CN101382739A - 微型平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微型平台装置，该装置结构紧凑、体积小、重量轻。采用无机械摩擦、无间隙的柔性支撑块来实现小范围内偏转的支承。整个装置具有高分辨率、高精度和稳定性，即在3分的角度范围内，达到了1000万分之一度的稳定分辨率。柔性支撑块采用了圆弧切口结构，由柔性支撑块这种弹性导轨可组成新型的微定位系统，利用其受力弯曲产生的有限角位移，可以达到精密定位的目的。此外，柔性支撑块还可以设计成多种形式以进行绕轴的复杂角运动或构成柔性系统形成直线运动。本发明的微型平台装置可以通过调整获得很高的测量精度(纳米级)，且调整方便、快速。

Description

微型平台装置

技术领域

本发明涉及精密工作台制造技术，特别涉及集成电路制造中使用的高精度微型平台装置。

背景技术

随着微电子技术集成度的提高，微位移技术直接影响到微电子技术等高精度工业的发展，与之相对应的工艺设备：光刻机、电子束和x射线曝光机等，其定位精度要求为亚微米甚至纳米级的精度，这就要求精密工作台具备相应的技术水准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高精度、高稳定性的微型平台装置，以保证运动传递的连续性、无返滞、无摩擦及高精度。

为了达到上述的目的，本发明提供一种微型平台装置，其包括底盘、微型台面、设置于底盘和微型台面之间的三个柔性体机构、以及对称设置于底盘上的精密螺旋测微器和精密数显表，其中，所述精密螺旋测微器通过一支架安装到底盘上，所述精密数显表通过一角尺支架安装到底盘上。

在上述微型平台装置中，所述底盘的底面开有防吸透空槽；所述底盘的底面开有三个均等的“O”型槽，每一个“O”型槽里设有四个螺栓孔；所述角尺支架是“L”型支架，所述“L”型支架末端的一个螺栓孔开了一个通槽；所述支架是“T”型支架，所述“T”型支架的底面开了四螺栓孔和两个定位孔；所述微型台面内侧面具有三个加强筋，且开有螺栓孔，使所述微型台面形成被削去一边的圆盘；所述微型平台装置的各个部件之间采用内六角圆柱头螺钉相连。

在上述微型平台装置中，所述柔性体机构包括柔性支撑块、第一调节螺套、第二调节螺套和双头螺杆，其中，所述柔性支撑块具有一中心孔，且所述双头螺杆穿过柔性支撑块的中心孔，所述第一和第二调节螺套均穿过所述双头螺杆安装到所述柔性支撑块的一侧。

进一步的，所述第一和第二调节螺套是被削去两边的螺套；所述双头螺杆是具有左右旋的双头螺杆；所述柔性支撑块由一长方体结构两端分别连接开口向内的“U”型结构而形成，该长方体结构的中间开有一圆孔，圆孔的两边各有一个螺孔；所述圆孔和螺孔所在面的上下方向开设有多个矩形通孔；圆孔和螺孔所在面的垂直面的中央开了一个凹槽，凹槽末端开有圆形孔，沿着凹槽面垂直方向对称开有细小长型缺口，缺口末端开有圆形孔，在细小长型缺口方向开有圆弧缺口，在圆弧缺口的外侧开有“U”型缺口，在“U”型缺口的外侧开有矩形孔。

与现有技术相比，本发明的微型平台装置结构紧凑、体积小、重量轻。采用无机械摩擦、无间隙的柔性支撑块来实现小范围内偏转的支承。整个装置具有高分辨率、高精度和稳定性，即在3分的角度范围内，达到了1000万分之一度的稳定分辨率。柔性支撑块采用了圆弧切口结构，由柔性支撑块这种弹性导轨可组成新型的微定位系统，利用其受力弯曲产生的有限角位移，可以达到精密定位的目的。此外，柔性支撑块还可以设计成多种形式以进行绕轴的复杂角运动或构成柔性系统形成直线运动。综上所述，本发明的微型平台装置可以通过调整获得很高的测量精度(纳米级)，且调整方便、快速。

附图说明

图1是微型平台装置轴测示意图；

图2是图1中底盘的主视示意图；

图3是图1中微型台面的主视示意图；

图4是图1中柔性体机构的轴测示意图；

图5是图4中柔性支撑块的轴测示意图；

图6是柔性支撑块的主视示意图；

图7是图6中的A-A剖视图；

图8是图6中的B-B剖视图；

图9是微型平台装置的调整示意图；

图10是采用微型平台装置进行实验的主视示意图；

图11是采用微型平台装置进行实验的俯视示意图。

具体实施方式

本发明的微型平台装置为纳米级微进给平台，在结构动态设计和复合控制技术的研究开发工作中可作为精密测量进给机构，对于研究微进给平台动力学建模、动态误差建模和在线误差补偿方法具有重要意义，进而能有效地提高微进给平台动力结构的加工精度。下面结合附图给出一较佳实施例，对本发明的高分辨率、高精度微型平台装置作进一步的描述。

如图1所示，整个高分辨率、高精度微型平台装置包括：底盘10、微型台面4、设置于底盘10和微型台面4之间的多个柔性体机构5(本实施例中为三个)、通过支架2安装到底盘10上的精密螺旋测微器1、通过角尺支架8安装到底盘10上的精密数显表7、以及设置在底盘10上的把手11。其中，底盘10的底面结构如图2所示，其底面上开有防吸透空槽，并开有三个均等的“O”型槽，每一个“O”型槽里有四个螺栓孔；角尺支架8是一种L型的支架，且L型支架末端的一个螺栓孔被开了一个通槽；支架2是一种T型支架，T型支架的底面开了四螺栓孔和两个定位孔；微型台面4的内侧面三个加强筋开有螺栓孔，构成一个被削去一边的圆盘(见图3)；通过旋转精密螺旋测微器1可以使整个微型平台装置在x、y、z三个方向上作微小的移动；精密数显表7可以精确显示整个微型平台装置在x、y方向上的位移。该微型平台装置的安装方法是：把手11利用螺钉9安装到底盘10上，三个柔性体机构5利用螺钉3安装到底盘10上，两个角尺支架8利用螺钉6分别安装到底盘10上，两个精密数显表7利用螺钉13分别安装到两个角尺支架8上，支架2利用螺钉12安装到底盘10上，精密螺旋测微器1安装到支架2上，微型台面4利用螺钉3安装到三个柔性体机构5上。于本实施例中，所述螺钉3、6、9、12、13均为内六角圆柱头螺钉。

参见图4，每个柔性体机构5进一步包括：柔性支撑块14、第一调节螺套15、第二调节螺套16和双头螺杆18，其中，柔性支撑块14的具体结构可参阅图5至图8，该柔性支撑块14由一长方体结构两端分别连接开口向内的U型结构而形成，该长方体结构的中间开了一个大的圆孔140，大圆孔的两边各开了一个小螺孔141，圆孔140和螺孔141所在面的上下方向开了许多矩形通孔142(见图6)，圆孔140和螺孔141所在面的垂直面(即图8所示的B-B剖面)的中央开了一个凹槽143，凹槽143末端开有圆形孔，沿着凹槽面垂直方向开有细小长型缺口144，缺口末端开有圆形孔，在细小长型缺口144方向上还开有圆弧缺口145，在圆弧缺口145的上方开了U型缺口146，在U型缺口146的上方开了一个稍大的矩形孔147。上述所有结构都是左右对称和上下对称的。柔性支撑块14的上端面和下端面开有两组螺孔，整个柔性支撑块14在微小力的作用下，就会沿着一个方向作微小的偏移。第一、第二调节螺套15、16是被削去两边的螺套，双头螺杆18是具有左右旋的双头螺杆。所述柔性体机构5的安装方法是：双头螺杆18穿过柔性支撑块14中心孔140，第二调节螺套16穿过双头螺杆18安装到柔性支撑块14左面后，用内六角圆柱头螺钉17拧紧。第一调节螺套15穿过双头螺杆18安装到柔性支撑块14左面后，用内六角圆柱头螺钉17拧紧。

如图9所示，整个微型平台装置安装完毕后，进行调整和检测：把已经安装好的高分辨率、高精度微型平台装置放置到标准的大理石板1001上，用千分表装置1002测量微型台面4的041面的平面度和平行度。若平行度和平面度不满足要求，则调整内六角圆柱头螺钉17的松紧程度，以调整整个微型平台装置的水平度和垂直度，直到达到规定的要求后，旋转精密螺旋测微器1使得精密螺旋测微器的测头与微型台面4的侧面接触，调整精密数显表7使得精密数显表的表头与微型台面4的侧面接触。用千分表装置1002再次测量微型台面4的041面的平面度和平行度，若平行度和平面度不满足要求，则调整内六角圆柱头螺钉17，满足要求后，使精密螺旋测微器1和精密数显表7归零。至此，高分辨率、高精度微型平台装置的调整和检测工作完毕。

参见图10和图11，本发明的高分辨率、高精度微型平台装置的使用方法是：

1、在标准的大理石板1001上，首先对微型平台装置进行初始调整，将x、y方向精密数显表7归“0”。

2、旋转精密螺旋测微器1，进行微型台面4沿z方向平动刚度、绕x、y方向转动刚度以及固有频率试验测试，并利用结构力学理论推导出微型平台沿z方向平动刚度、绕x、y方向转动刚度以及前三阶固有频率解析式，采用解析方法和有限元方法验证三维微型平台刚度及动力特性分析的正确性。

此外，在上述微型平台装置结构的基础上，还可以增加电气PLC控制，这样可以使操作更为方便快捷。

Claims (10)

1、一种微型平台装置，其特征在于，包括底盘、微型台面、设置于底盘和微型台面之间的三个柔性体机构、以及对称设置于底盘上的精密螺旋测微器和精密数显表，其中，所述精密螺旋测微器通过一支架安装到底盘上，所述精密数显表通过一角尺支架安装到底盘上。

2、如权利要求1所述的微型平台装置，其特征在于:所述底盘的底面开有防吸透空槽；所述底盘的底面开有三个均等的“O”型槽，每一个“O”型槽里设有四个螺栓孔。

3、如权利要求1所述的微型平台装置，其特征在于:所述角尺支架是“L”型支架，所述“L”型支架末端的一个螺栓孔开了一个通槽。

4、如权利要求1所述的微型平台装置，其特征在于:所述支架是“T”型支架，所述“T”型支架的底面开了四螺栓孔和两个定位孔。

5、如权利要求1所述的微型平台装置，其特征在于:所述微型台面内侧面具有三个加强筋，且开有螺栓孔，使所述微型台面形成被削去一边的圆盘。

6、如权利要求1所述的微型平台装置，其特征在于:所述微型平台装置的各个部件之间采用内六角圆柱头螺钉相连。

7、如权利要求1所述的微型平台装置，其特征在于:所述柔性体机构包括柔性支撑块、第一调节螺套、第二调节螺套和双头螺杆，其中，所述柔性支撑块具有一中心孔，且所述双头螺杆穿过柔性支撑块的中心孔，所述第一和第二调节螺套均穿过所述双头螺杆安装到所述柔性支撑块的一侧。

8、如权利要求7所述的微型平台装置，其特征在于:所述第一和第二调节螺套是被削去两边的螺套。

9、如权利要求7所述的微型平台装置，其特征在于:所述双头螺杆是具有左右旋的双头螺杆。

10、如权利要求7所述的微型平台装置，其特征在于:所述柔性支撑块由一长方体结构两端分别连接开口向内的“U”型结构而形成，该长方体结构的中间开有一圆孔，圆孔的两边各有一个螺孔；所述圆孔和螺孔所在面的上下方向开设有多个矩形通孔；圆孔和螺孔所在面的垂直面的中央开了一个凹槽，凹槽末端开有圆形孔，沿着凹槽面垂直方向对称开有细小长型缺口，缺口末端开有圆形孔，在细小长型缺口方向开有圆弧缺口，在圆弧缺口的外侧开有“U”型缺口，在“U”型缺口的外侧开有矩形孔。

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