CN102110631B - 精密工件台及其管线设施驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种精密运动台及其管线设施驱动装置。管线设施驱动装置用于驱动精密运动台中的管线设施。精密运动台的工作台沿X向可滑动地设置在X向导轨上，X向导轨的两端沿Y向可滑动地设置在两个Y向导轨上，管线设施连接至工作台。管线设施驱动装置包括：两个Y向滑块分别可滑动地设置在两个Y向导轨上，并且随着Y向驱动装置移动；滑块导轨两端分别固定在两个Y向滑块上；X向滑块可滑动地设置在滑块导轨上；管线设施驱动电机连接至X向滑块，用以驱动X向滑块与工作台同步移动，其中管线设施穿过两个Y向滑块之一和X向滑块并固定在其中。管线设施驱动装置利用在X、Y向上对滑块的驱动，减少管线设施X、Y向对于工作台运动的干扰力。

Description

精密工件台及其管线设施驱动装置

技术领域

本发明涉及一种精密工件台，且特别涉及一种具有管线设施驱动装置的精密工件台。

背景技术

在半导体过程技术以及其他的一些技术中，工作台用来承载晶片。工作台大多是利用气浮结构固定的，需要相配套的电缆、气管、水管等管线设施实现对其供电、供气、冷却、控制等功能。在对晶片进行处理时，经常会遇到要对工作台进行精密定位，大多是使用垂向或平面电机来驱动工作台。在工作台运动的过程中，这些管线设施会跟随工作台运动。当工作台的定位精度要求比较高时，这些管线设施对工作台产生的拉力就不可忽略。为了提高工作台的定位精度，就需要设计一套消除或者大幅缩小管线设施对工作台定位影响的系统。

专利US6937911B2提出了一种补偿方法，该方法在精密运动的驱动电机结构中加入一小质量体。其小质量体在驱动电机结构之上，小质量体和驱动电机结构之间用气浮轴承连接。管线设施从外界接进来以后先连接到质量体上，然后再通过另外一段管线设施连接到电机上。这样，电机电缆通过小质量体转接后，最终连接到了驱动电机上。通过控制小质量体在驱动电机之上的相对运动从而来补偿管线设施对电机的扰动力。

上述的技术仅仅提出了一种对驱动装置(如直线电机)补偿管线扰动力的方法，这种方法局限在一维方向上，并且对尺寸空间的合理布局没有给出具体解决方式。

发明内容

本发明提出一种精密工件台及其管线设施驱动装置，能够在X、Y两个方向上消除或减少管线设施的干扰力。

为了达到上述目的，本发明提出一种管线设施驱动装置，用于驱动精密运动台中的管线设施，精密运动台的工作台沿X向可滑动地设置在X向导轨上，X向导轨的两端沿Y向可滑动地设置在两个Y向导轨上，管线设施连接至工作台。管线设施驱动装置包括：两个Y向滑块，分别可滑动地设置在两个Y向导轨上，并且随着Y向驱动装置移动；滑块导轨，两端分别固定在两个Y向滑块上；X向滑块，可滑动地设置在滑块导轨上；以及管线设施驱动电机，连接至X向滑块，用以驱动X向滑块与工作台同步移动，其中管线设施穿过两个Y向滑块之一和X向滑块并固定在其中。

可选的，其中两个Y向滑块包括第一对插装置，用于固定穿过Y向滑块的管线设施，X向滑块包括第二对插装置，用于固定穿过X向滑块的管线设施。

可选的，其中所述X向滑块是利用真空腔与气浮结构悬浮在滑块导轨上。

可选的，其中管线设施为气管、水管、信号线或电源线。

可选的，其中两个Y向滑块通过柔性铰链连接至Y向驱动装置，以随着Y向驱动装置移动。

可选的，管线设施驱动装置还包括直线驱动装置，用以驱动两个Y向滑块与Y向驱动装置同步移动。

可选的，其中滑块导轨通过柔性铰链连接至Y向滑块。

本发明还提出了一种包括上述管线设施驱动装置的精密工件台。

本发明针对高精度平台中X、Y两个方向的管线设施的干扰力给出了合理的防干扰方案，利用主动控制的驱动系统来补偿管线设施对工作台造成的干扰力。另外，本发明的技术方案针对高精度工件台小型化、轻量化的特点，给出了缩小空间尺寸的具体方案。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例中具有管线设施驱动装置结构的精密运动台结构俯视示意图；

图2所示为图1中精密运动台的Y向侧视图；

图3所示为本发明第一实施例中具有管线设施驱动装置结构的精密运动台结构立体示意图；

图4所示为本发明第二实施例中具有管线设施驱动装置结构的精密运动台结构俯视示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明第一实施例中具有管线设施驱动装置结构的精密运动台结构俯视示意图；图2所示为图1中精密运动台的Y向侧视图；图3所示为本发明第一实施例中具有管线设施驱动装置结构的精密运动台结构立体示意图。

精密运动台包括工作台1、光滑台面2、两个沿Y向设置的Y向导轨3和沿X向设置的X向导轨5。光滑台面2水平放置，用以支撑工作台1，支撑方式在后文详述。

工作台1可滑动地设置在X向导轨5之上。工作台1能够利用轨道和滚轮的结合方式进行安装，也可以利用真空腔和气浮结构的方式安装，以实现工作台1无摩擦力移动。工作台1底部在侧向上利用气浮结构固定在X向导轨5上，底部垂向上与光滑台面2之间具有气浮和真空腔结构，从而形成具有双向刚度的气浮轴承。此处所说的双向刚度就是气浮结构所产生的浮力与真空腔内所形成的真空吸引力共同作用于工作台1，通过调整气浮力和真空吸引力使两者处于动态平衡，使得工作台1悬浮在X向导轨5上。控制气浮力和真空吸引力的大小，可实现工作台1与X向导轨5之间5-10um的稳定气膜间隙和良好的气浮刚度。这样工作台1的往复运动的摩擦阻力可以忽略，工作台1具有反映速度快，可控精度高的特点。

工作台1利用X向驱动装置来进行驱动，例如工作台1内部装有电机动子(图未示)，在X向导轨5上安装有对应的电机定子，利用电机动子和电机定子配合的X向驱动装置，能够驱动工作台1在X向导轨5上滑动，当然，电机动子和定子的安装位置能够相反，不影响工作台1的运动。

X向导轨5的两端利用两个Y向驱动装置60分别设置在两个Y向导轨3上，以进行Y向运动。Y向驱动装置60的驱动方式例如为：Y向驱动装置60为驱动电机，Y向驱动装置60的动子固定在X向导轨5上，定子62固定在Y向导轨3上，如此，利用Y向驱动装置60能够实现在Y向对X向导轨5进行驱动，当然，电机动子和定子的安装位置也能够相反，不影响工作台1的移动。

以上所述的X向与Y向驱动装置的使用，使得工作台1能够在X向和Y向上的运动定位。

工作台1在实现精密定位过程中，需要大量配套的管线设施80。管线设施80包括信号线、电源线等。当使用气浮结构来设置工作台1、Y向导轨3或X向导轨5时，管线设施80还包括气管、水管等。精密运动台包括控制柜70，管线设施80自控制柜70伸出，提供信号线、电源线、气管等一系列管线设施80。

这些管线设施在当工作台1运动时，会对工作台1产生拉力或其他扰动力，不利于工作台1的精确定位。因此本发明提出了管线设施驱动装置，使得管线设施80与工作台1在X、Y方向上保持同步移动，以消除或大幅减少管线设施80的扰动力。

为了将管线设施80与工作台1运动同步，本实施例中的精密运动台包括管线设施驱动装置，包括两个Y向滑块40、滑块导轨20与X向滑块25。

Y向滑块40可滑动地设置在Y向导轨3上，并且与X向导轨5固定连接，Y向滑块40能够随着X向导轨5移动。Y向滑块40上固定有第一对插装置12。管线设施80自控制柜70伸出后，穿过第一对插装置12延伸向工作台1。第一对插装置12固定住插设在其中的这部分管线设施80，使得该部分管线设施80能够随着Y向滑块40移动。如此，管线设施80一端固定在控制柜70上，另一端随着Y向滑块40运动。

滑块导轨20两端分别固定在两个Y向滑块40上，滑块导轨20能够随着Y向滑块沿Y方向移动。

X向滑块25可滑动地设置在滑块导轨20上，X向滑块25与滑块导轨20的结合形式可以是环形气浮结构，也可以利用前文所述的真空吸引力和气浮浮力的双向刚度来实现。滑块导轨20的两端分别连接至两个Y向滑块40，能够随着Y向滑块40沿Y向移动。

X向滑块25利用管线设施驱动电机10来实现相对于滑块导轨20滑动，以达到与工作台同步移动。管线设施驱动电机10的定子固定在滑块导轨20上，动子固定在X向滑块25上，动子能够根据管线设施驱动电机10的控制器的控制信号相对于定子移动。当然，管线设施驱动电机10的动子与定子的位置能够互换，不会影响X向滑块25的移动。

X向滑块25上固定有第二对插装置105。自第一对插装置12延伸出的管线设施80沿着滑块导轨20延伸，至第二对插装置105处，穿过第二对插装置105，延伸并连接至工作台1。第二对插装置105固定穿过其中的管线设施80。第一对插装置12与第二对插装置105之间的管线设施80，可以放置在滑块导轨20上而自由运动。如此，管线设施80靠近工作台1的一端固定在工作台1上，另一端随着第二对插装置105运动。

为了减少相互运动产生的震动，Y向滑块40与Y向驱动装置60之间、滑块导轨20与Y向滑块40之间利用柔性铰链50、55连接，这样既可以保证Y向滑块40、Y向驱动装置60分别在X、Y方向上与工作台1保持同步移动，进而可以消除或大幅减小管线设施80在工作台1定位时造成的影响。

Y向滑块40与Y向驱动装置60之间的柔性铰链50一方面可以实现X轴旋转方向上的解耦，另一方面也可以吸收在Y向驱动装置60加减速时在Y向对工作台1的冲击力，降低Y向驱动装置60和Y向滑块40之间不利的相互作用。

同样，滑块导轨20与Y向滑块40之间的柔性铰链55一方面可以实现X轴旋转方向上的解耦，另一方面也可以吸收管线设施驱动电机10在加减速时在X向对工作台1的冲击力，降低在滑块导轨20和Y向滑块40之间不利的相互作用。

精密运动台还可以包括测控装置，以确保管线设施驱动装置与工作台1之间保持同步移动。测控装置包括线性编码器65与差分传感器75。本领域技术人员应当知道线性编码器65与差分传感器75的使用方法，为了更为清晰地表明本实施例中这些测控装置的使用方法，给出以下安装方式：

线性编码器65包括读取头与光栅尺。读取头安装在管线设施驱动电机10的动子上，以测量自身的位移，而光栅尺安装在管线设施驱动电机10的定子上，其控制端与管线设施驱动电机10的电机控制器电性连接。操作者在电机控制器中设置动子位移的设定值，当线性编码器65的读取头所读取的位移值与设定值相同，则管线设施驱动电机10停止驱动。

差分传感器75包括传感头和磁铁。传感头固定在管线设施驱动电机10的动子上，磁铁固定在工作台1上，由于线缆装置80有一部分固定在管线设施驱动电机10的动子上，从而差分传感器75能够感应线缆装置80与工作台1的相对位置偏差。差分传感器75的控制端与管线设施驱动电机10的电机控制器电性连接，其感应信号传递至电机控制器，以控制管线设施驱动电机10的动子与工作台1同步移动，从而，管线设施80对工作台1没有干扰力。

第一对插装置12上包括多个快换接插件16，快换接插件16对穿过第一对插装置12的管线进行分组管理，例如沿Y方向延伸的管线设施80放置在同一快换接插件16中，沿X方向延伸的管线设施80放置在另一快换接插件16中。当需要更换管线设施80时，利用快换接插件16能够快速更换管线设施80，方便放置有沿X向铺设的管线设施80的单独维护和调试。

图4所示为本发明第二实施例中具有管线设施驱动装置结构的精密运动台结构俯视示意图。

本实施与第一实施例不同之处在于，Y向滑块40在Y向的驱动采用主动驱动的方式，也就是在Y向滑块40结构中装有直线电机动子(图中未显示)和安装在Y向导轨3上的定子62组成直线驱动装置，驱动Y向滑块40在Y方向上做直线运动。在结构上，由于直线电机动子与定子之间存在较大的预紧力，以提供定子与动子之间的吸引力，所以在Y向滑块40上只需要设计气浮孔，而无需设置真空腔。

在控制Y向滑块40的位移时，用线性编码器45来控制其在Y向移动的量，同时通过差分传感器85可测量Y向滑块40是否和Y向驱动装置60完全保持一致，以确保管线设施80在Y方向上与工作台1的运动保持一致，从而消除或减少管线设施80对工件台1的扰动。

虽然本发明已以一些实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (14)

1.一种管线设施驱动装置，用于驱动精密运动台中的管线设施，所述精密运动台的工作台沿X向可滑动地设置在X向导轨上，所述X向导轨的两端分别固定在两个Y向驱动装置上，两个Y向驱动装置分别沿Y向可滑动地设置在两个Y向导轨上，所述管线设施连接至所述工作台，其特征是，所述管线设施驱动装置包括：

两个Y向滑块，分别可滑动地设置在所述两个Y向导轨上，并且随着所述Y向驱动装置移动；

滑块导轨，两端分别固定在所述两个Y向滑块上；

X向滑块，可滑动地设置在所述滑块导轨上；以及

管线设施驱动电机，连接至所述X向滑块，用以驱动所述X向滑块与所述工作台同步移动，

其中所述管线设施穿过并固定在所述两个Y向滑块之一和所述X向滑块中。

2.根据权利要求1所述的管线设施驱动装置，其特征是，其中所述两个Y向滑块包括第一对插装置，用于固定穿过所述Y向滑块的所述管线设施，所述X向滑块包括第二对插装置，用于固定穿过所述X向滑块的所述管线设施。

3.根据权利要求1所述的管线设施驱动装置，其特征是，其中所述X向滑块是利用真空腔与气浮结构悬浮在滑块导轨上。

4.根据权利要求3所述的管线设施驱动装置，其特征是，其中所述管线设施为气管、水管、信号线或电源线。

5.根据权利要求1所述的管线设施驱动装置，其特征是，其中所述两个Y向滑块通过柔性铰链连接至所述Y向驱动装置，以随着所述Y向驱动装置移动。

6.根据权利要求1所述的管线设施驱动装置，其特征是，所述管线设施驱动装置还包括直线驱动装置，用以驱动所述两个Y向滑块与所述Y向驱动装置同步移动。

7.根据权利要求1所述的管线设施驱动装置，其特征是，其中所述滑块导轨通过柔性铰链连接至所述两个Y向滑块。

8.一种精密工件台，其特征是，包括：

两个Y向导轨，沿Y向平行设置；

两个Y向驱动装置，分别可滑动地设置在两个Y向导轨上；

X向导轨，两端分别固定在所述两个Y向驱动装置上；

工作台，可滑动地设置在所述X向导轨上；

管线设施，连接至工作台；以及

管线设施驱动装置，包括：

两个Y向滑块，分别可滑动地设置在所述两个Y向导轨上，并且随着所述Y向驱动装置移动；

滑块导轨，两端分别固定在所述两个Y向滑块上；

X向滑块，可滑动地设置在所述滑块导轨上；以及

管线设施驱动电机，连接至所述X向滑块，用以驱动所述X向滑块与所述工作台同步移动，

其中所述管线设施穿过并固定在所述两个Y向滑块之一和所述X向滑块中。

9.根据权利要求8所述的精密工件台，其特征是，其中所述两个Y向滑块包括第一对插装置，用于固定穿过所述Y向滑块的所述管线设施，所述X向滑块包括第二对插装置，用于固定穿过所述X向滑块的所述管线设施。

10.根据权利要求8所述的精密工件台，其特征是，其中所述X向滑块是利用真空腔与气浮结构悬浮在滑块导轨上。

11.根据权利要求10所述的精密工件台，其特征是，其中所述管线设施为气管、水管、信号线或电源线。

12.根据权利要求8所述的精密工件台，其特征是，其中所述两个Y向滑块通过柔性铰链连接至所述Y向驱动装置，以随着所述Y向驱动装置移动。

13.根据权利要求8所述的精密工件台，其特征是，所述管线设施驱动装置还包括直线驱动装置，用以驱动所述两个Y向滑块与所述Y向驱动装置同步移动。

14.根据权利要求8所述的精密工件台，其特征是，其中所述滑块导轨通过柔性铰链连接至所述两个Y向滑块。

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