CN102640032B - 机动载物台 - Google Patents

Abstract

一种载物台，其包括具有第一运动轴的第一平移平台，和具有第二运动轴的第二平移平台，用于在第一运动轴上驱动第一平移平台的第一线型驱动马达，和用于在第二运动轴上驱动第二平移平台的第二线型驱动马达，其中，每个线型驱动马达进一步包括围绕杆定子的线圈组件，其中，线圈组件被固定并且杆定子能够在线圈组件内移动。

Description

机动载物台

本申请要求2009年10月16日提交的美国申请61/252,263的优先权，该在先申请的全部内容通过引用而结合在本文中

技术领域

本发明主要涉及一种机动载物台，尤其涉及一种显微镜载物台，例如，与常规的丝杠驱动的显微镜载物台相比，该显微镜载物台能够以高速运转并且其反冲作用可以忽略。

背景技术

通过由x-轴马达和y-轴马达驱动的丝杠来控制机动显微镜载物台，该丝杠充分延伸超过装载载物台板（loading stage plates）的移动轨迹（foot print）。这样一来，在空间狭小的情况下，例如，显微镜与载物台平板之间没有很大的空间时，或者想要相对于载物台操作标本板或与标本板互动的情况下，会存在问题。此外，高速显微镜载物台通常会经受来自机动螺纹驱动的机构或者接触式驱动系统的机械反冲，这样会延迟标本相对于显微镜物镜的定位。

发明内容

在一个实施例中，一种载物台包括基板、具有第一运动轴的第一平移平台，和具有第二运动轴的第二平移平台，用于在第一运动轴上驱动第一平移平台的第一线型驱动马达，和用于在第二运动轴上驱动第二平移平台的第二线型驱动马达，其中，每个线型驱动马达进一步包括包围杆定子的线圈组件，线圈组件被固定，并且杆定子能够在线圈组件内移动。与常规的丝杠驱动的显微镜载物台相比，线型驱动马达能够以高速操作显微镜载物台并且其反冲作用可以忽略。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的载物台的分解图；

图2是根据本发明的实施例的线型驱动器的分解图；

图3是图2的线型驱动器的组装图；

图4是图3的线型驱动器的正视图；

图5是沿着图4的线5-5的截面图；

图6是图3的线型驱动器的定子的端视图；

图7是沿着图6的线7-7的截面图；

图8是图1的载物台的部分分解图；

图9是图8中的圆形区域9的特写图；

图10是根据本发明的替代实施例的载物台的部分分解图。

具体实施方式

本公开将说明实施目前预想的本发明的最佳模式。该说明书不应以限制的角度来理解，而本发明以说明的目的出发，通过参考附图仅仅说明本发明的实例，以便让所述领域的技术人员理解本发明的优势和构架。在附图中，相同的参考标号表示相同或者相似的部件。

图1是诸如指向显微镜的XY平移载物台100的机动载物台的一个实施例的分解图，与常规的丝杠驱动显微镜载物台相比，该指向显微镜的XY平移载物台100能够被以高速运转并且其反冲作用可以被忽略。这里所述的载物台100例如与自动对焦设备200一起使用，该自动对焦设备200如2009年10月16日提交的美国专利申请61/252，253所述，并且其全部内容通过引用而结合在本文中。载物台100可以具有其他应用。如以下所述，例如，载物台100包括，例如，具有最小厚度的紧密整合且高度紧凑的设计，和位于显微镜的光轴上的移动部件。

载物台100进一步包括基盘层110、X平移平台层120和Y平移平台层130，这些层分别具有中心孔112、122和132，从而用于接收指向显微镜的负载（未显示）。载物台100被设计用于接收各种各样的负载，例如，包括但不限于任何类型的孔板（well plate），显微镜载片或者通常的装载平台。孔112、122、132是垂直于载物台100的装载表面配置或平行于载物台100的装载表面，以不阻碍载物台的任何组件为优选。X-平台120的实施例经由低摩擦力横压辊支撑轨道对（low-friction cross roller bearing rail pair）114被联接到基板110，Y平台130经由另一个正交方向的低摩擦力横压辊支撑轨道对124被联接到X平台120。当显示交叉滚子支撑轨道时，应该理解还可以使用其他类型的支撑，诸如托架式（carriage-type）（见图10），线型空气支撑和其他的支撑。载物台100的平台120、130之间的分隔间隙保持最小，但同时允许这种架构的三层110、120、130相对于彼此自由地移动。所有的运动和位置反馈组件被牢固地整合在平台之间形成的腔内。除了这里所述实施例中的低摩擦力支撑轨道114、124以外，优选地，载物台100的三个层110、120、130之间无其他的物理接触点或者联接界面，这样可以确保高程度的无摩擦自由运动，以及随之而来的较少维护和高可靠性。

在这里所述的一个实施例中，在不需要丝杠、带驱动器、齿轮箱或者任何其他类型的接触式驱动系统的无接触式装置中产生X和Y方向的运动驱动力。在一个实施例中，无接触式驱动器包括正交地设置的线型马达140、142，该线型马达140、142完全地结合在载物台100的结构内。腔优选地产生在载物台100的三层之间，一个腔116用于基板110和X平移平台120之间的X线型马达140，一个腔126用于X平移平台120和Y平移平台130之间的Y线型马达142。当线型马达140、142被整合在载物台架构内时，如果需要，驱动/控制器系统也能够与载物台架构分离。

图2是图1的线型马达140、142的一个实施例的分解图。图3是线型马达140、142的实施例的组装图，图4是其正视图，图5是沿着图4的线5-5的截面图。为了更好的讨论，以及便于解释图2-5的线型马达，线型马达140、142将被表示为线型马达140。线型马达140包括杆状定子150和闭合电磁线圈组件160。定子150优选地利用不锈钢定子管152而组装，位于端罩156之间的一系列圆柱形磁体154位于该不锈钢定子管152内，该磁体154被配置成端面对端面，并且其相同的磁极彼此相邻，如作为沿着图6的定子150的端视图的线7-7的截面图的图7所示。线圈组件160优选地包括不锈钢管162，许多线圈段164被缠绕和结合到该不锈钢管162上。绝缘垫圈166位于每个线圈段164之间。定子管152的尺寸允许线圈组件管162可以自由滑动，而不接触定子管152。这里虽已说明了有关线型马达的特定方面的构架的特定材料，但是应该理解还可以采用其他材料，合金，材料组合物或者相同的这些材料的混合物。

图8说明载物台100的一个实施例的部分分解图，其中X平移平台120被组装到基板110上，且Y平移平台130位于X平移平台120的上方以用于被组装在X平移平台120上。图9是图8的圆形区域9的放大图。每个线型马达140、142的线圈组件160通过被收容在腔116、126内而被紧密地整合在载物台组件内。对于X轴的运动，线圈组件被保持在基板110内的腔116中（图1）。对于Y轴的运动，线圈组件被保持在X平移平台120内的腔126内。X轴线圈组件相对于X平移平台120的运动被固定，Y轴线圈组件相对于Y平移平台130的运动被固定。X轴定子管以其经过X轴线圈组件管（图1）的中心的方式被安装到X平移平台120。类似地，Y轴定子管以其经过Y轴线圈组件管的中心的方式被安装到Y平移平台130。在这里所述的实施例中，对于运动的每个轴，是定子管在运动，而不是线圈组件在运动。

如图1所示，在一个实施例中，通过利用线型编码尺170、180可以便于位置反馈，该线型线型编码尺170、180分别被嵌入载物台架构的腔118、128中。X轴编码器170位于基板110内容纳的腔118中，Y轴编码器180被容纳在位于X平移平台120内的腔128内。相关联的读取头位于用于X轴的X平移平台120和用于Y轴的Y平移平台130中。虽然这里说明了线型编码尺，但是可以考虑其他的定位部件。在本实施例的载物台100中，支撑轨道、定子管和线型编码尺优选地在运动的每个轴上互相平行。

图10说明载物台200的另外的实施例，其进一步包括类似于图1-9的载物台100的基板层210、X平移平台层220和Y平移平台层230。在图10的实施例中，例如，Y平台230经由低摩擦力重复循环型托架式支撑轨道对（low-friction recirculating-type carriage bearingrail pair）224被联接到X平台220，该低摩擦力重复循环型托架式支撑轨道对224包括利用紧固件226固定到Y平台的托架式支撑225。虽然图中显示螺纹紧固件226，但是其他固定件也是可行的。类似地，X平台220经由包含托架支撑（未显示）的另一个正交的低摩擦力重复循环型托架式支撑轨道对而被联接到基板层210。采用利用单个轨道224的重复循环型支撑，例如，由于当载物台200例如受到预加的负载、钉到不均匀的安装平台或者热膨胀而发生扭曲时，这些支撑比横压辊支撑不容易打开，所以载物台200的性能更可靠。不论所利用的支撑的类型，载物台200的平台220、230之间的分隔间隙保持最小，同时允许这种构架的三层210、220、230相对于彼此自由地移动。

因而，提供了巨大的两轴或者三轴载物台，每个轴由直线感应马达驱动，该直线感应马达由静止的圆柱线圈封装的可线型移动的磁杆组件组成。每个轴的移动都取决于平移平台，X和Y平移平台相对于彼此的定位和相对于基部平台的定位，从而在载物台的基部平台的一侧，如果每个轴都分离，则优选地不能自行操作每个轴。另外，虽然没有显示，但是这里公开的观点同样能够扩展到第三轴的移动，诸如Z轴或者沿着显微镜应用中的光轴，例如，其中沿着第三轴的相似的平移由相似配置的线型马达组件驱动。

载物台100或者200，例如能够被用在多种应用的各种产业中。一个非限制性实例是用于显微镜，在显微镜中平台被用于将显微镜的任何部分相对于样本定位，或者将样本相对于显微镜定位。在典型的显微镜应用中，主要的实用优点在于通过结合最小厚度的平板并且使得平板之间具有最小的间隔，以减小整体质量并且减少使载物台加速所需的能量。另外的非限制性实例包括机器视觉检验，或者非接触式尺寸检验。可以在其他的工业和应用中利用。

虽然这里所述的本发明相对于所述的实施例具有一些长度和特别之处，但是应该理解，本发明并不限于这些特别之处或者不限于实施例，并且不限于任何特别的实施例，而是参考附加权利要求而构建，从而鉴于现有技术本发明为这些权利要求提供了最宽的可能性理解，因此，本发明有效地包含了最佳的保护范围。另外，上述利用发明者预见且可行的实施例说明了本发明，但非目前预见的本发明的无实质内容的修改例仍然属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种载物台，其特征在于，包括：

基板、第一平移平台和第二平移平台，所述第一平移平台具有第一运动轴，所述第二平移平台具有第二运动轴；

第一线型驱动马达，所述第一线型驱动马达被设置在所述基板和所述第一平移平台之间，并定向为与所述第一运动轴对齐，且安置在所述基板中的第一腔内；和

第二线型驱动马达，所述第二线型马达被设置在所述第一平移平台和所述第二平移平台之间，并且定向为与所述第二运动轴对齐，并且安置在所述第一平移平台中的第二腔内；

其中，所述第一线型驱动马达包括包围第一杆定子的第一线圈组件，所述第一线圈组件被限制在所述第一腔内，从而所述第一线圈组件相对于所述基板被固定，并且所述第一杆定子能够在所述第一线圈组件内移动，其中所述第一杆定子安装至所述第一平移平台从而所述第一杆定子沿着所述第一运动轴驱动所述第一平移平台；

其中，所述第二线型驱动马达包括包围第二杆定子的第二线圈组件，所述第二线圈组件被限制在所述第二腔内，从而所述第二线圈组件相对于所述第一平移平台被固定，并且所述第二杆定子能够在所述第二线圈组件内移动，其中所述第二杆定子安装至所述第二平移平台从而所述第二杆定子沿着所述第二运动轴驱动所述第二平移平台。

2.如权利要求1所述的载物台，其特征在于，所述第二线型驱动马达定向为垂直于所述第一线型驱动马达。

3.如权利要求1所述的载物台，其特征在于，进一步包括所述第一平移平台和第二平移平台的位置反馈装置。

4.如权利要求3所述的载物台，其特征在于，所述位置反馈装置包括线性编码尺。

5.如权利要求1所述的载物台，其特征在于，进一步包括设置在所述基板与所述第一平移平台之间的支撑轨道，以及设置在所述第一平移平台与所述第二平移平台之间的支撑轨道。

6.如权利要求5所述的载物台，其特征在于，所述支撑轨道具有低摩擦力，并且构成所述基板和所述平移平台之间的唯一的接触点。

7.如权利要求5所述的载物台，其特征在于，所述支撑轨道进一步包括低摩擦力重复循环型托架支撑。

8.如权利要求1所述的载物台，其特征在于，所述杆定子进一步包括一系列磁体，所述一系列磁体被设置成端面对端面，从而相同的磁极彼此相邻。

9.如权利要求1所述的载物台，其特征在于，所述线圈组件进一步包括管，所述管包含缠绕且结合到所述管的多个线圈段。

10.如权利要求9所述的载物台，其特征在于，进一步包括位于每个线圈段之间的绝缘垫圈。

11.一种载物台，其特征在于，包括：

第一平移平台和第二平移平台，所述第一平移平台具有第一运动轴，所述第二平移平台具有第二运动轴；

第一线型驱动马达和第二线型驱动马达，所述第一线型驱动马达用于在所述第一运动轴上驱动所述第一平移平台，所述第二线型驱动马达用于在所述第二运动轴上驱动所述第二平移平台；

其中，所述第一线型驱动马达包含包围第一杆定子的第一线圈组件；并且

所述第一线圈组件相对于基板被固定，并且所述第一杆定子能够在所述第一线圈组件内移动，其中所述第一杆定子安装至所述第一平移平台从而所述第一杆定子沿着所述第一运动轴驱动所述第一平移平台，

其中，所述第二线型驱动马达包括包围第二杆定子的第二线圈组件；并且

其中所述第二线圈组件相对于所述第一平移平台被固定并且所述第二杆定子能够在所述第二线圈组件内移动，其中所述第二杆定子安装至所述第二平移平台从而所述第二杆定子沿着所述第二运动轴驱动所述第二平移平台。

12.如权利要求11所述的载物台，其特征在于，所述第二线型驱动马达被定向为垂直于所述第一线型驱动马达。

13.如权利要求11所述的载物台，其特征在于，进一步包括所述第一平移平台和第二平移平台的位置反馈装置。

14.如权利要求13所述的载物台，其特征在于，所述位置反馈装置包括线性编码尺。

15.如权利要求11所述的载物台，其特征在于，进一步包括设置在所述基板与所述第一平移平台之间的支撑轨道，以及设置在所述第一平移平台与所述第二平移平台之间的支撑轨道。

16.如权利要求15所述的载物台，其特征在于，所述支撑轨道具有低摩擦力，并且构成所述基板和所述平移平台之间的唯一的接触点。

17.如权利要求15所述的载物台，其特征在于，所述支撑轨道进一步包括低摩擦力重复循环型托架支撑。

18.如权利要求11所述的载物台，其特征在于，所述杆定子进一步包括一系列磁体，所述一系列磁体被设置成端面对端面，从而相同的磁极彼此相邻。

19.如权利要求11所述的载物台，其特征在于，所述线圈组件进一步包括管，所述管包含缠绕且结合到所述管的多个线圈段。

20.如权利要求19所述的载物台，其特征在于，进一步包括位于每个线圈段之间的绝缘垫圈。