CN114198389B - 一种用于工件台微转动的柔性铰链组件 - Google Patents

一种用于工件台微转动的柔性铰链组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于工件台微转动的柔性铰链组件，涉及铰链领域。该柔性铰链组件包括第一部件、第二部件和柔性铰链本体，柔性铰链本体包括层叠设置的第一铰链单体和第二铰链单体，第一铰链单体包括两个第一弧形段及第一X形连接段，两个第一弧形段相对间隔布置形成第一缺口；第二铰链单体包括两个第二弧形段及第二X形连接段，两个第二弧形段相对间隔布置形成第二缺口；第一缺口与第二缺口沿层叠方向连通构成缺口空间，第一部件连接于缺口空间一侧的弧形段上，第二部件连接于缺口空间另一侧的弧形段上；第一X形连接段的锐角朝向第一缺口，第二X形连接段的钝角朝向第二缺口。实现了Rz向的精密转动，适应性强，在重复工作条件下的稳定性好。

Description

一种用于工件台微转动的柔性铰链组件
技术领域
本发明涉及铰链技术领域，特别是涉及一种用于工件台微转动的柔性铰链组件。
背景技术
光刻机作为半导体行业的核心装备，对于产率和套刻精度的要求高，其工件台需满足高速、高加速度条件下的多自由定位运动，以完成对准、调平、调焦和曝光等工作。
如申请公布号为CN111650816A、申请公布日为2020.09.11的中国发明专利申请公开了一种柔性连接装置、测量系统及光刻机，并具体公开了该柔性连接装置包括连接主体以及沿Z方向叠加设置于连接主体中的第一柔性单元和第二柔性单元，连接主体具有在Z方向上的两个连接端；第一柔性单元提供连接主体在X方向和Z方向上的位移调节，第二柔性单元提供连接主体在Y方向上的位移调节。第一柔性单元包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，第一柔性铰链和第二柔性铰链的截面均包括至少一组圆弧，每组圆弧包括相背的两个弧段。
现有技术中的柔性连接装置通过第一柔性单元和第二柔性单元，可对连接主体在X、Y、Z三个方向上的位移进行调节，可提高格栅板对来自各方向位移变化的适应性。
但是，光刻机的工件台对于Rz方向的转动精度要求高，利用一体铰链结构连接工件台的左、右两个运动部件，适应性差，在重复工作条件下的稳定性低，易出现疲劳断裂的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于工件台微转动的柔性铰链组件，以解决一体铰链结构的适应性差，在重复工作条件下的稳定性低，易出现疲劳断裂的问题。
本发明的用于工件台微转动的柔性铰链组件的技术方案为：
用于工件台微转动的柔性铰链组件包括第一部件、第二部件和柔性铰链本体，所述第一部件、所述第二部件分别与所述柔性铰链本体连接；
所述柔性铰链本体包括层叠设置的第一铰链单体和第二铰链单体，所述第一铰链单体包括两个第一弧形段，以及固定连接于两个所述第一弧形段之间的第一X形连接段，两个所述第一弧形段相对间隔布置形成第一缺口；
所述第二铰链单体包括两个第二弧形段，以及固定连接于两个所述第二弧形段之间的第二X形连接段，两个所述第二弧形段相对间隔布置形成第二缺口；
所述第一缺口与所述第二缺口沿层叠方向连通构成缺口空间，所述第一部件连接于所述柔性铰链本体位于所述缺口空间一侧的弧形段上，所述第二部件连接于所述柔性铰链本体位于所述缺口空间另一侧的弧形段上；
所述第一X形连接段与所述第二X形连接段均具有对称分布的钝角和锐角，所述第一X形连接段的锐角朝向所述第一缺口设置，所述第二X形连接段的钝角朝向所述第二缺口设置。
进一步的，所述第一部件为X向滑块，所述第二部件为Y向连接件，所述X向滑块上开设有第一容置槽，所述Y向连接件上开设有第二容置槽，所述第一容置槽、所述第二容置槽分别与所述柔性铰链本体凹凸配合。
进一步的，所述柔性铰链本体的外轮廓为圆柱形，所述第一铰链单体、所述第二铰链单体沿所述柔性铰链本体的轴线方向交替层叠设有多个，所述第一容置槽和所述第二容置槽分别为半圆柱形槽。
进一步的，所述第一X形连接段与所述第二X形连接段的结构相同，所述第一X形连接段的锐角为5°至85°之间的任意角度，所述第一X形连接段的钝角为95°至175°之间的任意角度。
进一步的，所述第一X形连接段的锐角为30°，所述第一X形连接段的钝角为150°。
进一步的，所述第一X形连接段与两个所述第一弧形段之间、所述第二X形连接段与两个所述第二弧形段之间分别设有圆角部。
进一步的，所述X向滑块与所述柔性铰链本体位于所述缺口空间一侧的弧形段之间、所述Y向连接件与所述柔性铰链本体位于所述缺口空间另一侧的弧形段之间均设有连接件。
进一步的，所述第一弧形段上开设有第一通孔，所述第二弧形段上开设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔沿所述柔性铰链本体的轴线方向连通构成螺栓孔，所述X向滑块、Y向连接件分别开设有连接孔，所述连接件为穿装于所述连接孔和所述螺栓孔中的紧固螺栓。
进一步的，所述X向滑块位于所述第一容置槽的端部设有第一盖板，所述Y向连接件位于所述第二容置槽的端部设有第二盖板，所述第一盖板和所述第二盖板上分别开设有所述连接孔。
有益效果：该用于工件台微转动的柔性铰链组件采用了第一部件、第二部件和柔性铰链本体的结构设计，柔性铰链本体包括层叠设置的第一铰链单体和第二铰链单体；第一铰链单体的两个第一弧形段之间形成有第一缺口，第二铰链单体的两个第二弧形段之间形成有第二缺口，第一缺口与第二缺口连通构成缺口空间，第一部件连接于缺口空间的一侧，第二部件连接于缺口空间的另一侧，通过缺口空间满足了柔性铰链本体对于Rz向的变形转动要求。
并且，第一铰链单体的第一X形连接段、第二铰链单体的第二X形连接段均设计有钝角和锐角，第一X形连接段的锐角朝向第一铰链单体的第一缺口，其转向刚度较大，结构稳定性好；第二X形连接段的钝角朝向第二铰链单体的第二缺口，其转向刚度较小，更易实现Rz向的变形转动，二者的叠加组合够成了柔性铰链本体，实现了工件台的Rz向的精密转动，适应性更强，在重复工作条件下的稳定性好，避免了疲劳断裂的问题。
附图说明
图1为本发明的用于工件台微转动的柔性铰链组件的具体实施例中该柔性铰链组件的立体示意图；
图2为本发明的用于工件台微转动的柔性铰链组件的具体实施例中该柔性铰链组件的爆炸示意图；
图3为图2中柔性铰链本体的爆炸示意图；
图4为图3中第一铰链单体的俯视示意图；
图5为图3中第二铰链单体的俯视示意图；
图6为图2中X向滑块的爆炸示意图；
图7为图2中Y向连接件的爆炸示意图。
图中：1－X向滑块、10－第一容置槽、11－第一盖板、2－Y向连接件、20－第二容置槽、21－第二盖板、3－柔性铰链本体、30－缺口空间；
31－第一铰链单体、310－第一缺口、311－第一弧形段、312－第一X形连接段、313－第一通孔；
32－第二铰链单体、320－第二缺口、321－第二弧形段、322－第二X形连接段、323－第二通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的用于工件台微转动的柔性铰链组件的具体实施例，如图1至图7所示，用于工件台微转动的柔性铰链组件包括第一部件、第二部件和柔性铰链本体3，第一部件、第二部件分别与柔性铰链本体3连接；柔性铰链本体3包括层叠设置的第一铰链单体31和第二铰链单体32，第一铰链单体31包括两个第一弧形段311，以及固定连接于两个第一弧形段311之间的第一X形连接段312，两个第一弧形段311相对间隔布置形成第一缺口310；第二铰链单体32包括两个第二弧形段321，以及固定连接于两个第二弧形段321之间的第二X形连接段322，两个第二弧形段321相对间隔布置形成第二缺口320。
第一缺口310与第二缺口320沿层叠方向连通构成缺口空间30，第一部件连接于柔性铰链本体3位于缺口空间30一侧的弧形段上，第二部件连接于柔性铰链本体3位于缺口空间30另一侧的弧形段上；第一X形连接段312与第二X形连接段322均具有对称分布的钝角和锐角，第一X形连接段312的锐角朝向第一缺口310设置，第二X形连接段322的钝角朝向第二缺口320设置。
该用于工件台微转动的柔性铰链组件采用了第一部件、第二部件和柔性铰链本体3的结构设计，柔性铰链本体3包括层叠设置的第一铰链单体31和第二铰链单体32；第一铰链单体31的两个第一弧形段311之间形成有第一缺口310，第二铰链单体32的两个第二弧形段321之间形成有第二缺口320，第一缺口310与第二缺口320连通构成缺口空间30，第一部件连接于缺口空间30的一侧，第二部件连接于缺口空间30的另一侧，通过缺口空间30满足了柔性铰链本体3对于Rz向的变形转动要求。
并且，第一铰链单体31的第一X形连接段312、第二铰链单体32的第二X形连接段322均设计有钝角和锐角，第一X形连接段312的锐角朝向第一铰链单体31的第一缺口310，其转向刚度较大，结构稳定性好；第二X形连接段322的钝角朝向第二铰链单体32的第二缺口320，其转向刚度较小，更易实现Rz向的变形转动，二者的叠加组合够成了柔性铰链本体3，实现了工件台的Rz向的精密转动，适应性更强，在重复工作条件下的稳定性好，避免了疲劳断裂的问题。
在本实施例中，第一部件为X向滑块1，作为X向运动模块可实现X向位移，X向滑块1上开设有第一容置槽10；第二部件为Y向连接件2，作为刚性连接部件，Y向连接件2上开设有第二容置槽20，第一容置槽10、第二容置槽20分别与柔性铰链本体3凹凸配合。如图2所示，X向滑块1安装于柔性铰链本体3的左侧，Y向连接件2安装于柔性铰链本体3的右侧。具体的，柔性铰链本体3的外轮廓为圆柱形，第一铰链单体31、第二铰链单体32沿柔性铰链本体3的轴线方向交替层叠设有多个，第一容置槽10和第二容置槽20分别为半圆柱形槽，保证了X向滑块1、Y向连接件2与柔性铰链本体3之间的配合精度。
其中，第一X形连接段312与第二X形连接段322的结构相同，第一X形连接段312的锐角为5°至85°之间的任意角度，第一X形连接段312的钝角为95°至175°之间的任意角度。具体的，第一X形连接段312的锐角为30°，第一X形连接段312的钝角为150°；相对应的，第二X形连接段322的锐角为30°，第二X形连接段322的钝角为150°。并且，在第一X形连接段312与两个第一弧形段311之间、第二X形连接段322与两个第二弧形段321之间分别设有圆角部，设计圆角部可提高X形连接段与弧形段之间的连接强度。
在本实施例中，X向滑块1与柔性铰链本体3位于缺口空间30一侧的弧形段之间、Y向连接件2与柔性铰链本体3位于缺口空间30另一侧的弧形段之间均设有连接件。作为优选的，第一弧形段311上开设有第一通孔313，第二弧形段321上开设有第二通孔323，第一通孔313与第二通孔323沿柔性铰链本体3的轴线方向连通构成螺栓孔，X向滑块1、Y向连接件2分别开设有连接孔，连接件为穿装于连接孔和螺栓孔中的紧固螺栓。
通过紧固螺栓依次穿装于第一弧形段311的第一通孔313和第二弧形段321的第二通孔323中，可减少应力集中对柔性铰链本体3使用寿命及可靠性造成的不良影响。使用时，当左侧的X向滑块1静止，右侧的Y向连接件2出现X向位移时，柔性铰链本体3发生弯曲变形，起到了Rz方向的转动作用。经多次试验可知，当左右两侧发生偏摆时，该柔性铰链本体3能够承担铰接功能，转角行程为2.6(－1.3至+1.3)mrad，满足了工件台的精度要求。
并且，在X向滑块1位于第一容置槽10的端部设有第一盖板11，Y向连接件2位于第二容置槽20的端部设有第二盖板21，第一盖板11和第二盖板21上分别开设有连接孔。装配时，第一盖板11的连接孔与柔性铰链本体3左侧的螺栓孔正对，第二盖板21的连接孔与柔性铰链本体3右侧的螺栓孔正对，通过紧固螺栓穿装于连接孔和螺栓孔中，从而实现了X向滑块1、Y向连接件2分别与柔性铰链本体3之间的装配连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，包括第一部件、第二部件和柔性铰链本体，所述第一部件、所述第二部件分别与所述柔性铰链本体连接；
所述柔性铰链本体包括层叠设置的第一铰链单体和第二铰链单体，所述第一铰链单体包括两个第一弧形段，以及固定连接于两个所述第一弧形段之间的第一X形连接段，两个所述第一弧形段相对间隔布置形成第一缺口；
所述第二铰链单体包括两个第二弧形段，以及固定连接于两个所述第二弧形段之间的第二X形连接段，两个所述第二弧形段相对间隔布置形成第二缺口；
所述第一缺口与所述第二缺口沿层叠方向连通构成缺口空间，所述第一部件连接于所述柔性铰链本体位于所述缺口空间一侧的弧形段上，所述第二部件连接于所述柔性铰链本体位于所述缺口空间另一侧的弧形段上；
所述第一X形连接段与所述第二X形连接段均具有对称分布的钝角和锐角，所述第一X形连接段的锐角朝向所述第一缺口设置，所述第二X形连接段的钝角朝向所述第二缺口设置。
2.根据权利要求1所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述第一部件为X向滑块，所述第二部件为Y向连接件，所述X向滑块上开设有第一容置槽，所述Y向连接件上开设有第二容置槽，所述第一容置槽、所述第二容置槽分别与所述柔性铰链本体凹凸配合。
3.根据权利要求2所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述柔性铰链本体的外轮廓为圆柱形，所述第一铰链单体、所述第二铰链单体沿所述柔性铰链本体的轴线方向交替层叠设有多个，所述第一容置槽和所述第二容置槽分别为半圆柱形槽。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述第一X形连接段与所述第二X形连接段的结构相同，所述第一X形连接段的锐角为5°至85°之间的任意角度，所述第一X形连接段的钝角为95°至175°之间的任意角度。
5.根据权利要求1至3任一项所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述第一X形连接段的锐角为30°，所述第一X形连接段的钝角为150°。
6.根据权利要求1至3任一项所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述第一X形连接段与两个所述第一弧形段之间、所述第二X形连接段与两个所述第二弧形段之间分别设有圆角部。
7.根据权利要求2所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述X向滑块与所述柔性铰链本体位于所述缺口空间一侧的弧形段之间、所述Y向连接件与所述柔性铰链本体位于所述缺口空间另一侧的弧形段之间均设有连接件。
8.根据权利要求7所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述第一弧形段上开设有第一通孔，所述第二弧形段上开设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔沿所述柔性铰链本体的轴线方向连通构成螺栓孔，所述X向滑块、Y向连接件分别开设有连接孔，所述连接件为穿装于所述连接孔和所述螺栓孔中的紧固螺栓。
9.根据权利要求8所述的用于工件台微转动的柔性铰链组件，其特征是，所述X向滑块位于所述第一容置槽的端部设有第一盖板，所述Y向连接件位于所述第二容置槽的端部设有第二盖板，所述第一盖板和所述第二盖板上分别开设有所述连接孔。
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