CN100405222C - 七自由度定位机构 - Google Patents

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CN100405222C CNB2005100240171A CN200510024017A CN100405222C CN 100405222 C CN100405222 C CN 100405222C CN B2005100240171 A CNB2005100240171 A CN B2005100240171A CN 200510024017 A CN200510024017 A CN 200510024017A CN 100405222 C CN100405222 C CN 100405222C
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Abstract

本发明涉及的定位机构，特别是一种七自由度定位机构，它由静台体、三自由度倾斜平台、平面三自由度平台组合而成；三自由度倾斜平台由倾斜台底座、倾斜台面、三根伸缩杆、锁紧螺钉、弹性垫圈组构成，倾斜台面同时也是平面三自由度平台的底座，平面三自由度平台还包括X向可调台面、Y向可调台面、工作台面；其中，静台体和倾斜台底座之间可进行粗调并用簧片连接，倾斜台底座和倾斜台面之间有三根伸缩杆，X向可调台面、Y向可调台面和倾斜台面是一个二维导轨平移台，Y向可调台面和工作台面组成一个一维的旋转台，每个台面之间都是用螺钉联接固定的。藉由上述结构主要解决现有多层结构或多杆结构的定位机构所存在的不足之处，用于实现快速、精密定位。

Description

七自由度定位机构
技术领域：
本发明涉及定位机构，特点是一种七自由度的可快速、精确定位的定位装置，可用于生产和实验中，如用于光刻机顶部模块的精细预对准光源的定位。
背景技术：
现有的多自由度定位机构一般采用多层结构或多杆结构。在控制方式上，多层结构的定位机构的各个自由度的运动多为相互独立，运动的自由度越多，定位机构的层数也就越多，因而调整所需的时间也较长。采用多杆结构形式的定位机构的各个自由度的运动是相关的，调整也相对灵活，但其控制模式较复杂。
发明内容：
本发明的目的是提供一种七自由度定位机构，解决上述现有技术中多层结构或多杆结构的定位机构所存在的不足之处，用于实现快速、精密定位。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种七自由度定位机构，其特征在于：它由静台体、三自由度倾斜平台、平面三自由度平台组合而成；三自由度倾斜平台由倾斜台底座、倾斜台面、三根伸缩杆、锁紧螺钉、弹性垫圈组构成，倾斜台面同时也是平面三自由度平台的底座，平面三自由度平台还包括X向可调台面、Y向可调台面、工作台面；其中，静台体和倾斜台底座之间可进行粗调并用簧片连接，倾斜台底座和倾斜台面之间有三根伸缩杆，且该锁紧螺钉穿过弹性垫圈组将倾斜台底座和倾斜台面连接，X向可调台面、Y向可调台面和倾斜台面是一个二维导轨平移台，Y向可调台面和工作台面组成一个一维的旋转台，每个台面之间都是用螺钉联接固定的。
三根伸缩杆是单头螺柱或千分螺母。
该倾斜台面由倾斜台面主体、倾斜台面凸台组成，并由螺钉联结成为一个整体；倾斜台面主体开有X向导向槽，允许X向可调台面沿导向槽平移，X向可调台面上安装有对X向可调台面的X向位置调节的调节螺钉；X向可调台面由X向可调台面主体、X向可调台面凸台组成，并由螺钉联结成为一个整体；X向可调台面主体开有Y向导向槽，允许Y向可调台面沿导向槽平移，Y向可调台面上安装有可对Y向可调台面的Y向位置调节的调节螺钉。
该倾斜台底座与静台体之间具有联接螺钉和调节螺钉。
本发明采用多层结构，增加冗余自由度使定位除具有六个精调外还具有一个粗调，通过先粗调后精调，既克服了普通多层结构调整时间长的缺点，又克服了多杆结构形式的定位机构控制模式复杂的缺点。
本发明所涉及的七自由度定位机构的特点是：一种七自由度的定位机构，采用具有一个冗余自由度的多层结构，主体是由一个三自由度倾斜平台与一个平面三自由度平台组合而成。三自由度倾斜平台利用3根伸缩杆来调节竖直方向的位置并微调台面的倾斜；平面三自由度平台是一个二维导轨平移台和一个一维旋转台面组合而成。同时增加一个冗余自由度使定位机构在具有六个微调之外还增加了一个粗调，实现快速和精确的定位，具有调节方便、省时、运行可靠等优点。
附图说明：
图1是本发明一较佳实施例的立体组合图。
图2是图1的俯视图。
图3是图2中B-B方向的剖视图。
图4是图1的主视图。
图5是图4中A-A方向的剖视图。
具体实施方式：
以下结合一较佳实施例及附图对本发明的技术方案作进一步描述。
请参阅图1，本发明所涉及的七自由度定位机构由静台体1、三自由度倾斜平台、平面三自由度平台组合而成。三自由度倾斜平台包括倾斜台底座3、倾斜台面4、三根伸缩杆(调节螺柱)11、锁紧螺钉13、弹性垫圈组12组成。倾斜台面4同时也是平面三自由度平台的底座，平面三自由度平台还包括X向可调台面5、Y向可调台面6、工作台面7。静台体1和倾斜台底座3之间用簧片2来连接，这样就使得静台体1和倾斜台底座3之间具有了一个可绕X轴旋转的自由度RX0，这个自由度是用来粗调的。倾斜台底座3和倾斜台面4之间有三根伸缩杆(调节螺柱)11，通过调节这三根伸缩杆(调节螺柱)11就可以获得绕X轴旋转的自由度RX、绕Y轴旋转的自由度RY、沿Z轴的平移自由度。平面三自由度平台可以看成二维的平移台和一维的旋转台的组合。X向可调台面5、Y向可调台面6和倾斜台面4是一个典型的二维导轨平移台。Y向可调台面6和工作台面7组成一个一维的旋转台，具有自由度Rz。每个台面之间都是用螺钉联接固定的，在需要调节各个自由度时，先旋松联接螺钉，然后通过相应的调节螺钉来调整各个自由度。每个自由度调整好以后再旋紧联接螺钉。
再请结合图2、3、4、5对由X向可调台面5、Y向可调台面6和倾斜台面4组成的二维导轨平移台的结构进行详细描述。如图3所示：倾斜台面4由倾斜台面主体41、倾斜台面凸台42用螺钉联结成为一个整体，倾斜台面主体41开有X向导向槽，允许X向可调台面5沿导向槽平移。当调节2个安装在X向可调台面5上的调节螺钉9时，可实现对X向可调台面5的X向位置调节；如图5所示：X向可调台面5由X向可调台面主体51、X向可调台面凸台52用螺钉联结成为一个整体，X向可调台面主体51开有Y向导向槽，允许Y向可调台面6沿导向槽平移。当调节2个安装在Y向可调台面6上的调节螺钉10时，可实现对Y向可调台面6的Y向位置调节。
本发明较佳实施例的工作过程如下：
首先旋松倾斜台底座3与静台体1之间的联接螺钉，调节两个调节螺钉14，对θX进行粗调，调整好之后旋紧联接螺钉；接着旋松倾斜台底座3和倾斜台面4之间的锁紧螺钉13，通过调节三根伸缩杆(调节螺柱)11来对工作台面7的高度进行调节、并对θX、θY进行微调。调整好之后旋紧锁紧螺钉13；之后旋松倾斜台面4和X向可调台面5之间的联接螺钉，通过调节两个调节螺钉9，对X向可调台面5进行X向位置调节。调整好之后旋紧联接螺钉；之后旋松X向可调台面5、Y向可调台面6之间的联接螺钉，通过调节两个调节螺钉10，对Y向可调台面6进行Y向位置调节。调整好之后旋紧联接螺钉；最后旋松Y向可调台面6和工作台面7之间的联接螺钉，通过调节两个调节螺钉8，对θZ进行微调。至此，七自由度定位机构的调节过程完成。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种七自由度定位机构，其特征在于：它由静台体(1)、三自由度倾斜平台、平面三自由度平台组合而成；三自由度倾斜平台由倾斜台底座(3)、倾斜台面(4)、三根伸缩杆(11)、锁紧螺钉(13)、弹性垫圈组(12)构成，倾斜台面(4)同时也是平面三自由度平台的底座，平面三自由度平台还包括X向可调台面(5)、Y向可调台面(6)、工作台面(7)；其中，静台体(1)和倾斜台底座(3)之间用簧片(2)来连接，使得静台体(1)和倾斜台底座(3)之间具有一个可绕X轴旋转的自由度RX0，这个自由度是用来粗调的；倾斜台底座(3)和倾斜台面(4)之间有三根伸缩杆(11)，且该锁紧螺钉(13)穿过弹性垫圈组(12)将倾斜台底座(3)和倾斜台面(4)连接，X向可调台面(5)、Y向可调台面(6)和倾斜台面(4)是一个二维导轨平移台，Y向可调台面(6)和工作台面(7)组成一个一维的旋转台，每个台面之间都是用螺钉联接固定的。
2.根据权利要求1所述的七自由度定位机构，其特征在于：三根伸缩杆(11)是单头螺柱或千分螺母。
3.根据权利要求1或2所述的七自由度定位机构，其特征在于：该倾斜台面(4)由倾斜台面主体(41)、倾斜台面凸台(42)组成，并由螺钉联结成为一个整体；倾斜台面主体(41)开有X向导向槽，允许X向可调台面(5)沿导向槽平移，X向可调台面(5)上安装有对X向可调台面(5)的X向位置调节的调节螺钉(9)；X向可调台面(5)由X向可调台面主体(51)、X向可调台面凸台(52)组成，并由螺钉联结成为一个整体；X向可调台面主体(51)开有Y向导向槽，允许Y向可调台面(6)沿导向槽平移，Y向可调台面(6)上安装有可对Y向可调台面(6)的Y向位置调节的调节螺钉(10)。
4.根据权利要求1或2所述的七自由度定位机构，其特征在于：倾斜台底座(3)与静台体(1)之间具有联接螺钉和调节螺钉(14)。
5.根据权利要求3所述的七自由度定位机构，其特征在于：倾斜台底座(3)与静台体(1)之间具有联接螺钉和调节螺钉(14)。
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