CN102455601B - 四自由度精密定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种四自由度精密定位装置，用于将被驱动部件相对于基座进行调整和定位。四自由度精密定位装置包括支撑单元、驱动单元和调节单元。支撑单元包括与基座连接的支撑座和设置在支撑座上方并与支撑座连接的连接头，通过支撑座固定在基座上。驱动单元包括垂向电机组和Rz向电机组，用于驱动被驱动部件。调节单元固定连接连接头和被驱动部件，在X、Y向上具有较大的刚性，在Z、Rx、Ry方向上具有柔性，用于与驱动单元配合使用实现精确定位。所述四自由度精密定位装置具有结构紧凑，质量较轻，垂向重心较低的优点，同时四自由度精密定位装置采用球铰和簧片的结构，实现运动平台Z、Rx、Ry、Rz四自由度运动，具有结构简单、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种定位装置，且特别涉及一种四自由度精密定位装置。
背景技术
在半导体设备制造、精密加工以及图像对准等领域中，经常会使用各种类型的精密定位平台，例如，TFT-LCD光刻机中的基板定位平台等。在基板定位平台上使用了四自由度运动装置，实现Z、Rx、Ry、Rz向的运动，四自由度运动精度要求高，而且在安装空间上十分有限，尤其是在高度方向上。
中国专利200910045941.6公开的一种调焦调平机构，该机构采用水平向驱动与垂向驱动分开的方式，垂向驱动机构位于水平向驱动机构的下方，通过上下两层的组合从而实现被驱动部件Z、Rx、Ry、Rz向的运动功能。该方法的缺点是采用上下两层结构，垂向空间尺寸较大，垂向重心较高。
欧洲专利EP 0729073公布了一种用于硅片曝光的运动平台，该平台里包括了一种四自由度运动装置，该装置实现Z、Rx、Ry、Rz四自由度运动，其垂向以及Rz向的导向采用圆环气浮轴承的方式，四自由度的调整在同一平面内实现。该方法的缺点是Rx、Ry向的运动需要挤压用于导向的气浮面，造成了圆环气浮轴承加工难度大。
发明内容
本发明提出一种用于四自由度精密定位装置，其包括利用球铰连接和簧片连接，结构简单，实现被驱动部件的四自由度运动。
为了达到上述目的，本发明提出一种四自由度精密定位装置，用于将被驱动部件相对于基座进行调整和定位，所述四自由度精密定位装置包括：
支撑单元，包括与所述基座连接的支撑座和设置在所述支撑座上方并与所述支撑座连接的连接头，通过所述支撑座固定在所述基座上；
驱动单元，包括垂向电机组和Rz向电机组，用于驱动所述被驱动部件；以及
调节单元，固定连接所述连接头和所述被驱动部件，在X、Y向上具有较大的刚性，在Z、Rx、Ry方向上具有柔性，用于与所述驱动单元配合使用实现精确定位。
进一步说，所述垂向电机组至少包括3组垂向电机。
进一步说，所述垂向电机包括垂向电机定子和垂向电机动子，所述垂向电机动子相对于垂向电机定子沿Z向移动，所述垂向电机定子连接于所述基座，所述垂向电机动子连接于所述被驱动部件。
进一步说，所述Rz向电机组驱动所述被驱动部件绕所述支撑座旋转。
进一步说，所述调节单元为簧片组，所述簧片组至少由三组簧片组成。
进一步说，所述的连接头为球铰头。
本发明所提供的四自由度精密定位装置，具有结构紧凑，质量较轻，垂向重心较低的优点，同时四自由度精密定位装置采用球铰和簧片的结构，实现运动平台Z、Rx、Ry、Rz四自由度运动，具有结构简单、成本低的优点。本发明可以广泛用于精密运动平台等领域。
附图说明
图1是本发明四自由度精密定位装置的结构示意图；
图2是本发明四自由度精密定位装置的簧片组与球铰头连接的结构示意图。
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是四自由度精密定位装置的结构示意图；图2是四自由度精密定位装置的簧片组与球铰头连接的结构示意图。
请同时参考图1和图2。
四自由度精密定位装置用于在四个自由度上将被驱动部件4相对于基座1进行调整和定位。
被驱动部件4可以是光刻机的工件台的基板定位平台、精密工艺中的各种操作台，只要是需要进行精密定位的部件，均可以使用本发明所提供的四自由度精密定位装置。
四自由度精密定位装置至少包括支撑单元10、驱动单元和调节单元5。
支撑单元10，包括与基座1连接的支撑座7和设置在支撑座7上方并与支撑座7连接的连接头6。支撑单元10通过支撑座7固定在基座1上；驱动单元包括垂向电机组20和Rz向电机组8，驱动被驱动部件4；调节单元5，固定连接连接头6和被驱动部件4，在X、Y向上具有较大的刚性，在Z、Rx、Ry方向上具有柔性，用于与驱动单元配合使用实现精确定位。
调节单元5为簧片组、连接头6为球铰头是本发明较佳的一个实施例，如图1所示，球铰头与球铰支座7采用球铰连接，这样球铰头相对于球铰支座7具有Rx、Ry和Rz三个方向上的自由度。Rx、Ry和Rz分别是绕x、y、z轴的转动方向。
如图2簧片组由多个簧片9组成，簧片9的结构为薄片形，在X、Y向上具有较大的刚性，同时在Z、Rx、Ry方向上具有柔性。选取三组簧片9组成的簧片组作为较佳实施例进行进一步说明。
如图1和图2所示，簧片组连接球铰头与被驱动部件4。Rz向电机组8驱动所述被驱动部件绕所述支撑座7旋转。垂相电机组20至少由三组垂向电机20a、20b、20c组成，这三组垂向电机20a、20b、20c成分布在被驱动部件4的下方。垂向电机20a、20b、20c包括垂向电机定子2和垂向电机动子3，垂向电机动子3相对于垂向电机定子2沿Z向移动，垂向电机定子2连接于所述基座1，垂向电机动子3连接于所述被驱动部件4，垂向电机动子3之一或之二或同时移动时，可以使被驱动部件4在Z、Rx、Ry方向上进行位置的调整。
当三组垂向电机20a、20b、20c之一或之二工作时，簧片在Rx、Ry方向上发生弯曲变形，使被驱动部件4在Rx、Ry方向上进行位置的调整；当三组垂向电机20a、20b、20c同时工作时，簧片在Z方向上拉伸、压缩变形，实现驱动部件4在Z方向上进行位置的调整。
其中调节单元5还可以是弹簧，连接头6还可以是气浮装置。
综上所述，本发明所提供的四自由度精密定位装置，具有结构紧凑，质量较轻，垂向重心较低的优点，同时四自由度精密定位装置采用球铰和簧片的结构，实现运动平台Z、Rx、Ry、Rz四自由度运动，具有结构简单、成本低的优点。本发明可以广泛用于精密运动平台等领域。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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 (6)
1.一种四自由度精密定位装置，用于将被驱动部件相对于基座进行调整和定位，其特征在于，所述四自由度精密定位装置包括：
支撑单元，包括与所述基座连接的支撑座和设置在所述支撑座上方并与所述支撑座连接的连接头，通过所述支撑座固定在所述基座上；
驱动单元，包括垂向电机组和Rz向电机组，用于驱动所述被驱动部件；以及
调节单元，固定连接所述连接头和所述被驱动部件，在X、Y向上具有较大的刚性，在Z、Rx、Ry方向上具有柔性，用于与所述驱动单元配合使用实现精确定位。
2.根据权利要求1所述的四自由度精密定位装置，其特征在于，所述垂向电机组至少包括3组垂向电机。
3.根据权利要求2所述的四自由度精密定位装置，其特征在于，所述垂向电机包括垂向电机定子和垂向电机动子，所述垂向电机动子相对于垂向电机定子沿Z向移动，所述垂向电机定子连接于所述基座，所述垂向电机动子连接于所述被驱动部件。
4.根据权利要求1所述的四自由度精密定位装置，其特征在于，所述Rz向电机组驱动所述被驱动部件绕所述支撑座旋转。
5.根据权利要求1所述的四自由度精密定位装置，其特征在于，所述调节单元为簧片组，所述簧片组至少由三组簧片组成。
6.根据权利要求1所述的四自由度精密定位装置，其特征在于，所述的连接头为球铰头。
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