CN107387959B - 一体式高速超精密定位二维平台 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机加工辅助设备技术领域，具体涉及一种一体式高速超精密定位二维平台，包括底座，所述的底座上设置有浮动平台和平台支持底座，平台支持底座上设置有X轴宏动平台，X轴宏动平台上设置有Y轴宏动平台，Y轴宏动平台上设置有XY微动平台，浮动平台上设置有复合音圈电机，复合音圈电机内设置有复合旋转电机，复合旋转电机转子的前端设置有转子齿轮，Y轴宏动平台上设置有连接平台，连接平台的下部设置有齿条，齿条与转子齿轮啮合连接，X轴宏动平台的一侧面设置有导轨，导轨上设置有滑块，滑块与复合旋转电机定子固定连接，该装置解决了并联驱动电机占用大量空间而无法节省整机空间的问题，同时定位精度高，使用方便。

Description

一体式高速超精密定位二维平台
技术领域
本发明属于机加工辅助设备技术领域，具体涉及一种一体式高速超精密定位二维平台。
背景技术
随着微电子产业快速发展，大行程超精密定位平台作为关键设备的作用性已经显现，特别是在引线键合及光刻等微电子制造领域中，更需要运动平台完成高加速度超精密定位运动。目前，高加速度超精密运动平台一般通过两个直线电机的并联驱动实现二维空间完成长行程和快速定位，这就扩大了运动平台占用空间，不利于整机设备空间设计及成本节省。在实现高加速超精密的同时，实现运动平台占用空间有效缩减具有重要意义。对于机加工时间缩短、生产效率提高和利润目前国内的高速超精密运动平台主要通过两个直线电机并联驱动来完成平台二维运动的,这些定位虽然实现了高加速、高速度，但是两个直线电机并联使得运动平台占用空间增大，不可避免扩大了整机设备空间，限制了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种一体式高速超精密定位二维平台，该一体式高速超精密定位二维平台解决了并联驱动电机占用大量空间而无法节省整机空间的问题，同时定位精度高，使用方便。
本发明是这样实现的：一体式高速超精密定位平台，包括底座，其特征在于：所述的底座上设置有浮动平台和平台支持底座，平台支持底座上设置有X轴宏动平台，平台支持底座与X轴宏动平台之间设置有X轴平台前导轨副和X轴平台后导轨副，X轴宏动平台上设置有Y轴宏动平台，X轴宏动平台与Y轴宏动平台之间设置有Y轴平台右导轨副和Y轴平台左导轨副，Y轴宏动平台上设置有XY微动平台，浮动平台上设置有复合音圈电机定子，复合音圈电机定子内设置有复合音圈电机转子，复合音圈电机转子内设置有复合旋转电机转子，复合旋转电机转子内设置有复合旋转电机定子，复合旋转电机转子的前端设置有转子齿轮，Y轴宏动平台上设置有连接平台，连接平台的下部设置有齿条，齿条与转子齿轮啮合连接，X轴宏动平台的一侧面设置有导轨，导轨上设置有滑块，滑块与复合旋转电机定子固定连接。
所述的浮动平台包括上平台和下平台，上平台和下平台之间设置有左导轨副和右导轨副，左导轨副和右导轨副为滑动导轨副，下平台的中间位置设置有台阶状凹槽，台阶状凹槽的前后面设置有前挡块和后挡块，前挡块和后挡块之间设置有左导杆和右导杆，左导杆和右导杆的中部设置有中央挡块，中央挡块与上平台连接，左导杆上设置有左前弹簧和左后弹簧，右导杆上设置有右前弹簧和右后弹簧。
所述的中央挡块与前挡板之间设置有前阻尼器，中央挡块与后挡板之间设置有后阻尼器。
所述的Y轴平台右导轨副和Y轴平台左导轨副为滑动导轨副，X轴平台前导轨副和X轴平台后导副为滑动导轨副。
所述的复合音圈电机转子与复合旋转电机转子之间设置有左滑动轴承和右滚动轴承。
所述的复合旋转电机转子与转子齿轮固定连接。
所述的Y轴宏动平台靠近连接平台的一侧设置有粗光栅玻璃尺读头，Y轴宏动平台的另一侧设置有精光栅玻璃尺读头，X轴宏动平台的上表面的Y轴方向设置有Y轴平台左光栅尺和Y轴平台右光栅尺，X轴宏动平台下部X轴方向设置有X轴平台前光栅尺和X轴平台后光栅尺，平台支撑底座的前侧面固定设置有粗光栅玻璃尺读头，平台支撑底座的后侧面固定设置有精光栅玻璃尺读头。
所述的Y轴宏动平台的粗光栅玻璃尺读头与Y轴平台左光栅尺对齐，Y轴宏动平台的精光栅玻璃尺读头与Y轴平台右光栅尺对齐，平台支撑底座的粗光栅玻璃尺读头与X轴平台前光栅尺对齐，平台支撑底座的精光栅玻璃尺读头与X轴平台后光栅尺对齐。
所述的XY微动平台与Y轴宏动平台通过柔性铰链连接，XY微动平台上设置有X轴压电驱动器和Y轴压电驱动器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该一体式高速超精密定位二维平台采用一体式复合电机同时驱动X轴宏动平台和Y轴宏动平台运动，结构紧凑、使用方便，解决了并联驱动电机占用大量空间而无法节省整机空间和成本的问题；
2、玻璃测量光栅尺通过定位平台对运动机构的位置信号进行反馈，同时通过微动平台进行误差补偿，从而进行精确定位，实现整个二维平台的精密定位运动，定位精度高；
3、浮动平台消除了一体式复合电机运动时引起的振动，浮动平台的工作过程是双串联式运动机构运动带动上平台运动，上平台沿着导轨副在下平台上运动，同时左、右弹簧被拉伸或压缩，前、后阻尼器保护弹簧变形过大而失效，当到弹簧拉伸或压缩的最大距离时，开始向相反方向运动，从而可以消除因双串联式运动机构运动带来的振动。
附图说明
图1为一体式高速超精密定位二维平台的结构示意图；
图2为复合旋转电机的结构示意图；
图3为上平台的结构示意图；
图4为浮动平台拆除上平台的结构示意图；
图5为Y轴宏动平台的结构示意图；
图6为X轴宏动平台的结构示意图；
图7为平台支撑底座的结构示意图；
图中：1-浮动平台，2-复合音圈电机定子，3-复合音圈电机转子，4-连接平台，5-转子齿轮，6-复合旋转电机定子，7-滑块，8-导轨，9- Y轴宏动平台，10- XY微动平台，11- X轴宏动平台，12-平台支撑底座，13-底座，14-左滚动轴承，15-复合旋转电机转子，16-右滚动轴承，17-左导轨副，18-上平台，19-右导轨副，20-下平台，21-左前弹簧，22-后挡块，23-左后弹簧，24-左导杆，25-后阻尼器，26-右后弹簧，27-右导杆，28-前阻尼器，29-中央挡块，30-右前弹簧，31-前挡块，32-齿条，33-粗光栅玻璃尺读头，34-X轴压电驱动器，35-Y轴压电驱动器，36-柔性铰链，37-精光栅玻璃尺读头，38-Y轴平台右导轨副，39-Y轴平台左导轨副，40- X轴平台前光栅尺，41-X轴平台前导轨副，42-X轴平台后导轨副，43-X轴平台后光栅尺，44-Y轴平台左光栅尺，45-Y轴平台右光栅尺。
具体实施方式
实施例1，如图1-图7结构所示，一体式高速超精密定位平台，包括底座13，所述的底座13上设置有浮动平台1和平台支持底座12，平台支持底座12上设置有X轴宏动平台11，平台支持底座12与X轴宏动平台11之间设置有X轴平台前导轨副41和X轴平台后导轨副42，X轴宏动平台11上设置有Y轴宏动平台9，X轴宏动平台11与Y轴宏动平台9之间设置有Y轴平台右导轨副38和Y轴平台左导轨副39，Y轴宏动平台9上设置有XY微动平台10，浮动平台1上设置有复合音圈电机定子2，复合音圈电机定子2内设置有复合音圈电机转子3，复合音圈电机转子3内设置有复合旋转电机转子15，复合旋转电机转子15内设置有复合旋转电机定子6，复合旋转电机转子15的前端设置有转子齿轮5，复合旋转电机转子15与转子齿轮5固定连接，Y轴宏动平台9上设置有连接平台4，连接平台4的下部设置有齿条32，齿条32与转子齿轮5啮合连接， X轴宏动平台11的一侧面设置有导轨8，导轨8上设置有滑块7，滑块7与复合旋转电机定子6固定连接。
所述的浮动平台1包括上平台18和下平台20，上平台18和下平台20之间设置有左导轨副17和右导轨副19，左导轨副17和右导轨副19为滑动导轨副，下平台20的中间位置设置有台阶状凹槽，台阶状凹槽的前后面设置有前挡块31和后挡块22，前挡块31和后挡块22之间设置有左导杆24和右导杆27，左导杆24和右导杆27的中部设置有中央挡块29，中央挡块29与上平台18连接，中央挡块29与前挡板31之间设置有前阻尼器28，中央挡块29与后挡板2之间设置有后阻尼器25，前、后阻尼器设置在中央挡块29的中间位置，左导杆24上设置有左前弹簧21和左后弹簧23，右导杆27上设置有右前弹簧30和右后弹簧26。
所述的Y轴平台右导轨副38和Y轴平台左导轨副39为滑动导轨副，X轴平台前导轨副41和X轴平台后导副42为滑动导轨副。
所述的复合音圈电机转子3与复合旋转电机转子15之间设置有左滑动轴承14和右滚动轴承16。
所述的Y轴宏动平台9靠近连接平台4的一侧设置有粗光栅玻璃尺读头33，Y轴宏动平台9的另一侧设置有精光栅玻璃尺读头37，X轴宏动平台11的上表面的Y轴方向设置有Y轴平台左光栅尺44和Y轴平台右光栅尺45，X轴宏动平台11下部X轴方向设置有X轴平台前光栅尺40和X轴平台后光栅尺43，平台支撑底座12的前侧面固定设置有粗光栅玻璃尺读头33，平台支撑底座12的后侧面固定设置有精光栅玻璃尺读头37。
所述的Y轴宏动平台9的粗光栅玻璃尺读头33与Y轴平台左光栅尺对齐44，Y轴宏动平台9的精光栅玻璃尺读头37与Y轴平台右光栅尺45对齐，平台支撑底座12的粗光栅玻璃尺读头33与X轴平台前光栅尺40对齐，平台支撑底座12的精光栅玻璃尺读头37与X轴平台后光栅尺43对齐。
所述的XY微动平台10与Y轴宏动平台9通过柔性铰链36连接，XY微动平台10上设置有X轴压电驱动器34和Y轴压电驱动器35。
复合音圈电机定子2驱动复合音圈电机转子3，推动与复合音圈电机转子3连接的X轴宏动平台11实现X方向的高速长行程运动；同时复合旋转电机定子6驱动复合旋转电机转子齿轮5，通过啮合齿条32 带动Y轴宏动平台9沿着Y方向高速长行程运动；Y轴宏动平台9上X轴压电驱动器34，Y轴压电驱动器35分别根据X方向和Y方向运动误差驱动柔性铰链实现误差补偿和超精密定位；同时通过浮动平台1来消除复合式电机在运动过程中的振动，最终通过一体式的复合式电机驱动实现高速、长行程和超精密定位运动。
本发明在使用时，转子齿轮与紧固在连接平台上的齿条啮合，驱动Y轴宏动平台在Y轴方向上高速运动，紧固连接在Y轴宏动平台两侧的粗光栅玻璃尺读头与精光栅玻璃尺读头分别读取紧固在X轴运动平台左右两侧的Y轴平台左光栅尺与Y轴平台右光栅尺的读数，获得测量误差的同时，Y轴压电驱动器驱动柔性铰链进行误差补偿并进行精确定位；复合音圈电机转子通过滑块和导轨的解耦运动驱动X轴宏动平台在X方向上高速运动，紧固在平台支撑底座前后两侧的粗光栅玻璃尺读头与精光栅玻璃尺读头分别读取紧固在X轴运动平台前后两侧的X轴平台前光栅尺与X轴平台后光栅尺的读数，获得测量误差的同时，X轴压电驱动器驱动柔性铰链进行误差补偿并进行精确定位；最终获得X、Y方向的超精密定位。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一体式高速超精密定位平台，包括底座，其特征在于：所述的底座上设置有浮动平台和平台支持底座，平台支持底座上设置有X轴宏动平台，平台支持底座与X轴宏动平台之间设置有X轴平台前导轨副和X轴平台后导轨副，X轴宏动平台上设置有Y轴宏动平台，X轴宏动平台与Y轴宏动平台之间设置有Y轴平台右导轨副和Y轴平台左导轨副，Y轴宏动平台上设置有XY微动平台，浮动平台上设置有复合音圈电机定子，复合音圈电机定子内设置有复合音圈电机转子，复合音圈电机转子内设置有复合旋转电机转子，复合旋转电机转子内设置有复合旋转电机定子，复合旋转电机转子的前端设置有转子齿轮，Y轴宏动平台上设置有连接平台，连接平台的下部设置有齿条，齿条与转子齿轮啮合连接，X轴宏动平台的一侧面设置有导轨，导轨上设置有滑块，滑块与复合旋转电机定子固定连接；
所述的浮动平台包括上平台和下平台，上平台和下平台之间设置有左导轨副和右导轨副，左导轨副和右导轨副为滑动导轨副，下平台的中间位置设置有台阶状凹槽，台阶状凹槽的前后面设置有前挡块和后挡块，前挡块和后挡块之间设置有左导杆和右导杆，左导杆和右导杆的中部设置有中央挡块，中央挡块与上平台连接，左导杆上设置有左前弹簧和左后弹簧，右导杆上设置有右前弹簧和右后弹簧；所述的中央挡块与 前挡板之间设置有前阻尼器中央挡块与后挡板之间设置有后阻尼器；
所述的Y轴宏动平台靠近连接平台的一侧设置有粗光栅玻璃尺读头，Y轴宏动平台的另一侧设置有精光栅玻璃尺读头，X轴宏动平台的上表面的Y轴方向设置有Y轴平台左光栅尺和Y轴平台右光栅尺，X 轴宏动平台下部X轴方向设置有X轴平台前光栅尺和X轴平台后光栅尺，平台支撑底座的前侧面固定设置有粗光栅玻璃尺读头，平台支撑底座的后侧面固定设置有精光栅玻璃尺读头；
所述的Y轴宏动平台的粗光栅玻璃尺读头与Y轴平台左光栅尺对齐，Y轴宏动平台的精光栅玻璃尺读头与Y轴平台右光栅尺对齐，平台支撑底座的粗光栅玻璃尺读头与X轴平台前光栅尺对齐，平台支撑底座的精光栅玻璃尺读头与X轴平台后光栅尺对齐；
所述的XY微动平台与Y轴宏动平台通过柔性铰链连接，XY微动平台上设置有X轴压电驱动器和Y轴压电驱动器。
2.根据权利要求1所述的一体式高速超精密定位平台，其特征在于：所述的Y轴平台右导轨副和Y轴平台左导轨副为滑动导轨副，X轴平台前导轨副和X轴平台后导副为滑动导轨副。
3.根据权利要求1所述的一体式高速超精密定位平台，其特征在于：所述的复合音圈电机转子与复合旋转电机转子之间设置有左滑动轴承和右滚动轴承。
4.根据权利要求1所述的一体式高速超精密定位平台，其特征在于：所述的复合旋转电机转子与转子齿轮固定连接。
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