CN105252505B - 精密气浮位移平台 - Google Patents

Abstract

一种精密气浮位移平台，在基座上固定有相互平行的两根纵向导轨，两根横向导轨的两端通过纵向滑块滑动连接在纵向导轨上；矩形移动框架的两端各通过一横向滑块滑动连接在横向导轨上；一侧的两个纵向滑块的外侧通过封板相互连接，在封板的外侧装有摩擦轮横向驱动装置，通过横向推杆与该矩形移动框架对应的边连接；在该基座的上面装有摩擦轮纵向驱动装置，通过纵向推杆与一根横向导轨的外侧中部连接；在横向滑块的下面与基座之间设有卸载气浮装置。本发明的优点是：运动机构采用井字形高精度气浮导轨实现XY轴精密导向，在平台负载主体与大理石之间设置卸载气浮装置，减小导轨负载，增大平台的承载能力；同时加入摩擦轮驱动机构，提高驱动平稳性。

Description

精密气浮位移平台

技术领域

本发明涉及一种气浮台结构，尤其涉及一种能同时提供X向及Y向高精度运动定位的气浮台结构，属于精密机械加工及微纳检测领域。本装置主要用于为光刻掩模版及MEMS/NEMS检测领域同时提供X向及Y向稳定且高精确的运动。

背景技术

精密机械加工及检测领域经常需要能够同时提供X向和Y向运动功能的二维运动平台；传统二维运动平台一般多设置在直线导轨上，直线导轨既负责精确导向又负责承载平台及平台上工作件的重量，当平台在高承载下，存在运动导向精度不能满足的问题。

现有平台多采用T形高精度导轨，横向导轨固定于基座上，T形横向移动台架顶端横梁固定设置在横向导轨活动滑块上，在T形横向移动台架的纵梁底端固定设置有支撑行走轮，T 形横向移动台架上分别设置有纵向导轨和纵向驱动装置，平台一侧固定在纵向导轨滑块上，平台底面一般采用支撑行走轮或气浮垫。此类平台虽然解决了平台承载力和精度之间的矛盾，但T形导轨平台由于纵向导轨的驱动只来源于一端且移动架纵梁底端设置的是支撑行走轮，造成纵向导轨运动不稳定，容易产生偏摆，引入误差，从而降低了平台的精度。

发明内容

针对传统二维运动平台设计中导轨既导向又负责承载而造成的平台在高承载下运动导向精度不能满足，以及现有T形导轨二维运动平台中纵向导轨运动的不稳定性的问题，本发明提出了一种精密气浮位移平台。

本发明的技术方案是：一种精密气浮位移平台，其特征在于，包括底板、横向导轨、纵向导轨、横向气浮滑套、纵向气浮滑套、矩形移动框架、摩擦轮横向驱动装置和摩擦轮纵向驱动装置，在底板上固定有相互平行的两根纵向导轨，两横向导轨两端各通过一个纵向气浮滑套滑动连接在纵向导轨上，矩形移动框架的相对边的两端各通过一横向气浮滑套滑动连接在横向导轨上；安装在同一根所述的纵向导轨上的两个纵向气浮滑套的外侧通过封板相互连接，在一个该封板的外侧装有摩擦轮横向驱动装置，该摩擦轮横向驱动装置通过横向推杆与该矩形移动框架对应的边连接；在该底板的上面装有摩擦轮纵向驱动装置，该摩擦轮纵向驱动装置通过纵向推杆与一根该横向导轨的外侧中部连接；在所述的横向气浮滑套的下面与底板之间设有卸载气浮装置；在所述的横向气浮滑套和纵向气浮滑套的内侧四面均设有气浮结构，在工作时与压缩空气气源连接形成气浮垫。

所述的横向推杆与矩形框架之间，以及纵向推杆与横向导轨之间分别通过磁环座柔性连接，该磁环座由底部的连接座和顶部组成，在顶部的顶端设有球面凹槽；在横向推杆和纵向推杆的顶端设有与该球面凹槽吻合的球面顶。

所述的摩擦轮横向驱动装置和摩擦轮纵向驱动装置结构相同，包括直流力矩电机、减速器、摩擦轮、导向轴承、横向驱动杆和支座，在支座 的上部设有凹槽，在该凹槽内滑动安装横向驱动杆，直流力矩电机与横向推杆的方向垂直，安装在凹槽的上部的外侧，直流力矩电机的输出端安装减速器，减速器的输出轴安装摩擦轮，摩擦轮与横向驱动杆的上面摩擦传动连接，输出稳定的力矩；在支座的凹槽两侧和下面装有多对导向轴承，为横向驱动杆导向。

所述的横向气浮导轨和纵向气浮导轨由大理石加工而成，加工平面度000+级。

所述的底板采用大理石制成，保证平面度000+级。

本发明的优点是：运动机构采用井字形高精度气浮导轨实现XY轴精密导向，在平台负载主体与大理石之间设置卸载气浮，减小导轨负载，增大平台的承载能力；同时加入摩擦轮驱动机构，提高驱动平稳性，最终实现了高承载、高精度、高稳定性，解决定位平台精度不足的问题。结构简单，容易实施。

附图说明

图1是本发明总体的立体结构示意图。

图2是本发明中卸载气浮装置结构示意图。

图3是本发明中四面气浮支撑结构示意图。

图4是本发明中磁环座结构示意图；

图5是本发明中摩擦轮横向驱动装置和摩擦轮纵向驱动装置结构示意图。

具体实施方式

参见图1-图5，本发明一种精密气浮位移平台，其特征在于，包括大理石底板1、横向导轨3、纵向导轨2、横向气浮滑套6、纵向气浮滑套4、矩形移动框架5、摩擦轮横向驱动装置7和摩擦轮纵向驱动装置8，在底板1上固定有相互平行的两根纵向导轨2，两横向导轨3两端各通过一个纵向气浮滑套4滑动连接在纵向导轨2上，矩形移动框架5的相对边的两端各通过一横向气浮滑套6滑动连接在横向导轨3上。安装在同一根纵向导轨2上的两个纵向气浮滑套4的外侧通过封板9相互连接，在一个该封板9的外侧装有摩擦轮横向驱动装置7，该摩擦轮横向驱动装置7通过横向推杆12与该矩形移动框架5对应的边连接；在该底板1的上面（靠近一边）装有摩擦轮纵向驱动装置8，该摩擦轮纵向驱动装置8通过纵向推杆13与一根该横向导轨3的外侧中部连接。在所述的横向气浮滑套6的下面与底板1之间设有卸载气浮装置10（具体结构如图2所示）。在所述的横向气浮滑套6和纵向气浮滑套4的内侧四面均设有气浮结构14，在工作时与压缩空气气源连接形成气浮垫。

所述的横向推杆12与矩形框架5之间，以及纵向推杆13与横向导轨3之间分别通过磁环座11柔性连接，该磁环座11由底部的连接座111和顶部112组成，在顶部112的顶端设有球面凹槽113（参见图4）；在横向推杆12和纵向推杆13的顶端设有与该球面凹槽113吻合的球面顶。

参见图5，所述的摩擦轮横向驱动装置7包括直流力矩电机71、减速器72、摩擦轮73、导向轴承74、横向驱动杆75和支座76，在支座76 的上部设有凹槽，在该凹槽内滑动安装横向驱动杆75（与所述的横向推杆12同轴连接或为一体结构。为了整体结构的清楚，图中只用虚线画出了横向驱动杆75所在的位置），直流力矩电机71与横向推杆12的方向垂直，安装在凹槽的上部的外侧，直流力矩电机71的输出端安装减速器72，减速器72的输出轴安装摩擦轮73，摩擦轮73与横向驱动杆75的上面摩擦传动连接，输出稳定的力矩。在支座76的凹槽两侧和下面装有多对导向轴承74（在横向驱动杆75的下面设两个，在横向驱动杆75的两端的两侧各设一个），为横向驱动杆75导向。摩擦轮纵向驱动装置8与摩擦轮横向驱动装置7的结构相同。

所述的横向气浮导轨3和纵向气浮导轨2由大理石加工而成，加工平面度000+级。

本发明的横向气浮滑套6和纵向气浮滑套4的气浮结构14在工作时充入洁净压缩空气后，在与纵向导轨2和横向导轨3的接触面之间形成气膜（气浮垫），起支撑和隔振作用，使得横向导轨3可以在Y方向、矩形移动框架5在X方向无摩擦地自由移动。一条纵向导轨2上的两个纵向气浮滑套4起导向作用；另一条纵向导轨2上的两个纵向气浮滑套4起跟随作用，这种设计的目的是消除Y方向驱动时造成的过约束误差。所述横向导轨3具有相同的设计。各方向独立运动消除了平面运动耦合，实现了共面二维正交运动。

所述的矩形移动框架5是运动平台的承载体，上面板设置有螺纹孔可以固定不同台面。矩形移动框架5四角下端设的卸载气浮10，活动设置在地板1上，充入洁净的压缩空气后，与地板1的平面形成气膜（气浮垫），可以随纵、横导轨在平面X、Y两个方向上无摩擦自由滑动，减小对横向导轨3的负载，增大平台的承载能力。摩擦轮横向驱动装置7和摩擦轮纵向驱动装置8分别通过驱动横向推杆12和纵向推杆13实现对矩形移动框架5的X、Y向的精确移动定位。

上述摩擦轮横向驱动装置7和摩擦轮纵向驱动装置8的驱动方式可以是直线电机或音圈电机。采用摩擦轮驱动装置，具有恒定力矩推动和自锁定位功能。在矩形移动框架四角设置的卸载气浮装置10，直接卸载到大理石基座，减小了导轨的变形，增大了平台的承载能力，提高平台精度。同时矩形移动框架5可以安装纳米级位移平台，进一步提高检测精度。

Claims (1)

1.一种精密气浮位移平台，其特征在于，包括底板、横向导轨、纵向导轨、横向气浮滑套、纵向气浮滑套、矩形移动框架、摩擦轮横向驱动装置和摩擦轮纵向驱动装置，在底板上固定有相互平行的两根纵向导轨，两横向导轨两端各通过一个纵向气浮滑套滑动连接在纵向导轨上，矩形移动框架的相对边的两端各通过一横向气浮滑套滑动连接在横向导轨上；安装在同一根所述的纵向导轨上的两个纵向气浮滑套的外侧通过封板相互连接，在一个该封板的外侧装有摩擦轮横向驱动装置，该摩擦轮横向驱动装置通过横向推杆与该矩形移动框架对应的边连接；在该底板的上面装有摩擦轮纵向驱动装置，该摩擦轮纵向驱动装置通过纵向推杆与一根该横向导轨的外侧中部连接；在所述的横向气浮滑套的下面与底板之间设有卸载气浮装置；在所述的横向气浮滑套和纵向气浮滑套的内侧四面均设有气浮结构，在工作时与压缩空气气源连接形成气浮垫；

所述的横向推杆与矩形框架之间，以及纵向推杆与横向导轨之间分别通过磁环座柔性连接，该磁环座由底部的连接座和顶部组成，在顶部的顶端设有球面凹槽；在横向推杆和纵向推杆的顶端设有与该球面凹槽吻合的球面顶；

所述的摩擦轮横向驱动装置和摩擦轮纵向驱动装置结构相同，包括直流力矩电机、减速器、摩擦轮、导向轴承、横向驱动杆和支座，在支座 的上部设有凹槽，在该凹槽内滑动安装横向驱动杆，直流力矩电机与横向推杆的方向垂直，安装在凹槽的上部的外侧，直流力矩电机的输出端安装减速器，减速器的输出轴安装摩擦轮，摩擦轮与横向驱动杆的上面摩擦传动连接，输出稳定的力矩；在支座的凹槽两侧和下面装有多对导向轴承，为横向驱动杆导向。