CN109426092A - 一种运动模组及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种垂向运动模组及方法，可实现载动工件沿垂直方向运动。使用音圈电机带动支撑组件运动，同时结合至少一个气浮轴套组件引导其沿垂直方向运动，提高了整个垂向运动模组洁净度，避免定期维护，降低了维护成本。本发明中的音圈电机、至少一个气浮轴套组件以及制动组件均固定在固定组件上，使整个模组结构简单，体积较小。控制组件限制支撑组件的运动行程，并对工件的位置及运动速度进行控制，增加模组运动精度，保证工作效率。当工件到达其预定工位时、音圈电机无法制动时或者出现断电情况时，本发明使用制动组件控制支撑组件沿垂直方向的位移，解决了垂向运动模组位置无法保持的问题。

Description

一种运动模组及方法
技术领域
本发明涉及一种垂向运动模组及方法，尤其是一种低成本，高洁净度，免维护的垂向运动模组及载动工件沿垂直方向运动的方法。
背景技术
目前，较多的垂向运动模组由旋转电机作为驱动动力，丝杠作为传动部分，导轨作为运动导向，带动下楔形块水平运动；水平运动的下楔形块会带动上楔形块垂直运动，最终带动工件垂向运动。
上述结构较为复杂，包含零件较多。而且由于光刻机整机空间约束，垂向运动模组的体积要求较小，该复杂的机构必然会导致空间要求较大，与光刻机设备要求相悖。且使用了旋转电机、丝杠、丝杠配合的导轨、轴承座、上下楔形块相对运动于导轨，这些相对运动会产生相对摩擦，必将产生颗粒；再加上丝杠、导轨、轴承处润滑脂的挥发，最终会影响模组的洁净度，因此，需要定期维护，定期更换润滑脂，在实际使用中，垂向运动模组会安装在一些工件的下面，模组的维护所需空间被安装在模组上面的模组遮挡，因此较难维护。
行业内另一种专用于垂向运动的模组方案是采用音圈电机+交叉滚柱导轨或滚珠导轨的方式，缺少运动制动和断电工况下垂向运动模组的位置保持功能，最终可能会损坏工件，例如硅片或掩模版等物料。
基于上述问题，本发明提出一种低成本，高洁净度，免维护，并且具有在运动制动和断电工况下工件位置保持功能的垂向运动模组，以及一种载动工件沿垂直方向运动的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂向运动模组及载动工件沿垂直方向运动的方法。
为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种垂向运动模组，用于载动一工件沿第一方向运动，所述第一方向垂直于所述工件所在的平面；所述垂向运动模组包括支撑组件、固定组件、驱动组件、至少一个导向组件以及制动组件；
所述驱动组件连接于所述固定组件与所述支撑组件之间，以驱动所述支撑组件相对于所述固定组件运动；每个导向组件均与所述固定组件及支撑组件连接，用以确保所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动；所述制动组件分别连接于所述固定组件和支撑组件，用于固定所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述支撑组件至少包括一支撑顶板及一支撑侧板；所述固定组件至少包括一固定底板及一固定侧板，所述支撑侧板所在的平面与所述固定侧板所在的平面平行。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述制动组件包括：导轨、轨道钳制器以及连接件，所述导轨与所述支撑侧板连接，所述轨道钳制器通过所述连接件固定于所述固定底板上，并用于对所述导轨进行抱死操作，以固定所述支撑顶板相对于所述固定底板沿第一方向的位置。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述轨道钳制器包括一导向槽，所述导轨设置于所述导向槽内，并与所述导向槽的所有内侧面均存在间隙。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述轨道钳制器的驱动方式包括气体驱动及电驱动。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述至少一个导向组件均为气浮轴套组件。
可选的，在上述垂向运动模组中，每个气浮轴套组件均包括第一支撑座、第二支撑座、至少一个导向轴以及安装座；
所述第一支撑座均与所述固定侧板连接，所述第二支撑座均固定于所述固定底板上；所述导向轴的方向均与所述第一方向一致；所述安装座均与所述支撑侧板连；
当所述驱动组件驱动所述支撑侧板相对于所述固定组件沿第一方向进行运动时，所述安装座沿所述导向轴运动。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述垂向运动模组包括两个气浮轴套组件，每个气浮轴套组件的第一支撑座均与所述固定侧板连接，所述第二支撑座均固定于所述固定底板上；每个气浮轴套组件的安装座均与所述支撑侧板连接；每个气浮轴套组件均包括一个导向轴，每个导向轴的方向均与所述第一方向一致。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述垂向运动模组包括一个气浮轴套组件和一个气浮导轨结构，所述气浮轴套组件的导向轴与气浮导轨结构的向轴的方向均与所述第一方向一致。
可选的，在上述垂向运动模组中，所述垂向运动模组还包括一控制组件，所述控制组件包括光栅尺、光栅尺读头以及至少一个限位传感器；
所述光栅尺及光栅尺读头用于对所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置及运动速度进行控制；所述至少一个限位传感器用于限制所述支撑组件相对于所述固定组件的运动行程。
为了达到上述目的，本发明有一方面提出了一种上述任一垂向运动模组载动工件沿第一方向运动的方法，包括：
驱动组件驱动支撑组件运动；
至少一个导向组件工作，确保所述支撑组件相对于固定组件沿第一方向运动，所述工件位于所述支撑组件或固定组件上；
制动组件工作，固定所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置。
可选的，在上述方法中，所述至少一个导向组件包括气浮轴套组件，每个气浮轴套组件工作，确保所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动的步骤包括：
每个气浮轴套组件均固定在所述固定组件上，使每个气浮轴套组件的导向轴的方向均与第一方向一致；
每个气浮轴套组件工作，使每个气浮轴套组件上的安装座沿所述导向轴运动，从而为与所述安装座连接的支撑组件导向，确保所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动。
可选的，在上述方法中，所述制动组件工作，固定所述支撑组件相对于第一所述固定组件沿第一方向的位置的步骤包括：
所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动时，与所述支撑组件连接的导轨和所述制动组件的轨道钳制器分离；
当所述工件到达其预定工位时，所述轨道钳制器抱死所述导轨；
当所述驱动组件无法制动时，所述轨道钳制器抱死所述导轨；
当出现断电情况时，所述轨道钳制器抱死所述导轨。
可选的，在上述方法中，还包括：一控制组件限制所述支撑组件相对于所述固定组件的运动行程，并控制所述工件沿第一方向的位置及运动速度。
可选的，在上述方法中，所述第一方向垂直于所述工件所在的平面。
综上所述，本发明提出的垂向运动模组及方法可实现载动工件沿第一方向运动，结构简单，体积小巧，成本低廉。具体的，使用驱动组件带动支撑组件运动，同时结合至少一个导向组件引导其沿第一方向运动，提高了工件运动方向的可靠性；进一步，本发明中的驱动组件以及至少一个导向组件均固定在固定组件上，使整个模组结构简单，体积较小；进一步，使用制动组件固定所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置，可根据突发情况或实际操作要求对工件的位置进行固定，从而增加了模组运动的精度，保证了工作效率。
附图说明
图1及图2均为本发明一优选实施例中的垂向运动模组结构示意图；
图3为本发明一优选实施例中的垂向运动模组中的制动组件结构示意图；
图4为本发明一优选实施例中的气浮轴套组件结构示意图；
图5为本发明另一优选实施例中的气浮轴套组件结构示意图。
其中，1-支撑组件；11-支撑顶板；12-支撑侧板；2-固定组件；21-固定底板；22-固定侧板；3-驱动组件；4-导向组件；41-第一支撑座；42-第二支撑座；43-导向轴；44-安装座；5-制动组件；51-导轨；52-轨道钳制器；521-导向槽；53-连接件；6-控制组件；61-光栅尺；62-光栅尺读头；63-限位传感器；7-气浮导轨结构；71-气浮导轨结构上的安装机构。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提出一种垂向运动模组，用于载动工件沿第一方向运动，所述第一方向垂直于所述工件所在的平面，所述垂向运动模组包括：支撑组件1、固定组件2、驱动组件3、至少一个导向组件4以及制动组件5。
驱动组件3连接于固定组件2及支撑组件1之间，驱动支撑组件1相对于固定组件2运动；导向组件4用于确保支撑组件1相对于固定组件2沿第一方向运动，制动组件5固定于固定组件2上，并与支撑组件1连接，用于固定支撑组件1相对于固定组件2沿第一方向的位置。
可选的，本发明中的垂向运动模组还包括一控制组件6，用于限制所述支撑组件1相对于所述固定组件2的运动行程，并控制所述工件沿第一方向的位置及运动速度。
可选的，在本发明一优选实施例中，驱动组件3包括音圈电机，导向组件4包括气浮轴套组件，以提高整个垂向运动模组洁净度，避免定期维护，降低维护成本，本发明对此不作任何限制。
参考图1及图2，支撑组件1包括支撑顶板11及支撑侧板12，支撑顶板11及支撑侧板12形成L形，本发明对此不作限制；固定组件2包括固定底板21及固定侧板22，固定底板21及固定侧板22形成L形，本发明对此不作限制；支撑侧板11所在的平面与固定侧板12所在的平面平行。
具体的，参考图1、图2及图4，本发明一优选实施例中，包括两个气浮轴套组件，每个气浮轴套组件均包括第一支撑座41、第二支撑座42、导向轴43、以及安装座44。
每个气浮轴套组件的第一支撑座41均与固定侧板22连接，第二支撑座42均与固定底板21连接；优选地，第二支撑座42陷入固定底板21，并固定连接在固定底板21上，本发明对第一支撑座41均与固定侧板22及第二支撑座42均与固定底板21的连接方式不作任何限制。安装座44与支撑侧板12连接，当音圈电机驱动支撑顶板11及支撑侧板12运动时，安装座44沿导向轴43运动，以引导支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向运动，因此，本实施例中的两个导向轴43的方向与第一方向一致，参考图1及图2，第一方向为Z方向。优选地，第一方向为重力方向，即垂直方向。
本实施例中的两个气浮轴套组件引导支撑顶板11相对于固定底板21沿各自的导向轴43运动，而两个导向轴43的方向均与Z方向一致，因此，两个气浮轴套组件的设置可实现对Rz方向自由度的约束，使得其对支撑顶板11的运动方向的引导更加可靠，且气浮轴套组件具有运动精度高，清洁无污染的特点，因此，无需定期维护，节省人工及时间，减小维护成本。
可选的，在本发明一实施例中，在载动一工件沿第一方向运动时，工件位于支撑顶板11上，固定底板21固定于一机台上，驱动组件3驱动支撑顶板11沿第一方向运动，导向组件4为其进行导向。在本发明又一实施例中，工件位于固定底板21上，支撑顶板11固定于一机台上，驱动组件3驱动固定底板21沿第一方向运动，导向组件4为其进行导向。
参考图1、图2及图3，具体的，制动组件5包括导轨51、轨道钳制器52以及连接件53，用于控制所述支撑组件1沿第一方向的位移。优选地，轨道钳制器52通过连接件53固定在固定底板21上，且所述轨道钳制器52包括一导向槽521，导轨51与支撑侧板12连接，并设置在导向槽521中。
当工件到达其预定工位时，轨道钳制器52工作，导向槽521抱死导轨51，以固定支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向的位置；当音圈电机无法制动时，轨道钳制器52工作，导向槽521抱死导轨51，以固定支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向的位置；当出现断电情况时，轨道钳制器52工作，导向槽521抱死导轨51，以固定支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向的位置。
本发明中的制动组件5有效地防止出现突发情况时，支撑组件1不能保持位置从而对其承载工件的质量等产生影响，且维护简单，解决了垂向运动模组位置无法保持的问题。
具体的，本实施例中的控制组件6包括光栅尺61、光栅尺读头62以及至少一个限位传感器63；
光栅尺61及光栅尺读头62用于对工件的位置及运动速度进行控制；至少一个限位传感器63用于限制支撑组件1的运动行程，即限制支撑顶板11的运动行程。本发明中的控制组件6能够实时并直观的展示工件的位置及运动行程，增加了模组运动精度，提高了工作效率。
可选的，在本发明的另一优选实施例中，选择一个气浮轴套组件和一个气浮导轨结构7，实现对支撑组件1相对于固定组件2沿第一方向运动的引导作用，并实现对Rz方向自由度的约束。具体的，参考图5，安装座44和气浮导轨结构7分别通过各自的安装机构45、71与支撑侧板12连接。当音圈电机驱动支撑顶板11沿第一方向运动时，安装座44沿导向轴43运动，同时气浮导轨结构7上的安装机构71沿气浮导轨机构7上的导轨运动，以引导支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向运动，同时，实现对Rz方向自由度的约束，因此，增加了支撑顶板11的运动方向的可靠性。
具体的，使用上述任意一垂向运动模组对一工件进行载动的步骤包括：
步骤S1：驱动组件3工作，驱动支撑组件1运动；
步骤S2：导向组件4工作，确保支撑组件1相对于固定组件2沿第一方向运动；
步骤S3：制动组件5固定所述支撑组件1相对于所述固定组件2沿第一方向的位置；
步骤S4：控制组件6限制工件的运动行程，并控制工件的位置及运动速度。
具体的，当驱动组件3为音圈电机，导向组件4为气浮轴套组件时，步骤S2包括：
S21：调整所有气浮轴套组件的导向轴43方向，使其与第一方向一致；
S22：音圈电机驱动支撑顶板11及支撑侧板12运动，安装座44与支撑侧板12连接，因此，安装座44沿导向轴43运动，导向轴43为安装座44导向，使支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向运动。
步骤S3包括：
S31：支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向运动时，与支撑侧板12连接的导轨51和轨道钳制器52之间存在间隙，以保证支撑顶板11及支撑侧板12无摩擦运动；
S32：当工件到达其预定工位时，轨道钳制器52工作，导向槽43抱死导轨51，以固定支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向的位置；
当音圈电机无法制动时，轨道钳制器52工作，导向槽43抱死导轨51，以固定支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向的位置；
当出现断电情况时，轨道钳制器52工作，导向槽43抱死导轨51，以固定支撑顶板11相对于固定底板21沿第一方向的位置。
可选的，上述第一方向为重力方向，即垂直方向。
综上所述，本发明提出的垂向运动模组及方法可实现载动工件沿第一方向运动，结构简单，体积小巧，成本低廉。具体的，使用驱动组件带动支撑组件运动，同时结合至少一个导向组件引导其沿第一方向运动，提高了工件运动方向的可靠性；进一步，本发明中的驱动组件以及至少一个导向组件均固定在固定组件上，使整个模组结构简单，体积较小；进一步，使用制动组件固定所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置，可根据突发情况或实际操作要求对工件的位置进行固定，从而增加了模组运动的精度，保证了工作效率。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种垂向运动模组，用于载动一工件沿第一方向运动，其特征在于，所述第一方向垂直于所述工件所在的平面；所述垂向运动模组包括支撑组件、固定组件、驱动组件、至少一个导向组件以及制动组件；
所述驱动组件连接于所述固定组件与所述支撑组件之间，以驱动所述支撑组件相对于所述固定组件运动；每个导向组件均与所述固定组件及支撑组件连接，用以确保所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动；所述制动组件分别连接于所述固定组件和支撑组件，用于固定所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置。
2.如权利要求1所述的垂向运动模组，其特征在于，所述支撑组件至少包括一支撑顶板及一支撑侧板；所述固定组件至少包括一固定底板及一固定侧板，所述支撑侧板所在的平面与所述固定侧板所在的平面平行。
3.如权利要求2所述的垂向运动模组，其特征在于，所述制动组件包括：导轨、轨道钳制器以及连接件，所述导轨与所述支撑侧板连接，所述轨道钳制器通过所述连接件固定于所述固定底板上，并用于对所述导轨进行抱死操作，以固定所述支撑顶板相对于所述固定底板沿第一方向的位置。
4.如权利要求3所述的垂向运动模组，其特征在于，所述轨道钳制器包括一导向槽，所述导轨设置于所述导向槽内，并与所述导向槽的所有内侧面均存在间隙。
5.如权利要求3所述的垂向运动模组，其特征在于，所述轨道钳制器的驱动方式包括气体驱动及电驱动。
6.如权利要求2所述的垂向运动模组，其特征在于，所述至少一个导向组件均为气浮轴套组件。
7.如权利要求6所述的垂向运动模组，其特征在于，每个气浮轴套组件均包括第一支撑座、第二支撑座、至少一个导向轴以及安装座；
所述第一支撑座均与所述固定侧板连接，所述第二支撑座均固定于所述固定底板上；所述导向轴的方向均与所述第一方向一致；所述安装座均与所述支撑侧板连；
当所述驱动组件驱动所述支撑侧板相对于所述固定组件沿第一方向进行运动时，所述安装座沿所述导向轴运动。
8.如权利要求7所述的垂向运动模组，其特征在于，所述垂向运动模组包括两个气浮轴套组件，每个气浮轴套组件的第一支撑座均与所述固定侧板连接，所述第二支撑座均固定于所述固定底板上；每个气浮轴套组件的安装座均与所述支撑侧板连接；每个气浮轴套组件均包括一个导向轴，每个导向轴的方向均与所述第一方向一致。
9.如权利要求7所述的垂向运动模组，其特征在于，所述垂向运动模组包括一个气浮轴套组件和一个气浮导轨结构，所述气浮轴套组件的导向轴与气浮导轨结构的向轴的方向均与所述第一方向一致。
10.如权利要求1所述的垂向运动模组，其特征在于，所述垂向运动模组还包括一控制组件，所述控制组件包括光栅尺、光栅尺读头以及至少一个限位传感器；
所述光栅尺及光栅尺读头用于对所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置及运动速度进行控制；所述至少一个限位传感器用于限制所述支撑组件相对于所述固定组件的运动行程。
11.一种使用如权利要求1-10所述的任一垂向运动模组载动工件沿第一方向运动的方法，其特征在于，包括：
驱动组件驱动支撑组件运动；
至少一个导向组件工作，确保所述支撑组件相对于固定组件沿第一方向运动，所述工件位于所述支撑组件或固定组件上；
制动组件工作，固定所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向的位置。
12.如权利要求11所述的载动工件沿第一方向运动的方法，其特征在于，所述至少一个导向组件包括气浮轴套组件，每个气浮轴套组件工作，确保所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动的步骤包括：
每个气浮轴套组件均固定在所述固定组件上，使每个气浮轴套组件的导向轴的方向均与第一方向一致；
每个气浮轴套组件工作，使每个气浮轴套组件上的安装座沿所述导向轴运动，从而为与所述安装座连接的支撑组件导向，确保所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动。
13.如权利要求11所述的载动工件沿方向运动的方法，其特征在于，所述制动组件工作，固定所述支撑组件相对于第一所述固定组件沿第一方向的位置的步骤包括：
所述支撑组件相对于所述固定组件沿第一方向运动时，与所述支撑组件连接的导轨和所述制动组件的轨道钳制器分离；
当所述工件到达其预定工位时，所述轨道钳制器抱死所述导轨；
当所述驱动组件无法制动时，所述轨道钳制器抱死所述导轨；
当出现断电情况时，所述轨道钳制器抱死所述导轨。
14.如权利要求11所述的载动工件沿第一方向运动的方法，其特征在于，还包括：一控制组件限制所述支撑组件相对于所述固定组件的运动行程，并控制所述工件沿第一方向的位置及运动速度。
15.如权利要求11-14任一所述的载动工件沿第一方向运动的方法，其特征在于，所述第一方向垂直于所述工件所在的平面。
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