CN110440112A - 垂向运动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂向运动装置，包括丝杆组件、电机组件、以及运动平台。丝杆组件包括丝杆和丝杆螺母，丝杆与运动平台连接，丝杆螺母与电机组件连接，通过电机组件的运动带动丝杆螺母转动，从而通过丝杆驱动运动平台进行垂向运动。本发明的垂向运动装置垂向运动采用电机直驱和丝杠传动相结合的方式，减少了机械传动环节，能驱动大负载，提高垂向运动速度。

Description

垂向运动装置
技术领域
本发明涉及集成电路装备制造领域，具体涉及一种垂向运动装置。
背景技术
近年来，随着大规模集成电路器件集成度不断提高，工件台的精度和产率需求不断提高，尤其是垂向模块的运动的运行速度、加速度、性能以及负载能力，都在逐年不断的提高，比如光刻机设备、探针台检测领域。探针台主要应用于半导体行业、光电行业、集成电路以及元器件的质量测试等；所以，探针台不仅对垂向运动模块的精度和效率有很高的要求，而且还要求能够承受来自探针的针测压力。因此，对于结构简单、驱动垂向大负载、运动速度快的垂向运动装置的需求更是迫切。目前垂向运动装置中最常用的是楔形块机构。
比如，在文献中，提出一种该领域的垂向运动装置方案。该发明的垂向装置是通过电机驱动丝杠和楔形块，同时依靠两个0.5mm厚的簧片提供往复力从而实现垂向运动。该发明可实现驱动垂向大负载，但结构较为复杂，传动环节较多。同时，当垂向负载变大时，垂向驱动电机的功率会增大，同时垂向的运动速度会降低。
在某专利文献中，也是利用了电机驱动楔形块运动，通过楔形块上的倾斜面推动平台相对底座上下滑动，利用导轨来进行导向。该发明同样可实现大负载的驱动。但同样存在结构复杂，传动环节多等问题，而且存在驱动负载和垂向运动速度难以协调等问题。
因此，现阶段需要一种新的垂向运动装置，既能解决传统垂向运动装置结构复杂、传动环节多等问题，又能实现驱动垂向大负载、运动速度快，同时可以提供自锁功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂向运动装置，以解决上述现有技术中存在的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种垂向运动装置，所述垂向运动装置包括丝杆组件、电机组件、以及运动平台，所述丝杆组件包括丝杆和丝杆螺母，所述丝杆与所述运动平台连接，所述丝杆螺母与所述电机组件连接，通过所述电机组件的运动带动所述丝杆螺母转动，从而通过所述丝杆驱动所述运动平台进行垂向运动。
在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括底座，所述电机组件包括电机定子和电机动子，所述电机定子与所述底座固定连接，所述电机动子与所述电机定子配合并与所述丝杆螺母固定连接，所述电机动子转动时带动所述丝杆螺母转动从而驱动所述丝杆带动所述运动平台进行垂向运动。
在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括轴承组件，所述轴承组件包括轴承座、第一轴承和第二轴承，所述轴承座安装于所述底座上并与所述电机动子固定连接，所述第一轴承和所述第二轴承安装于所述轴承座与所述底座之间；
在一个实施例中，所述轴承座整体上呈圆筒状并在下部整体沿周向向外凸出形成第一凸台，通过所述第一凸台与电机动子固定连接，以及所述轴承座的上表面向上凸出形成半径较小的第二凸台，所述第二凸台的内壁向内凸出形成台阶，通过所述台阶与所述底座的筒体以及丝杆螺母固定连接；
在一个实施例中，所述轴承组件还包括轴承外环端和轴承内环端盖，所述底座的筒体伸入轴承座的内部，在轴承座的内壁与筒体的外壁之间设置所述第一轴承和第二轴承，并通过所述轴承外环端盖和轴承内环端盖分别从上下将所述第一轴承和第二轴承封住。
在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括导向组件，所述导向组件连接在所述底座与所述运动平台之间，以使所述运动平台沿垂向运动。
在一个实施例中，所述导向组件包括导向板、导向柱和导向座，所述导向板安装在所述底座上，所述导向座安装在所述导向板或所述运动平台上，所述导向柱的一端安装于所述导向座内并能够在所述导向座内滑动，所述导向柱的另一端与所述运动平台或所述导向板固定连接；在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括多个导向组件，所述多个导向组件沿导向板的周向等距布置。
在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括测量组件，通过所述测量组件测量所述运动平台的垂向位移；在一个实施例中，所述测量组件为光栅尺，通过所述光栅尺为所述运动平台的运动提供垂向位置的信号反馈。
在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括自锁组件，当有突发情况发生时，所述自锁组件动作以将所述运动平台锁定；在一个实施例中，所述垂向运动装置包括多个自锁组件，所述多个自锁组件沿所述导向板的圆周均匀布置在所述导向板上。
在一个实施例中，所述自锁组件包括气缸、刹片以及气缸座，所述气缸座安装于所述导向板上，所述气缸安装于所述气缸座上，以及所述气缸的活塞杆与所述刹片连接；
在一个实施例中，所述气缸座整体上形成“L”形并包括水平部分和垂直部分，所述水平部分上设有水平安装孔，所述垂直部分设有活塞杆安装孔，所述气缸座通过所述水平安装孔固定安装于所述导向板上，所述气缸安装于气缸座的垂直部分上且所述活塞杆穿过所述活塞杆安装孔并连接在刹片上；
在一个实施例中，所述刹片的形状与轴承座的外周面的形状配合以增大刹片与轴承座的外周面的接触面积。
在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括导向柱支撑板，所述导向柱支撑板安装于所述底座的下方，以及所述导向组件包括导向柱、导向座以及连接件，所述导向柱安装在所述导向柱支撑板的中部并通过连接件和丝杆连接。
在一个实施例中，所述导向座安装于所述连接件上，所述导向柱的下端固定安装于所述导向柱支撑板上，所述导向柱的上端可滑动地伸入所述导向座内，当电机动子带动丝杆螺母转动使得丝杆带动运动平台垂向运动时，所述导向柱沿所述导向座的内部滑动从而起到导向作用。
本发明的垂向运动装置垂向运动采用电机直驱和丝杠传动相结合的方式，减少了机械传动环节，能驱动大负载，提高垂向运动速度，而且当设置自锁装置时在突然断电的情况下具备自锁功能。
与本发明机构相比，传统垂向运动装置结构复杂、整体尺寸大、传动环节多、而且存在驱动负载和垂向运动速度难以协调等缺点。因此，本发明提供了一种结构简单、能实现驱动垂向大负载、运动速度快，同时可以提供自锁功能的装置，可以解决现有垂向装置结构复杂、传动环节多等问题，此外还可以解决现有垂向装置驱动垂向负载小、运动速度慢，两者难以协调等问题。
附图说明
图1是本发明一个实施例的垂向运动装置的立体分解图；
图2是图1的垂向运动装置的立体图；
图3是图2的垂向运动装置的剖视图；
图4是本发明一个实施例的自锁组件的立体图；
图5是本发明另一实施例的垂向运动装置的立体分解图；
图6是图5的垂向运动装置的剖视图；以及
图7-8分别示出包括三个导向组件和四个导向组件时的布置图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
本发明要解决现有垂向装置结构复杂、传动环节多等问题。
本发明要解决现有垂向装置驱动垂向负载小、运动速度慢，两者难以协调等问题。
图1是本发明一个实施例的垂向运动装置100的立体分解图，图2是图1的垂向运动装置100的立体图，如图1-2所示，垂向运动装置100总体上包括底座10、导向板20、电机组件30、轴承组件40、丝杆组件50、导向组件60、自锁组件70以及运动平台80。导向板20安装于底座10上并用于安装导向组件60，电机组件30安装于底座10上并与丝杆组件50连接从而驱动丝杆组件50的丝杆螺母51转动。轴承组件40设置于底座10与丝杆组件60之间，导向组件60设置于导向板20上以对对运动平台80的垂向运动进行导向，自锁组件70设置于导向板20上并对运动平台80的垂向运动进行自锁。
图3是图2的垂向运动装置100的剖视图，参见图3并结合图1-2，底座10整体上呈圆筒状并在内部形成筒体11，筒体11的内部用于容纳丝杆组件50，筒体11的外周与轴承组件40的轴承座41配合并容纳于轴承座41内。轴承座41内安装有地第一轴承42和第二轴承43并通过第一轴承42和第二轴承43与底座10的筒体11接触，轴承座41的上部与丝杆螺母51固定连接，轴承座41的下部与电机动子32固定连接，通过电机动子32的旋转运动驱动轴承座41转动进而带动丝杆螺母51转动，从而剖视丝杆52相对于丝杆螺母和底座10进行垂向运动。丝杆52的上端固定在运动平台80上，因此，当丝杆52进行垂向运动时，带动运动平台80也进行相同位移的垂向运动。
具体地，轴承组件40包括轴承座41、第一轴承42、第二轴承43、轴承外环端盖44和轴承内环端盖45。轴承座41整体上呈圆筒状并在下部整体沿周向向外凸出形成第一凸台411，通过第一凸台411与电机动子32固定连接，轴承座41的上表面向上凸出形成半径较小的第二凸台412，第二凸台412的内壁上向内凸出形成台阶413，通过台阶413与底座10筒体11以及丝杆螺母51固定连接。底座10的筒体11伸入轴承座41的内部，在轴承座41的内壁与筒体11的外壁之间安装第一轴承42和第二轴承43，并通过轴承外环端盖44和轴承内环端盖45分别从上下将第一轴承42和第二轴承43封住。
丝杆组件50包括丝杆螺母51和丝杆52，丝杆螺母51的主体部分伸入轴承座41内，丝杆52的上端固定在运动平台80上，丝杆52的下端伸入丝杆螺母51内并在丝杆螺母51旋转时进行垂向升降运动，从而带动运动平台80进行垂向运动。
导向组件60包括导向杆61和导向座62，导向座62安装于运动平台80上，导向杆61的下端固定于导向板20上，导向杆61的上端安装于导向座62内并可在导向座61内滑动。在本实施例中，在导向板20的上表面上沿周向布置多个导向组件60，较佳地，多个导向组件60沿导向板20的周向等距布置。
虽然在本实施例中导向座62安装于运动平台80上，然而，本领域的技术人员可以理解，在另外的实施例中，导向座62也可以安装于导向板20上，此时导向柱61的上端固定于运动平台80的下表面，导向柱61的下端安装于导向座62内并可以在导向座62内滑动。
在本实施例中，例如可以包括三个导向组件、四个导向组件等，然而本领域的技术人员可以理解，也可以包括多于或少于三个或四个导向组件。
图7示出包括三个导向组件时，三个导向组件60的较佳布置图，图8示出包括四个导向组件时，四个导向组件的较佳布置图。如图7-8所示，三个导向组件或四个导向组件均匀分布。
继续参照附图1-3，本实施例的垂向运动装置100还包括自锁组件70。图4示出自锁组件70的立体图。如图4所示，自锁装置70包括刹片71、气缸座72以及气缸73。气缸座72整体上形成“L”形并包括水平部分721和垂直部分722，水平部分721上设有水平安装孔7211，垂直部分722设有活塞杆安装孔7221。气缸座73通过水平安装孔7221固定安装于导向板20上，气缸73安装于气缸座72的垂直部分722上且活塞杆731穿过活塞杆安装孔7221并连接在刹片71上，气缸73运行时通过活塞杆731带动刹片71运动。刹片71的形状与轴承座41的外周面的形状配合以增大刹片71与轴承座41的外周面的接触面积。当气缸73的活塞杆731推动刹片71抵靠在轴承座41的外周面上时，即可停止轴承座41的旋转运动，从而起到自锁功能。当有突发情况发生时，两侧气缸73的活塞杆731伸出，刹片71接触到轴承座41的两侧并抱死轴承座41，实现了自锁目的。
在本实施例中，一共设置有两个自锁组件70，该两个自锁组件70从轴承座41的两侧对轴承座41进行锁紧。然而本领域的技术人员可以理解，也可以包括多余两个自锁组件70。
返回参照图1，本实施例的垂向运动装置100还包括测量组件90。测量组件90例如可以安装于导向板20上，以对垂向运动的位移进行测量。测量组件90可以采用本领域采用的任意测量垂向位移的装置。
运行时，对电机组件30进行通电，电机动子32带动轴承座41旋转，并进一步带动丝杆螺母51旋转，迫使丝杆52进行垂向运动，从而通过丝杆52带动运动平台80进行垂向升降运动。在整个运动过程中，导向柱61被限制在导向座62内滑动，以保证运动平台80不会进行摆动，而是沿垂向进行升降运动。自锁组件70通过刹片71与轴承座41的接触来停止整个运动。
下面参照图5-6对本发明的另一实施例的进行描述。其中，图5是本发明另一实施例的垂向运动装置200的立体分解图，图6是图5的垂向运动装置200的剖视图。本实施例与前一实施例的区别主要在于导向组件的设置方式。本部分未描述的地方请参照前一实施例的相关部分描述。
如图5-6所示，垂向运动装置200包括导向柱支撑板10A、底座10、导向板20、电机组件30、轴承组件40、丝杆组件50、导向组件60、自锁组件70以及运动平台80。导向板20安装于底座10上并用于安装导自锁组件70等，电机组件30安装于底座10上并与丝杆组件50连接从而驱动丝杆组件50的丝杆螺母51转动。轴承组件40设置于底座10与丝杆组件50之间，导向组件60设置于导向柱安装板10A上以对对运动平台80的垂向运动进行导向，自锁组件70设置于导向板20上并对运动平台80的垂向运动进行锁定。
导向组件60整体上采用了单点导向的布局并包括导向柱61、导向座62以及连接件63，导向柱61安装在导向柱支撑板10A中间，并通过连接件63和丝杆52连接。具体地，导向座62安装于连接件63上，导向柱61的下端固定安装于导向柱支撑板10A上，导向柱61的上端可滑动地伸入导向座62内，当电机动子32带动丝杆螺母51转动，从而使得丝杆52带动运动平台80垂向运动时，导向柱61沿导向座62的内部滑动从而起到导向的作用。这种布局结构更加紧凑、整体尺寸更小，可以用在空间小的场合中。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置包括丝杆组件、电机组件、以及运动平台，所述丝杆组件包括丝杆和丝杆螺母，所述丝杆与所述运动平台连接，所述丝杆螺母与所述电机组件连接，通过所述电机组件的运动带动所述丝杆螺母转动，从而通过所述丝杆驱动所述运动平台进行垂向运动。
2.根据权利要求1所述的垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置还包括底座，所述电机组件包括电机定子和电机动子，所述电机定子与所述底座固定连接，所述电机动子与所述电机定子配合并与所述丝杆螺母固定连接，所述电机动子转动时带动所述丝杆螺母转动从而驱动所述丝杆带动所述运动平台进行垂向运动。
3.根据权利要求2所述的垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置还包括轴承组件，所述轴承组件包括轴承座、第一轴承和第二轴承，所述轴承座安装于所述底座上并与所述电机动子固定连接，所述第一轴承和所述第二轴承安装于所述轴承座与所述底座之间；
在一个实施例中，所述轴承座整体上呈圆筒状并在下部整体沿周向向外凸出形成第一凸台，通过所述第一凸台与电机动子固定连接，以及所述轴承座的上表面向上凸出形成半径较小的第二凸台，所述第二凸台的内壁向内凸出形成台阶，通过所述台阶与所述底座的筒体以及丝杆螺母固定连接；
在一个实施例中，所述轴承组件还包括轴承外环端和轴承内环端盖，所述底座的筒体伸入轴承座的内部，在轴承座的内壁与筒体的外壁之间设置所述第一轴承和第二轴承，并通过所述轴承外环端盖和轴承内环端盖分别从上下将所述第一轴承和第二轴承封住。
4.根据权利要求2所述的垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置还包括导向组件，所述导向组件连接在所述底座与所述运动平台之间，以使所述运动平台沿垂向运动。
5.根据权利要求4所述的垂向运动装置，其特征在于，所述导向组件包括导向板、导向柱和导向座，所述导向板安装在所述底座上，所述导向座安装在所述导向板或所述运动平台上，所述导向柱的一端安装于所述导向座内并能够在所述导向座内滑动，所述导向柱的另一端与所述运动平台或所述导向板固定连接；在一个实施例中，所述垂向运动装置还包括多个导向组件，所述多个导向组件沿导向板的周向等距布置。
6.根据权利要求1所述的垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置还包括测量组件，通过所述测量组件测量所述运动平台的垂向位移；在一个实施例中，所述测量组件为光栅尺，通过所述光栅尺为所述运动平台的运动提供垂向位置的信号反馈。
7.根据权利要求5所述的垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置还包括自锁组件，当有突发情况发生时，所述自锁组件动作以将所述运动平台锁定；在一个实施例中，所述垂向运动装置包括多个自锁组件，所述多个自锁组件沿所述导向板的圆周均匀布置在所述导向板上。
8.根据权利要求7所述的垂向运动装置，其特征在于，所述自锁组件包括气缸、刹片以及气缸座，所述气缸座安装于所述导向板上，所述气缸安装于所述气缸座上，以及所述气缸的活塞杆与所述刹片连接；
在一个实施例中，所述气缸座整体上形成“L”形并包括水平部分和垂直部分，所述水平部分上设有水平安装孔，所述垂直部分设有活塞杆安装孔，所述气缸座通过所述水平安装孔固定安装于所述导向板上，所述气缸安装于气缸座的垂直部分上且所述活塞杆穿过所述活塞杆安装孔并连接在刹片上；
在一个实施例中，所述刹片的形状与轴承座的外周面的形状配合以增大刹片与轴承座的外周面的接触面积。
9.根据权利要求2所述的垂向运动装置，其特征在于，所述垂向运动装置还包括导向柱支撑板，所述导向柱支撑板安装于所述底座的下方，以及所述导向组件包括导向柱、导向座以及连接件，所述导向柱安装在所述导向柱支撑板的中部并通过连接件和丝杆连接。
10.根据权利要求9所述的垂向运动装置，其特征在于，所述导向座安装于所述连接件上，所述导向柱的下端固定安装于所述导向柱支撑板上，所述导向柱的上端可滑动地伸入所述导向座内，当电机动子带动丝杆螺母转动使得丝杆带动运动平台垂向运动时，所述导向柱沿所述导向座的内部滑动从而起到导向作用。
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