專利名稱：帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)xyz軸定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MZ軸貼片系統(tǒng)，其用于微型裝置的選擇和安裝，例如半導體、 LED以及光學元件，特別是涉及一種帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)XYZ軸定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直驅(qū)執(zhí)行器(例如直線電機)近年來已經(jīng)得到普及，特別是用于制造電子元件和半導體的設備。眾所周知，采用直驅(qū)的優(yōu)勢是高加速度，高速度，高精度，減少移動質(zhì)量，沒有復雜傳輸系統(tǒng)的簡化設計，同時移動部件與傳輸機制也沒有任何磨損和裂縫，具有較好的可靠性。然而，效果不太明顯或不太注意的一個優(yōu)點就是通過使用直驅(qū)增加了運動系統(tǒng)的剛性。沒有傳輸裝置例如滾珠絲桿，皮帶或者聯(lián)軸器，直接驅(qū)動負載改進了運動系統(tǒng)的剛性。更好的剛性效果導致較短的整定時間，實質(zhì)上它在運動系統(tǒng)的性能里是一個重要的參數(shù)。例如，移動一個負載5mm的短距離并且加速度為6G，位置公差在目標位置上要在正負 10微米里，如果需要17ms時間來完成運動，一個剛性系統(tǒng)可以使整定時間在大約在lms，盡管一個更兼容或者更靈活的系統(tǒng)能使整定時間在10ms，相對于剛性系統(tǒng)來說要10倍的時間。一個柔性系統(tǒng)往往有震動，特別是在運動的結(jié)束，系統(tǒng)需要帶有非常急劇的減速度而停下。這就是剛性系統(tǒng)和柔性系統(tǒng)性能的不同點，但也是非常重要的，并且這樣的一個性能上的巨大區(qū)別最終會影響到制造業(yè)中一臺機器的生產(chǎn)力。因此，一個直驅(qū)的理想設計(例如一個直線電機系統(tǒng))是能到達盡可能高的剛性。 除了最好材料(受限于成本)的選擇來實現(xiàn)較高的剛性，應該在設計中使用最小的部件，因為更多的連接件意味著更好的柔度和靈活度。與一個系統(tǒng)的剛性相關(guān)，另一個在設計中考慮的重要領(lǐng)域是采用通過或者關(guān)閉負載質(zhì)量的重心定位力線。這會降低在高加速度和減速度之間的瞬間負荷的效果。當驅(qū)動力和負載的質(zhì)心通過一個大距離互相抵消，產(chǎn)生一個巨大的力矩并且它會導致系統(tǒng)彎曲和震動，因此增加了需要運動的整定時間。一個剛性的系統(tǒng)會被這種力矩負載減少影響，并且一個帶有更多連接件的柔性系統(tǒng)會有更多的不利影響。剛性并且系統(tǒng)在驅(qū)動力效果方面被設計的程度如何，稱為系統(tǒng)閉環(huán)帶寬。很多通常可得到的運動控制卡包括運算和功能，其允許我們作一個系統(tǒng)上的頻率響應測試來獲得系統(tǒng)閉環(huán)帶寬。一個帶有負載的剛性系統(tǒng)靠近重心驅(qū)動，趨向于有較高的帶寬并且這樣一個系統(tǒng)運動的整定時間也會較短。直驅(qū)的優(yōu)勢例如直線電機是明確的并且令人信服的，不像滾珠絲桿驅(qū)動系統(tǒng)或者帶滑輪的皮帶驅(qū)動系統(tǒng)，一個直驅(qū)系統(tǒng)有一個不利之處就是沒有任何機械上的優(yōu)勢，也就是說它必須直接驅(qū)動負載。直驅(qū)的限制和特點意味著移動質(zhì)量應該被盡可能的減少，從而盡可能的達到更高的動態(tài)性能。一個使用減少負載質(zhì)量的方法是通過執(zhí)行器的解耦。“解耦”意思是在結(jié)構(gòu)里分離 2個執(zhí)行器，它會使2個執(zhí)行器同時工作并且一個執(zhí)行器的整個重量是沒有被另一個支撐或者支持。有效解耦不能降低執(zhí)行器的數(shù)量。這僅僅是一個較好的方法來安排執(zhí)行器和引導運動的軸承。代替安裝整個執(zhí)行器在另一個執(zhí)行器移動的支撐架上，它將意味著要支持整個重量。當另一部分安裝在一個固定支承上，解耦效果執(zhí)行器意味著僅僅執(zhí)行器的重量部分被支撐著。很多機制在以前已開發(fā)了解耦執(zhí)行器，如

圖1所示的，在一個MZ軸定位系統(tǒng)通過3個執(zhí)行器進行解耦。在圖1中，一個笛卡爾坐標系的坐標軸是帶有X，Y，Z軸的記號。3個直線電機配置來提供X，Y，Z軸的運動。在后端的設備是X直線電機。X直線電機15是固定在一個基座，線圈(圖中暫未表示)在X軸方向移動X工作臺16(形狀為長方形的)。X工作臺16 是為了 Y軸的支撐結(jié)構(gòu)，它連接Y軸到X軸。Y軸的導軌固定在X工作臺16上，并且Y軸的滑塊沿著這個導軌滑動，并連接到Y(jié)工作臺17。Y工作臺17是另一個連接件或支撐結(jié)構(gòu)。 它也是連接到Y(jié)軸電機線圈。Y軸直線電機定子18是固定在固定機座19上。Y軸工作臺 17也是支撐著Z軸導軌。固定在這些導軌上的是滑塊和Z軸的Z工作臺20。末端效應器 21和Z電機線圈是旋轉(zhuǎn)連接到Z軸工作臺20。Z電機定子22是固定在固定機座19上。每個線圈的摘要，以及它們連接件和需要驅(qū)動的部件如下面表一所示。
權(quán)利要求
1.一種帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，包括 一平面電機；和一Z軸電機；所述平面電機包括一 X線圈電機和一 Y直線無刷電機，分別對應提供X方向和Y方向上的力，Z軸電機提供Z方向上的力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，所述線圈在尺寸上小于磁鐵，每個軸在完成所需要的行程或移動時具有以下關(guān)系Sx = Lxl-Cxl ； Sy = Lyl-Cyl ；是X軸的最大行程； Sy是Y軸的最大行程； Lxl是在X方向兩排磁鐵邊緣之間的距離； Lyl是在Y方向兩個極端磁鐵邊緣之間的距離； Cxl是在X方向上的X線圈的寬度； Cyl是在Y方向上的Y線圈的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，所述線圈在尺寸上小于磁鐵，其必須滿足以下關(guān)系Lx2-Cx2 彡 Sy ；Lx2是X磁鐵每排的總長；Cx2是在Y方向上X線圈的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位，其特征在于，所述線圈在尺寸上小于磁鐵，其必須滿足以下關(guān)系Ly2-Cy2 ^ SxLy2是每個Y磁鐵的總長度； Cy2是在X方向上Y線圈的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，所述平面電機直接連接到所述Z軸電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括一氣浮軸承，通過所述氣浮軸承引導X方向和Y方向上的運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括一直線軸承，所述直線軸承用于引導在X方向和Y方向上所述平面電機的運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有減少移動質(zhì)量的直驅(qū)XYZ軸定位系統(tǒng)，包括一平面電機；和一Z軸電機；所述平面電機包括一X線圈電機和一Y直線無刷電機，分別對應提供X方向和Y方向上的力，Z軸電機提供Z方向上的力。本發(fā)明不像是常規(guī)的XYZ軸定位系統(tǒng)，無論軸是否耦合或者解耦，其使用了平面電機代替了兩個執(zhí)行器，簡化了設計，使它更緊湊。制作一個平面電機的成本也低于制作兩個單獨的執(zhí)行器并且更少的材料需求。而且由于本發(fā)明所需連接件的減少，也減少了制造和裝配的投入，因為在組裝時的加工誤差，校直誤差和堆棧誤差也會減少。
文檔編號H05K13/04GK102227160SQ201110117358
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者吳彩鳴, 廖永平, 林浩元, 江永明 申請人:雅科貝思精密機電(上海)有限公司