推動所述工作臺運(yùn)動時，驅(qū)動電機(jī)的定子受到的反作用カ不直接作用在平臺的基座上，而是使定子朝向與所述工作臺運(yùn)動方向相反的方向滑動，從而避免了對基座的沖擊。在本實(shí)用新型中，由于所述基座受到的反作力非常小，幾乎不能引起基座的振動，所以提高了線性平臺定位精度和測量精度。優(yōu)選地，所述驅(qū)動電機(jī)的定子兩端設(shè)置有阻尼裝置和柔性裝置，所述驅(qū)動電機(jī)的定子沿所述工作臺運(yùn)動方向的反方向運(yùn)動時，所述阻尼裝置和柔性裝置與所述基座碰撞， 使所述定子的運(yùn)動反向；所以所述定子將在基座上作往復(fù)的震蕩運(yùn)動，以進(jìn)一歩減小定子對基座的沖擊。由于阻尼裝置和柔性裝置均為柔性環(huán)節(jié)，具有減震和吸收能量的功能，通過合理的計算，可尋找最優(yōu)的系數(shù)，使傳遞到基座上的力最小。本實(shí)用新型采用被動隔振的方法，有效地解決了線性平臺的振動問題，平臺的定位精度得到了很大提升，能實(shí)現(xiàn)微米級的定位精度。

附圖I為現(xiàn)有技術(shù)的線性平臺結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的另一方向立體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的X軸驅(qū)動裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的Y軸驅(qū)動裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的工作臺局部結(jié)構(gòu)示意圖；標(biāo)號說明1基座，21 X方向定子，22 X方向動子，23導(dǎo)軌，24定子基座，27柔性裝置，28阻尼裝置，29端蓋，31 Y方向定子，32 Y方向動子，33導(dǎo)軌，34定子基座，35連接臂，36導(dǎo)軌，37柔性裝置，38阻尼裝置，39端蓋，4工作臺，41位置反饋裝置，42交叉導(dǎo)軌，43中間工作臺，44交叉平臺基座，45位置反饋裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型的雙軸浮動定子線性平臺做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。參見圖2所示的雙軸浮動定子線性平臺，該平臺包括基座1，在基座I上固定有第一方向驅(qū)動裝置、第二方向驅(qū)動裝置，以及與所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置連接的工作臺4。所述的第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動工作臺4運(yùn)動時，所述第一方向驅(qū)動電機(jī)定子和第二方向驅(qū)動電機(jī)定子沿工作臺3運(yùn)動方向的反方向運(yùn)動，以緩沖驅(qū)動工作臺3引起的反向作用力，使該反作用力不對基座I造成沖擊，從而影響定位精度。所述的第一方向和第二方向可以垂直也可以不垂直，但在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，第一方向?yàn)閄方向，第二方向?yàn)閅方向，X方向和Y方向相互垂直，形成XY線性平臺；所以第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置即分別為X方向驅(qū)動裝置和Y方向驅(qū)動裝置。在本優(yōu)選實(shí)施例中，第一方向驅(qū)動電機(jī)定子即為圖不的X方向定子21,第一方向驅(qū)動電機(jī)動子22即為X方向動子22，第二方向驅(qū)動電機(jī)定子即為Y方向定子31，第二方向驅(qū)動電機(jī)動子即為Y方向動子32。為了使反向運(yùn)動的X方向定子21和Y方向定子31能夠返回到原點(diǎn)，以便再次驅(qū)動工作臺4，在X方向定子21和Y方向定子31的兩端分別設(shè)置有阻尼裝置和柔性裝置。如圖3-5所示，在X方向定子21的兩端設(shè)置有阻尼裝置28和柔性裝置27。下面以X方向?yàn)槔f明本實(shí)用新型雙軸浮動定子的原理當(dāng)X方向動子22驅(qū)動工作臺4沿圖示的X方向運(yùn)動吋，X方向動子22對X方向定子21產(chǎn)生大小相等、方向相反的反作用力，使X方向定子21沿導(dǎo)軌23滑動，而不對基座I產(chǎn)生沖擊。X方向定子21的滑動方向與工作臺4的運(yùn)動方向相反。在X方向定子21的反方向運(yùn)動過程中，一端的阻尼裝置28對其產(chǎn)生緩沖作用，使其逐漸減速，而不會直接與基座I碰撞，再次避免了對基座I的沖擊；同吋，同一端的柔性裝 置27受壓收縮，將X方向定子21的動能存儲起來；當(dāng)X方向定子21的速度減為零的時候，柔性裝置27反彈，將X方向定子21彈出，彈出后的運(yùn)動方向與工作臺4的運(yùn)動方向一致。所以，在工作臺4向ー個方向的運(yùn)動過程中，X方向定子21在柔性裝置27和阻尼裝置28的作用下將在原點(diǎn)位置作往復(fù)的振蕩運(yùn)動。由于運(yùn)動中的摩擦以及損耗，X方向定子21震蕩運(yùn)動的振幅將逐漸變小，直至停止運(yùn)動，而不會有較大的加速度，而對基座I產(chǎn)生突然的沖擊。所述的原點(diǎn)位置為X方向定子21的初始位置。Y方向上的運(yùn)動原理與以上描述的X方向的原理一致,所以在Y方向上也不會有較大的加速度，而對基座I產(chǎn)生突然的沖擊。在本實(shí)用新型中，由于基座I受到的反作力非常小，幾乎不能引起基座I的振動，所以提高了線性平臺定位精度和測量精度。在本實(shí)用新型中，阻尼裝置可以為阻尼器或緩沖器，柔性裝置可以為彈簧或橡膠等，均為柔性環(huán)節(jié)，具有減震和吸收能量的功能，通過合理的計算，可尋找最優(yōu)的系數(shù)，使傳遞到基座I上的力最小。本優(yōu)選實(shí)施例中，柔性裝置27、37為ー對彈簧，阻尼裝置28、38為兩個同軸的阻尼器，X方向定子21和Y方向定子31連接在所述的兩個同軸的阻尼器之間。如圖3所示，所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置上還分別包括定子基座24、34，定子基座24、34的兩端還分別固定有端蓋29、39。下面以X方向?yàn)槔敿?xì)說明本優(yōu)選實(shí)施中的彈簧和阻尼器的工作過程如圖5所示，X方向定子21可滑動地設(shè)置在定子基座24的導(dǎo)軌23上，阻尼裝置28也固定在連接在導(dǎo)軌23上，X方向定子21可滑動地設(shè)置在兩個對稱的阻尼裝置28之間；當(dāng)X方向定子21做往復(fù)的震蕩時，分別與兩端的阻尼裝置28碰撞，使速度減弱。在定子基座24的兩端固定有端蓋29，柔性裝置27設(shè)置于端蓋29與X方向定子21之間，當(dāng)X方向定子21做往復(fù)的震蕩時，分別與兩端的柔性裝置27碰撞，碰撞過程中，柔性裝置27抵持于端蓋29上，并使X方向定子21反彈。如圖2和圖5所示，在工作臺4上固定有記錄所述工作臺位移的位置反饋裝置41、45，其中位置反饋裝置41裝設(shè)在Y方向上，以記錄Y方向上的位移，位置反饋裝置45裝設(shè)在X方向上，記錄X方向的位移。在本優(yōu)選實(shí)施例中，位置反饋裝置41、45均為光柵尺。當(dāng)然只需在ー個方向上定位時，也可只在ー個方向上裝設(shè)位置反饋裝置；本實(shí)用新型中的驅(qū)動電機(jī)為直線電機(jī)，優(yōu)選地采用音圈電機(jī)。本實(shí)用新型的工作臺4包括低層工作臺與高層工作臺，所述第二方向驅(qū)動裝置的驅(qū)動電機(jī)通過連接臂35驅(qū)動所述高層工作臺在第二方向上直線運(yùn)動，所述第一方向驅(qū)動裝置的驅(qū)動電機(jī)通過連接臂驅(qū)動所述低層工作臺和高層工作臺在第一方向上直線運(yùn)動。在本優(yōu)選實(shí)施例中，結(jié)合圖6所示，高層工作臺即為圖示的工作臺4，低層工作臺即為中間工作臺43，待定位的エ件即通過定位孔或其它方式固定在工作臺4上。工作臺4可直接被Y方向驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，沿交叉導(dǎo)軌42運(yùn)動，即Y方向動子32通電后，在磁場作用力下產(chǎn)生推力，推動工作臺4沿Y方向運(yùn)動；同時Y方向定子31受反作用力沿導(dǎo)軌33往復(fù)直線運(yùn)動，并在彈簧和阻尼器的作用下逐漸靜止。工作臺4和中間工作臺43可被X方向的驅(qū)動電機(jī)同時驅(qū)動，沿X方向定位，即X方向動子22通電后，在磁場作用力下產(chǎn)生推力，推動工作臺4和中間工作臺43 —起沿X方向運(yùn)動。定位時，中間工作臺43沿其下方的交叉導(dǎo)軌 在交叉平臺基座44上滑動，工作臺4沿圖I中的導(dǎo)軌36運(yùn)動，且與中間工作臺43保持相對靜止，一起在X方向上移動；同時X方向定子21受反作用力沿導(dǎo)軌23往復(fù)直線運(yùn)動，并在彈簧和阻尼器的作用下逐漸靜止。本文實(shí)用新型的雙軸浮動定子線性平臺涉及到電機(jī)驅(qū)動和XY平臺，適用于高速高精度定位的裝置，如半導(dǎo)體制造裝備X-Y定位平臺、高速高精度機(jī)加工機(jī)床、激光切割機(jī)等；能夠有效地減弱運(yùn)動的反作力引起的基座振動，大大地提聞平臺的定位精度。最后所應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，盡管參照優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求1.一種雙軸浮動定子線性平臺，所述平臺包括基座，所述基座上固定有第一方向驅(qū)動裝置、第二方向驅(qū)動裝置，以及與所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置連接的工作臺；其特征在于所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述工作臺運(yùn)動時，所述驅(qū)動電機(jī)的定子沿所述工作臺運(yùn)動方向的反方向運(yùn)動。
2.如權(quán)利要求I所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述驅(qū)動電機(jī)的定子兩端設(shè)置有阻尼裝置和柔性裝置，所述驅(qū)動電機(jī)的定子沿所述工作臺運(yùn)動方向的反方向運(yùn)動時，所述阻尼裝置和柔性裝置與所述基座碰撞，使所述定子的運(yùn)動反向。
3.如權(quán)利要求2所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述柔性裝置為彈簧或橡膠。
4.如權(quán)利要求2所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述阻尼裝置為阻尼器或緩沖器。
5.如權(quán)利要求2所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置分別包括定子基座，所述驅(qū)動電機(jī)的定子可滑動地設(shè)置于所述定子基座的導(dǎo)軌上，所述阻尼裝置設(shè)置于所述導(dǎo)軌上；所述定子基座的兩端固定有端蓋，所述柔性裝置設(shè)置于所述端蓋與定子之間。
6.如權(quán)利要求5所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述柔性裝置為ー對彈簧，所述阻尼裝置為兩個同軸的阻尼器，所述驅(qū)動電機(jī)的定子連接在所述同軸的阻尼器之間。
7.如權(quán)利要求I所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述工作臺上固定有記錄所述工作臺位移的位置反饋裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述位置反饋裝置為光柵尺，其裝設(shè)在所述工作臺的所述第一方向和/或第二方向上。
9.如權(quán)利要求I所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述驅(qū)動電機(jī)為音圈電機(jī)。
10.如權(quán)利要求I所述的雙軸浮動定子線性平臺，其特征在于所述工作臺包括低層エ作臺與高層工作臺，所述第二方向驅(qū)動裝置的驅(qū)動電機(jī)通過連接臂驅(qū)動所述高層工作臺在第二方向上直線運(yùn)動，所述第一方向驅(qū)動裝置的驅(qū)動電機(jī)通過連接臂驅(qū)動所述低層工作臺和高層工作臺在第一方向上直線運(yùn)動。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種雙軸浮動定子線性平臺，其包括基座，基座上固定有第一方向驅(qū)動裝置、第二方向驅(qū)動裝置，以及與所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置連接的工作臺；所述第一方向驅(qū)動裝置和第二方向驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述工作臺運(yùn)動時，所述驅(qū)動電機(jī)的定子沿所述工作臺運(yùn)動方向的反方向運(yùn)動。本實(shí)用新型的驅(qū)動電機(jī)動子推動所述工作臺運(yùn)動時，驅(qū)動電機(jī)的定子受到的反作用力不直接作用在平臺的基座上，而是使定子朝向與所述工作臺運(yùn)動方向相反的方向滑動，從而避免了對基座的沖擊，提高了線性平臺定位精度和測量精度，能實(shí)現(xiàn)微米級的定位精度。
文檔編號H01L21/68GK202394848SQ20112052766
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者李澤湘, 潘明, 王紅, 禹新路, 高宜銘 申請人:東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院