CN102723303A - Xy两坐标气浮定位平台 - Google Patents
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Abstract
一种XY两坐标气浮定位平台，其特征是包括底座、X轴基座（2）、X轴导向导轨（3）、X轴直线电机定子（4）、Y轴基座（6）、Y轴直线电机定子（7）、Y轴导向导轨（8）、X轴滑台（5）、Y轴滑台（9）和工作平台（10），底座上采用螺栓固定连接的方式安装了X轴基座（2）和Y轴基座（6），X轴基座（2）上通过螺栓固定连接的方式安装X轴导向导轨（3）和X轴直线电机定子（4）。本发明特点是启用气浮支撑形式，平台相对运动部分用一定刚度的气膜隔开，系统无摩擦，采用直线电机驱动的方式，避免高速运动下，质心偏转导致传动副精度降低的问题，提高平台定位精度、速度和加速度，满足工业要求。
Description
技术领域
本发明涉及属于传动机构领域，具体是一种XY两坐标气浮定位平台，用于微电子行业中的IC芯片封装的精确定位。
背景技术
目前，在微电子行业中，高速、高精度已成为微电子设备的重要发展趋势，也是工业界与学术界的重要研究内容。随着芯片集成度的不断提高，片引线间距日益减小以及对生产效率的不断提高，对下一代封装设备中定位平台提出了新的要求：加速度达到12～15g，定位精度小于1μm，工作频率为20～40Hz。这些指标已经超过当前设备所带平台的加速度和定位精度的物理极限。
驱动形式上，传统的滚珠丝杠副由于存在丝杠螺母等中间转换环节，传动中不可避免地存在运动间隙，并且运动惯量和摩擦大，影响了系统运动的快速性和高速运行的平稳性，限制了精度、速度和加速度地提高。直线电机是一种直接将电能转化为直线运动机械能，而无需任何转化机构的传动装置。与“旋转电机-滚珠丝杠”方式相比，其优点是无机械连接，摩擦力小，结构简单，体积小，调速范围宽，动态性能好，维护简单等。
机构形式上，串联机构中一轴带动另一轴整体运动，导致机构系统惯性量大，结构钢度低，传动链中的摩擦、间隙、回差等误差源容易引起机械谐振，使动态响应变慢。并联机构虽然存在高刚度，承载高的特点，但分析与综合不完善，还有很多问题没解决。所以采用广义并联机构，相对于串联机构，具有高刚度和承载高，动态响应好的特点，相对于并联机构，则有分析比较简单，定位精度较高等特点。
支撑形式上，摩擦力在提高速度、加速度和工作频率中所产生的影响越来越显著。接触式导轨在高速高加速的情况下，产生的摩擦力不仅限制加速度的提高，影响工作效率，而且导致平台产生热变形，降低定位精度，此外运动构件的接触会传导平台的振动。气浮和磁悬浮等无摩擦技术被广泛用于降低摩擦力的时变性、非线性及其它一些不确定性所带来的不利影响。磁悬浮轴承制造成本较高，而且是非线性局部稳定系统，悬浮磁场和线性驱动磁场间易发生相互影响。气浮导轨不仅没有上述缺点，还具有结构简单、质量轻便和设计灵活等优点。
发明内容
本发明的目的在于为了克服传统XY两坐标定位平台中存在的摩擦力大，惯量大和刚度不足等缺点，提供了一种基于直线电机驱动，气浮支撑的广义并联运动的XY两坐标气浮定位平台。
本发明通过以下的技术方案得以实现，
一种XY两坐标气浮定位平台，包括底座、X轴基座2、X轴导向导轨3、X轴直线电机定子4、Y轴基座6、Y轴直线电机定子7、Y轴导向导轨8、X轴滑台5、Y轴滑台9和工作平台10，底座上采用螺栓固定连接的方式安装了X轴基座2和Y轴基座6，X轴基座2上通过螺栓固定连接的方式安装X轴导向导轨3和X轴直线电机定子4，Y轴基座6上通过螺栓固定连接的方式安装Y轴导向导轨8和Y轴直线电机定子7，X轴滑台5包括X轴电机动子11、X轴工作导轨12、中间平台13和中间导轨14，Y轴滑台9包括Y轴直线电机动子15、Y轴工作导轨16、Y轴平台17、驱动连杆18、第一气浮滑块19和第二气浮滑块20，工作平台10包括工作导轨21、第三气浮滑块22和第四气浮滑块23，X轴直线电机定子4和Y轴直线电机定子7分别固定在X轴基座2和Y轴基座6上，减轻了运动部件的重量，降低了惯量。
所述X轴滑台5与工作平台10之间沿着Y轴方向相对运动，Y轴滑台9与工作平台10之间沿着X轴方向相对运动。
所述X轴滑台5与工作平台10，X轴滑台5与X轴基座2，Y轴滑台9与工作平台10，Y轴滑台9与Y轴基座6之间均用气浮导轨连接起来。
所述X轴直线电机动子11带动X轴滑台9沿X向运动，工作平台10位于X轴滑台9的上方，与其一起运动。
所述XY轴电机动子15带动Y轴滑台9沿Y向运动，通过驱动连杆18，进而为工作平台10提供Y向运动。
所述中间导轨13，工作平台10，驱动连杆和第一气浮滑块19、第二气浮滑块20、第三气浮滑块22、第四气浮滑块23构成了广义并联机构。
当X轴滑台5沿X轴方向运动，工作平台10位于X轴滑台5之上，与X轴滑台5一起沿X轴方向运动，此时通过工作导轨21与第三气浮滑块22、第四气浮滑块23，工作平台10与Y轴滑台9沿X轴方向作相对运动。当Y轴滑台9沿Y轴方向运动，驱动连杆18带动工作平台10沿Y轴方向运动，此时通过中间导轨14与第一气浮滑块19、第二气浮滑块20，工作平台10与X轴滑台5沿X轴方向作相对运动。
本发明的具体优点如下：
本本发明特点是启用气浮支撑形式，平台相对运动部分用一定刚度的气膜隔开，系统无摩擦，采用直线电机驱动的方式，避免高速运动下，质心偏转导致传动副精度降低的问题，提高平台定位精度、速度和加速度，满足工业要求。
发明提出了一种精密气浮定位平台。这种装置的结构特点是采用气浮支撑技术和广义并联机构，将驱动部件置于底座上，降低了机构的运动惯量和摩擦力，改善了系统的动态性能；同时采用直线电机直接驱动，省去了中间传动环节，而且直线电机具有高分辨率、无滞后、高响应、高速度体积小、力特性好、控制方便等特点，直线光栅作为末端位置反馈，可以较好保证系统的高精度。
与普通的XY两坐标运动平面相比，本发明的平台的电机定子都固定在在基座上上，从而可以显著减少系统的运动惯量；X轴滑台5与工作平台10，X轴滑台5与X轴基座2，Y轴滑台9与工作平台10，Y轴滑台9与Y轴基座6之间均用气浮导轨连接起来，因此，无摩擦，无磨损，清洁；运动过程中无摩擦产生的热量和摩擦功率损耗；整个平台结构刚性大，定位精度高。
本发明作为高加速，高速，高精度定位的XY两坐标气浮定位平台，特别适用于引线键合机。
附图说明
图1为本发明的XY两坐标气浮定位平台立体结构图。
图2为本发明的X轴滑台结构示意图。
图3为本发明的Y轴滑台结构示意图。
图4为本发明的工作平台的结构示意图。
图中：1、底座，2、X轴基座，3、X轴导向导轨，4、X轴直线电机定子，5、X轴滑台，6、Y轴基座，7、Y轴直线电机定子，8、Y轴导向导轨，9、Y轴滑台，10、工作平台。11、X轴直线电机动子，12、X轴工作导轨，13、中间平台，14、中间导轨，15、Y轴直线电机动子，16、Y轴工作导轨，17、Y轴平台，18、驱动连杆，19、第一气浮滑块、20、第二气浮滑块，工作导轨21，22、第三气浮滑块，23、第四气浮滑块。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明的结构做进一步说明。
如图1至4，一种XY两坐标气浮定位平台，包括底座、X轴基座2、X轴导向导轨3、X轴直线电机定子4、Y轴基座6、Y轴直线电机定子7、Y轴导向导轨8、X轴滑台5、Y轴滑台9和工作平台10，底座上采用螺栓固定连接的方式安装了X轴基座2和Y轴基座6，X轴基座2上通过螺栓固定连接的方式安装X轴导向导轨3和X轴直线电机定子4，Y轴基座6上通过螺栓固定连接的方式安装Y轴导向导轨8和Y轴直线电机定子7，X轴滑台5包括X轴电机动子11、X轴工作导轨12、中间平台13和中间导轨14，Y轴滑台9包括Y轴直线电机动子15、Y轴工作导轨16、Y轴平台17、驱动连杆18、第一气浮滑块19和第二气浮滑块20，工作平台10包括工作导轨21、第三气浮滑块22和第四气浮滑块23，X轴直线电机定子4和Y轴直线电机定子7分别固定在X轴基座2和Y轴基座6上，减轻了运动部件的重量，降低了惯量。
X轴滑台5与工作平台10之间沿着Y轴方向相对运动，Y轴滑台9与工作平台10之间沿着X轴方向相对运动。
X轴滑台5与工作平台10，X轴滑台5与X轴基座2，Y轴滑台9与工作平台10，Y轴滑台9与Y轴基座6之间均用气浮导轨连接起来。
X轴直线电机动子11带动X轴滑台9沿X向运动，工作平台10位于X轴滑台9的上方，与其一起运动。
XY轴电机动子15带动Y轴滑台9沿Y向运动，通过驱动连杆18，进而为工作平台10提供Y向运动。
中间导轨13，工作平台10，驱动连杆和第一气浮滑块19、第二气浮滑块20、第三气浮滑块22、第四气浮滑块23构成了广义并联机构。
当X轴滑台5沿X轴方向运动，工作平台10位于X轴滑台5之上，与X轴滑台5一起沿X轴方向运动，此时通过工作导轨21与第三气浮滑块22、第四气浮滑块23，工作平台10与Y轴滑台9沿X轴方向作相对运动。当Y轴滑台9沿Y轴方向运动，驱动连杆18带动工作平台10沿Y轴方向运动，此时通过中间导轨14与第一气浮滑块19、第二气浮滑块20，工作平台10与X轴滑台5沿X轴方向作相对运动。
如图1所示，底座1上采用螺栓固定连接的方式安装了X轴基座2和Y轴基座6。X轴基座上通过螺栓固定连接的方式安装X轴导向导轨3和X轴直线电机定子4。Y轴基座上通过螺栓固定连接的方式安装Y轴导向导轨8和Y轴直线电机定子7。X轴直线电机定子4和Y轴直线电机定子7固定在X轴基座2和Y轴基座6上，减轻了运动部件的重量，降低了惯量。X轴滑台5与工作平台10之间沿着Y轴方向相对运动，Y轴滑台与工作平台之间沿着X轴方向相对运动。X轴滑台5与工作平台10，X轴滑台5与X轴基座2，Y轴滑台9与工作平台，Y轴滑台9与Y轴基座6之间均用气浮导轨连接起来。
如图2所示，X轴滑台5包括X轴电机动子11，X轴工作导轨12，中间平台13和中间导轨14组成。中间平台13分别于X轴直线电机动子11，X轴工作导轨12，中间导轨14,通过螺栓相连接。
如图3所示，Y轴滑台9包括Y轴直线电机动子15，Y轴工作导轨16，Y轴平台17，驱动连杆18和第一气浮滑块19、第二气浮滑块20组成。Y轴平台17与Y轴工作导轨16，Y轴直线电机动子15，驱动连杆18，驱动连杆18与第一气浮滑块19、第二气浮滑块20通过螺栓相连接。
如图4所示，工作平台由工作导轨21和第三气浮滑块22、第四气浮滑块23组成。工作导轨21与第三气浮滑块22、第四气浮滑块23之间通过螺栓相连接。
工作时，X轴直线电机动子11通过螺栓与中间平台13相连，因此可通过X轴直线电机动子11直接带动中间平台13沿X方向运动。Y轴直线电机动子15通过螺栓与Y轴平台17相连，Y轴平台17通过螺栓与与驱动连杆18相连，因此可通过Y轴直线电机动子15驱动Y轴平台17，进而带动驱动连杆18，最后推动工作平台10沿Y轴方向。中间导轨14，工作平台10，驱动连杆18，第一气浮滑块19、第二气浮滑块20、第三气浮滑块22、第四气浮滑块23构成了广义并联机构。当X轴滑台5沿X轴方向运动，工作平台10位于X轴滑台5之上，与X轴滑台5一起沿X轴方向运动，此时通过工作导轨21与第三气浮滑块22、第四气浮滑块23，工作平台10与Y轴滑台9沿X轴方向作相对运动。当Y轴滑台9沿Y轴方向运动，驱动连杆18带动工作平台10沿Y轴方向运动，此时通过中间导轨14与第一气浮滑块19、第二气浮滑块20，工作平台10与X轴滑台5沿X轴方向作相对运动。
本发明为保证系统实现高速高精度运动，采用直线光栅尺（图中未标出）作为末端位置反馈元件进行伺服控制。
X轴滑台5与工作平台10，X轴滑台5与X轴基座2，Y轴滑台9与工作平台10，Y轴滑台9与Y轴基座6之间均用气浮导轨连接起。气浮导轨的进气孔与一定压力的气源相连接，使气浮导轨相对运动部件被一定刚度的气膜隔开。
本发明XY两坐标气浮定位平台所涉及的一些部件如气浮滑块，气浮导轨可选用厂家成型产品，或根据实际应用的设计由生产厂家进行配做，以减少零件加工的累计误差。
本发明XY两坐标气浮定位平台需购买一定量的标准件如螺栓、螺钉等，另外还需配置一定压力的气源设备（气泵）和气阀（换向阀、节流阀等）。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
Claims (6)
1.一种XY两坐标气浮定位平台，其特征是包括底座、X轴基座（2）、X轴导向导轨（3）、X轴直线电机定子（4）、Y轴基座（6）、Y轴直线电机定子（7）、Y轴导向导轨（8）、X轴滑台（5）、Y轴滑台（9）和工作平台（10），底座上采用螺栓固定连接的方式安装了X轴基座（2）和Y轴基座（6），X轴基座（2）上通过螺栓固定连接的方式安装X轴导向导轨（3）和X轴直线电机定子（4），Y轴基座（6）上通过螺栓固定连接的方式安装Y轴导向导轨（8）和Y轴直线电机定子（7），X轴滑台（5）包括X轴电机动子（11）、X轴工作导轨（12）、中间平台（13）和中间导轨（14），Y轴滑台（9）包括Y轴直线电机动子（15）、Y轴工作导轨（16）、Y轴平台（17）、驱动连杆（18）、第一气浮滑块（19）和第二气浮滑块（20），工作平台（10）包括工作导轨（21）、第三气浮滑块（22）和第四气浮滑块（23），X轴直线电机定子（4）和Y轴直线电机定子（7）分别固定在X轴基座（2）和Y轴基座（6）上。
2.根据权利要求1所述的XY两坐标气浮定位平台，其特征在于所述X轴滑台（5）与工作平台（10）之间沿着Y轴方向相对运动，Y轴滑台（9）与工作平台（10）之间沿着X轴方向相对运动。
3.根据权利要求1所述的XY两坐标气浮定位平台，其特征在于所述X轴滑台（5）与工作平台（10），X轴滑台（5）与X轴基座（2），Y轴滑台（9）与工作平台（10），Y轴滑台（9）与Y轴基座（6）间均用气浮导轨连接起来。
4.根据权利要求1所述的XY两坐标气浮定位平台，其特征在于所述X轴直线电机动子（11）带动X轴滑台（9）沿X向运动，工作平台（10）位于X轴滑台（9）的上方，与其一起运动。
5.根据权利要求1所述的XY两坐标气浮定位平台，其特征在于所述XY轴电机动子（15）带动Y轴滑台（9）沿Y向运动，通过驱动连杆（18），进而为工作平台（10）提供Y向运动。
6.根据权利要求1所述的XY两坐标气浮定位平台，其特征在于所述中间导轨（13），工作平台（10），驱动连杆和第一气浮滑块（19）、第二气浮滑块（20）、第三气浮滑块（22）、第四气浮滑块（23）构成了广义并联机构。
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| CN102723303B (zh) | 2015-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |