CN107971765B - 一种可调超高加速度宏微运动平台 - Google Patents

一种可调超高加速度宏微运动平台 Download PDF

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Abstract

本发明属于微电子制造装备运动平台技术领域，具体涉及一种可调超高加速度宏微运动平台，包括基座、设置在基座上的宏微运动平台，宏微运动平台的左右两侧分别连接有直线电机组，直线电机组设置在减振平台上，减振平台的下部均与基座相连接，减振平台包括下底座、上底座和减振模块，下底座固定在基座上，上底座和下底座之间设置有滑动副，减振模块设置在下底座和上底座之间，本装置能够产生超大力和超大加速度，并且提供的力和加速度能够根据需要进行调整。

Description

一种可调超高加速度宏微运动平台
技术领域
本发明属于微电子制造装备技术领域，具体涉及一种可调超高加速度宏微运动平台。
背景技术
随着微电子产业快速发展，超大力、高加速度、力度调节方便的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超大力、高加速度超精密定位运动。目前，超高速的宏微运动平台是通过提高平台运动的行程来提高加速度和力的，运动平台产生力道的大小与平台运动的行程有很大的关系，而且现有运动平台所能产生的总力度调整不便，最后，当运动平台能够在短时间内产生足够大力度的时候，就必须优化运动平台的减振机构和运动机构，从而保证宏微运动平台的精度。
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可调超高加速度宏微运动平台。
本发明是这样实现的：一种可调超高加速度宏微运动平台，其特征在于：包括基座、设置在基座上的宏微运动平台，宏微运动平台的左右两侧分别连接有直线电机组，宏微运动平台左右两侧的直线电机组结构相同，所述宏微运动平台一侧的直线电机组包括多个直线电机，直线电机之间设置有臂杆，臂杆将直线电机连接成一体，每个直线电机均安装在一个减振平台上，每个减振平台的下部均与基座相连接，所述的减振平台包括下底座、上底座和减振模块，所述的下底座固定在基座上，下底座的上表面上设置有多列相互平行的导轨，导轨的走向与直线电机的运动方向相同，直线电机组的两端分别设置有一个挡板，挡板的下端固定在下底座的上表面上，所述的上底座的下表面上设置有有多列相互平行的滑块，滑块放置在导轨上，滑块与导轨之间组成滑动副，每个上底座上设置有导孔，上底座之间的导孔内设置有一根导柱，导柱的两端分别与下底座两端的挡板相连接，所述的减振模块包括U形的导杆锁、导杆、小滑块、弹性元件和阻尼，所述的导杆的两端分别与导杆锁相连接，所述的小滑块上设置有通孔，导杆从小滑块上的通孔内穿过，导杆锁和小滑块之间的导杆外圆面上套装有弹性元件，导杆锁和小滑块之间还设置有阻尼，所述的导杆锁、小滑块分别与下底座、上底座相连接。
所述的宏微运动平台包括底座，中间平台和定位平台，所述底座的下部与基座相连接，底座的上表面与中间平台的下表面之间设置有滑轨副，滑轨副的运动方向与直线电机的运动方向相同，中间平台的左右两个端面上设置有凸台，所述的凸台与臂杆相连接，所述的定位平台的中部设置有孔洞，孔洞内设置有柔性平台，柔性平台的端面与定位平台孔洞的内表面之间通过多个连接条柔性连接，柔性平台与定位平台之间设置有压电制动器，柔性平台与中间平台的上表面固定连接；宏微运动平台还包括光栅尺和读数头，所述的光栅尺、读数头分别安装在定位平台、底座的前侧面或者后侧面上。
进一步优化，所述的直线电机为音圈电机。
进一步优化，所述上底座上的导孔为两列，两列导孔相互平行。
进一步优化，所述的臂杆包括U型臂杆和杆状臂杆，U型臂杆包括横梁和与横梁的两端相连接的水平梁，横梁与中间平台端面上的凸台相连接，U型臂杆的两根水平梁分别与直线电机两侧的杆状臂杆相连接，杆状臂杆之间首尾相连接，杆状臂杆的侧面与直线电机相连接。
更进一步优化，所述的光栅尺安装在定位平台的前侧面上，读数头安装在底座的前侧面上，读数头位于光栅尺的前方。
更进一步优化，基座上表面与中间平台下表面之间的滑轨副接触面为竖直面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本装置中宏微运动平台固定在基座上，宏伟运动平台的左右两侧设置有多个直线电机，多个直线电机之间通过臂杆串联起来组成直线电机组，直线电机组与宏微运动平台通过臂杆相连接，臂杆将各个直线电机产生的力传递到宏微运动平台上，从而在宏微运动平台上产生了超大力和超大加速度。
2、减振平台包括下底座、上底座和减振模块，所述的减振模块包括U形的导杆锁、导杆、小滑块、弹性元件和阻尼，导杆的两端分别与导杆锁相连接，小滑块上设置有通孔，导杆从小滑块上的通孔内穿过，导杆锁和小滑块之间的导杆外圆面上套装有弹性元件，导杆锁和小滑块之间还设置有阻尼，所述的导杆锁和小滑块分别与下底座、上底座相连接，当上底座在下底座上左右运动，小滑块随着上底座一起左右运动，导杆外圆面上的弹性元件随着上底座的左右运动被拉伸或压缩，阻尼能够保护弹性元件不会变形过大而失效，当到弹性元件拉伸或压缩的最大距离时，开始向相反方向运动，从而保证减振平台始终处于正常工作状态，从而保证宏微运动平台的精度。
3、减振平台的上底座上设置有两列相互平行的导孔，每列导孔内设置有一根导柱，导柱的两端分别与下底座两端的挡板相连接，导柱从基座上安装的减振平台上穿过，上述的结构保证直线电机左右直线运动的同时，又限制了直线电机在其它维度的跳动，从而保证宏微运动平台的精度；导柱这个构件方便了直线电机组上直线电机数量的扩展，从而方便宏微运动平台所能产生的总力度的调整。
4、基座上表面与中间平台下表面之间的滑轨副接触面为竖直面，滑轨副的设置形式有利于防止中间平台在基座上发生前后跳动，进而保证宏微运动平台的精度。
附图说明
图1为可调超高加速度宏微运动平台的结构示意图。
图2为可调超高加速度宏微运动平台主视方向的结构示意图。
图3为可调超高加速度宏微运动平台俯视方向的结构示意图。
图4为本装置中最左侧的直线电机、减振平台和基座之间的安装结构示意图。
图5为下底座、上底座和导柱装配体左视方向的结构示意图。
图6为下底座、上底座和导柱装配体主视方向的结构示意图。
图7为减振模块的结构示意图。
图8为宏微运动平台主视方向的结构示意图。
图9为宏微运动平台俯视方向的结构示意图。
图10为底座的结构示意图。
图11为底座、中间平台和滑轨副装配在一起的结构示意图
图12为定位平台和柔性平台连接后的结构示意图。
实施方式
实施例1，如图1-图12结构所示，
一种可调超高加速度宏微运动平台，包括基座1、设置在基座1上的宏微运动平台2，宏微运动平台2的左右两侧分别设置有直线电机组3，宏微运动平台2左右两侧的直线电机组3结构相同，宏微运动平台2一侧的的直线电机组3包括三个直线电机4，所述的直线电机4为音圈电机,直线电机4之间通过臂杆5相连接，每个直线电机4下方均设置有一个减振平台上，减振平台的下部与基座1相连接，所述的减振平台包括下底座6、上底座7和减振模块8，下底座6固定在基座1上，下底座6的上表面上设置有两列相互平行的导轨6-1，导轨6-1的走向与直线电机4的运动方向相同，最外侧下底座6的外部分别设置有一个挡板9，挡板9的下端固定在下底座6上，上底座7的下表面上设置有两列相互平行的滑块7-1，滑块7-1放置在导轨6-1上，滑块7-1在导轨6-1的限制下只能沿着导轨6-1左右移动，即上底座7只能沿着下底座6沿左右方向上直线运动，每个上底座7上设置有两列相互平行导孔7-2，上底座7上的导孔7-2同轴，同一列导孔7-2之间设置有一根导柱10，导柱10将所有的上底座7串联在一起，上底座7能够沿着导柱10的轴线左右移动，导柱10的两端分别与下底座6两端的挡板9相连接。所述的减振模块8包括U形的导杆锁8-1、导杆8-2、小滑块8-3、弹性元件8-4和阻尼8-5，所述的导杆8-2的两端分别与导杆锁8-1相连接，导杆8-2为水平状，所述的小滑块8-3上设置有通孔，导杆8-2从小滑块8-3上的通孔内穿过，小滑块8-3能够沿着导杆8-2左右滑动，导杆锁8-1和小滑块8-3之间的导杆8-2外圆面上套装有弹性元件8-4，所述的弹性元件8-4为压缩弹簧，所以弹性元件8-4的个数为两个，分别位于小滑块8-3的左右两侧，导杆锁8-1和小滑块8-3之间还设置有阻尼8-5，每个减振模块8上的阻尼8-5共有两个，分别安装在小滑块8-3的左右两侧，所述的导杆锁8-1安装在下底座6上，小滑块8-3安装在上底座7上。
所述的宏微运动平台2包括底座11、中间平台12和定位平台13，所述底座11的下部与基座1相连接，底座11的上表面与中间平台12的下表面之间设置有滑轨副14，滑轨副14的运动方向与直线电机4的运动方向相同，滑轨副14的接触面为竖直面，中间平台12的左右两个端面上设置有凸台15，所述的凸台15与臂杆5相连接，所述的定位平台13的中部设置有孔洞，孔洞内设置有柔性平台16，柔性平台16的端面与定位平台13孔洞的内表面之间通过多个连接条柔性连接，柔性平台16与定位平台13之间设置有压电制动器17，柔性平台16与中间平台12的上表面固定连接，压电制动器17采用陶瓷制动器，压电制动器的行程在纳米级别，压电制动器可实现与直线电机之间的反馈互动，进而实现宏微运动平台的微调，提高宏微运动平台的精度；宏微运动平台2还包括光栅尺18和读数头19，所述的光栅尺18和读数头19分别安装在定位平台13、底座11的前侧面上。
所述的臂杆5包括U型臂杆和杆状臂杆，U型臂杆的横梁与中间平台端面上的凸台15相连接，U型臂杆的两根水平梁分别与直线电机两侧的杆状臂杆相连接，杆状臂杆之间首尾相连接，杆状臂杆的侧面与直线电机相连接。
在本发明的运动过程如下：直线电机组中的多个直线电机一起工作，在直线方向上产生超大加速度和超大力，这些力通过臂杆传递到宏微运动平台中的中间平台上，中间平台再带动与之相连的定位平台运动，从而实现定位。
在本发明中减振平台的作用是消除由于直线电机组带动宏微运动平台时引起的震动。减振平台的工作过程是直线电机组运动，从而带动减振平台上的上底座在下底座上左右滑动，此时安装在上底座和下底座之间的弹性元件在导杆上被压缩和拉伸，当到弹性元件被拉伸或压缩的最大距离时，开始向相反方向运动，从而消除因直线电机组运动带来的震动，阻尼能够保护弹性元件不会变形过大而失效，从而保证减振平台始终处于正常工作状态，保证宏微运动平台的精度。减振平台的上底座上设置有两列相互平行的导孔，每列导孔内设置有一根导柱，导柱的两端分别与下底座两端的挡板相连接，导柱从基座上安装的减振平台上穿过，上述的结构可以保证直线电机左右直线运动的同时，又限制了直线电机在其它维度的跳动，从而保证宏微运动平台的精度；导柱也方便直线电机组上直线电机数量的扩展，即需要宏微运动平台需要多大的力，就将多少个直线电机安装在减振平台上，然后将减震平台串联在导柱上即可完成力的增加。
宏微运动平台上的光栅尺和读数头测得直线电机组驱动定位平台所得到的位置信号进行反馈，然后控制直线电机进行微调，从而实现超大力、超大加速度、长行程和微米级的精度定位的功能。
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)

1.一种可调超高加速度宏微运动平台，其特征在于：包括基座、设置在基座上的宏微运动平台，宏微运动平台的左右两侧分别连接有直线电机组，宏微运动平台左右两侧的直线电机组结构相同，所述宏微运动平台一侧的直线电机组包括多个直线电机，所述的直线电机为音圈电机，直线电机之间设置有臂杆，臂杆将直线电机连接成一体，每个直线电机均安装在一个减振平台上，每个减振平台的下部均与基座相连接，所述的减振平台包括下底座、上底座和减振模块，所述的下底座固定在基座上，下底座的上表面上设置有多列相互平行的导轨，导轨的走向与直线电机的运动方向相同，直线电机组的两端分别设置有一个挡板，挡板的下端固定在下底座的上表面上，所述的上底座的下表面上设置有有多列相互平行的滑块，滑块放置在导轨上，滑块与导轨之间组成滑动副，每个上底座上设置有导孔，所述上底座上的导孔为两列，两列导孔相互平行,上底座之间的导孔内设置有一根导柱，导柱的两端分别与下底座两端的挡板相连接，所述的减振模块包括U形的导杆锁、导杆、小滑块、弹性元件和阻尼，所述的导杆的两端分别与导杆锁相连接，所述的小滑块上设置有通孔，导杆从小滑块上的通孔内穿过，导杆锁和小滑块之间的导杆外圆面上套装有弹性元件，导杆锁和小滑块之间还设置有阻尼，所述的导杆锁、小滑块分别与下底座、上底座相连接；
所述的宏微运动平台包括底座，中间平台和定位平台，所述底座的下部与基座相连接，底座的上表面与中间平台的下表面之间设置有滑轨副，滑轨副的运动方向与直线电机的运动方向相同，中间平台的左右两个端面上设置有凸台，所述的凸台与臂杆相连接，所述的定位平台的中部设置有孔洞，孔洞内设置有柔性平台，柔性平台的端面与定位平台孔洞的内表面之间通过多个连接条柔性连接，柔性平台与定位平台之间设置有压电制动器，柔性平台与中间平台的上表面固定连接；宏微运动平台还包括光栅尺和读数头，所述的光栅尺、读数头分别安装在定位平台、底座的前侧面或者后侧面上。
2.根据权利要求1所述的一种可调超高加速度宏微运动平台，其特征在于：所述的臂杆包括U型臂杆和杆状臂杆，U型臂杆包括横梁和与横梁的两端相连接的水平梁，横梁与中间平台端面上的凸台相连接，U型臂杆的两根水平梁分别与直线电机两侧的杆状臂杆相连接，杆状臂杆之间首尾相连接，杆状臂杆的侧面与直线电机相连接。
3.根据权利要求1所述的一种可调超高加速度宏微运动平台，其特征在于：所述的光栅尺安装在定位平台的前侧面上，读数头安装在底座的前侧面上，读数头位于光栅尺的前方。
4.根据权利要求1所述的一种可调超高加速度宏微运动平台，其特征在于：基座上表面与中间平台下表面之间的滑轨副接触面为竖直面。
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