CN114434407A - 旋转运动台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转运动台，旋转运动台包括基台、旋转台面、支撑垫、线性促动器、枢轴铰链，所述旋转台面通过底部连接的支撑垫设置在所述基台的表面，旋转台面的一侧与所述枢轴铰链的柔性侧固定连接，所述枢轴铰链的固定侧固定在所述基台的表面，所述线性促动器固定在所述基台表面，线性促动器的运动轴与所述旋转台面的另一侧面固定连接。本申请结构紧凑，体积小，能够提高运动台对于横向作用力的抗干扰性，同时提高旋转运动台的工作稳定性和可靠性。

Description

旋转运动台

技术领域

本发明涉及精密定位控制技术领域，具体涉及一种旋转运动台。

背景技术

在对产品检测时，为了能够保证检测的准确性，根据工况的不同，可通过旋转运动台对被测物进行精密定位，或者结合XY运动台和设置于XY运动台上的Z向运动台对被测物进行精密定位，再有特定工况的需求，还有引入RZ向运动台的情况进行被测物的位置调整。而针对不同的产品类型，对于运动台的工作精度要求也不同，而对于半导体晶圆进行检测时，由于其本身的结构精密性，其检测精度要求也更高，甚至要达到微米乃至纳米量级。

而就RZ运动台而言，传统的具有两种结构，一是采用机械轴承配合直驱旋转电机的结构，但由于机械轴承的限制，精度差，只能达到毫弧度量级，另一是采用气浮轴承配合直驱旋转电机的结构，但是设备的整体体积较大，尤其是Z向尺寸较大，同时导致自重大，不便于布置。

因此，如何优化RZ向的结构，更好地满足半导体晶圆检测的高刚度高精度需求，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种旋转运动台，其结构紧凑，体积小，能够提高运动台对于横向作用力的抗干扰性，同时提高旋转运动台的工作稳定性和可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种旋转运动台，旋转运动台包括基台、旋转台面、支撑垫、线性促动器、枢轴铰链，所述旋转台面通过底部连接的支撑垫设置在所述基台的表面，旋转台面的一侧与所述枢轴铰链的柔性侧固定连接，所述枢轴铰链的固定侧固定在所述基台的表面，所述线性促动器固定在所述基台表面，线性促动器的运动轴与所述旋转台面的另一侧面固定连接。

对于上述技术方案，申请人还有进一步的优化措施。

可选地，所述枢轴铰链包括活动板、旋转板，所述活动板固定于基台表面，所述活动板垂直于所述基台表面，所述活动板与旋转板相平行地设置并且通过第一薄壁金属连接所述活动板与旋转板，所述第一薄壁金属垂直于所述基台表面。

进一步地，还包括柔性连接件，所述柔性连接件呈平板状，整体平行于所述基台，所述柔性连接件的一侧连接活动板，相对的另一侧与基台或者固定于基台上的固定架相连接。

更进一步地，所述柔性连接件包括连接件主体，所述连接件主体上具有第二薄壁金属，所述第二薄壁金属与所述第一薄壁金属呈正交布置。

可选地，所述旋转运动台还包括连接铰链，所述线性促动器的运动轴通过柔性连接轴与所述连接铰链相连，所述连接铰链固定连接所述旋转台面。

进一步地，所述连接铰链包括柔性固定件，柔性固定件中具有双层薄壁金属结构、是为第三薄壁金属，且所述柔性固定件中的第三薄壁金属平行于所述基台表面，所述柔性连接轴穿设于所述柔性固定件的双层薄壁金属之间连接。

进一步地，所述柔性固定件包括平行于基台表面的两水平臂和连接两臂的竖直板，在两水平臂上分别开设有第三薄壁金属，所述柔性连接轴的一端与所述线性促动器的运动轴相连，所述柔性连接轴的另一端穿过所述竖直板后再从所述两水平臂之间穿过后与基台或者固定于基台上的支架相连接。

更进一步地，所述柔性连接轴上具有第四薄壁金属，所述第四薄壁金属同样平行于所述基台表面并且与所述线性促动器的运动轴的轴线相垂直。

可选地，每一所述支撑垫包括上下两层平板，分别为上层垫与下层垫，所述上层垫固定于所述旋转台面的底部，所述下层垫上沿高度方向开设有通孔，所述基板内设置有气道，所述下层垫固定在所述基板上并且基板上开设有连通所述通孔与气道的连接孔，所述气道与外部的气源相连，通过切换气源的正压或者负压，使得所述上层垫与下层垫之间在正压气浮的活动状态与负压吸附的锁定状态间切换。

进一步地，在所述旋转台面的下方设置有至少三个支撑垫。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的线性的旋转运动台，采用直线驱动取代传统的旋转电机的驱动方式，依靠枢轴铰链处的薄壁金属的弹性形变来实现旋转台面的转动，而不是直接的旋转圆周运动，提高了旋转台面的运动精度，且整体结构限定在平面内，缩小旋转运动台的高度，更好地满足设备轻型化小型化的需求。

除此之外，在旋转运动台中采用气浮控制的支撑垫来进行旋转台面的锁定与解锁，从而保证旋转台面在锁止状态具有更好的刚性，提高本申请的设备稳定性和工作可靠性。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的旋转运动台的俯视结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的旋转运动台的剖面结构示意图；

图3为图1所示旋转运动台中支撑垫的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的旋转运动台中枢轴铰链的结构示意图；

图5为图4所示枢轴铰链的侧视图；

图6是根据本发明一个实施例的旋转运动台中连接铰链的结构示意图；

图7为图6所示连接铰链的侧视图；

图8为图7所示连接铰链中S-S向剖面视图；

图9是根据本发明一个实施例的旋转运动台中构成薄壁金属的其他结构示意图。

附图标记如下：

1、基台；

2、旋转台面；

3、线性促动器，

4、支撑垫，41、上层垫，42、下层垫，43、通孔，44、连接孔，45、气道；

5、枢轴铰链，51、固定块，52、活动板，53、旋转板，54、柔性连接件；

6、连接铰链，61、插板，62、柔性固定件，63、柔性连接轴；

71、第一薄壁金属，72、第二薄壁金属，73、第三薄壁金属，74、第四薄壁金属。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例描述了一种旋转运动台，在旋转运动台处采用直线驱动取代传统的旋转电机的驱动方式，依靠枢轴铰链5的弹性形变来实现旋转台面2的转动，而不是直接的旋转圆周运动，提高了旋转台面2的运动精度，且整体结构限定在平面内，缩小旋转运动台的高度，更好地满足设备轻型化小型化的需求。

具体说来，如图1、图2所示，所述旋转运动台包括基台1、旋转台面2、支撑垫4、线性促动器3、枢轴铰链5，所述旋转台面2通过底部连接的支撑垫4设置在所述基台1的表面，旋转台面2的一侧与所述枢轴铰链5的柔性侧固定连接，所述枢轴铰链的固定侧固定在所述基台1的表面，所述线性促动器3固定在所述基台1表面，线性促动器3的运动轴与所述旋转台面2的另一侧面固定连接。

所述枢轴铰链5一般性可以包括活动板52、旋转板53，所述活动板52固定于基台1的表面，且所述活动板52垂直于所述基台1表面，所述活动板52与旋转板53相平行地设置并且通过第一薄壁金属71连接所述活动板52与旋转板53，所述第一薄壁金属71垂直于所述基台1表面。

对于活动板52与基台1间的固定，可直接与基台1上所具有的竖直凸起相固定，或者是通过与固定于基台1上的固定架相连，而旋转板53可绕与活动板52之间的所述第一薄壁金属71进行旋转。

而为了能够实现活动板52在竖直方向具有一定的移动的范围，本实施例通过柔性连接件54将活动板52与基台1进行固定。所述柔性连接件54呈平板状，整体平行于所述基台1，所述柔性连接件54的一侧连接活动板52，相对的另一侧与基台1或者固定于基台1上的固定架相连接，所述柔性连接件54包括连接件主体，所述连接件主体上具有第二薄壁金属72，所述第二薄壁金属72与所述第一薄壁金属71呈正交布置。

具体说来，如图4、图5所示，所述枢轴铰链5包括固定块51、活动板52、旋转板53以及柔性连接件54，所述固定块51呈U形，包括相平行的两块第一平板以及连接两块第一平板的第二平板，所述活动板52贴合在所述固定块51的开口处，且活动板52平行于所述第二平板。活动板52与固定块51构成长方体状的结构，所述柔性连接件54设置在所述固定块51与活动板52所构成的腔体内，柔性连接件54呈平板状、平行于所述第一平板，并且柔性连接件54的一侧连接活动板52，相对的另一侧连接固定块51的所述第二平板。所述旋转板53设置于活动板52的外侧并与所述活动板52枢接，旋转板53与活动板52之间的枢接轴沿活动板52的高度方向设置。当枢轴铰链设置在旋转台面上时，固定块51通过外部组件结合螺栓锁定在基台1上，旋转板53与活动板52之间的枢接轴垂直于所述基台1的表面，所述旋转板53与旋转台面2的一侧固定连接，旋转台面2在转动时旋转板53即绕着枢接轴转动、旋转板53与活动板52间发生轻微形变从而实现旋转台面2的微动。

所述柔性连接件54包括平板状的连接件主体，在连接件主体上设有两组圆弧穿孔，每组圆弧穿孔包括相对设置于连接件主体两个侧面上的两个圆弧穿孔，各个所述圆弧穿孔的侧面均向内凹，所述圆弧穿孔的圆弧直径小于所述柔性铰链主体的宽度，相对设置的两圆弧穿孔即在连接件主体表面成型出第二薄壁金属72，且所述圆弧穿孔的轴线平行于所述活动板52，即第二薄壁金属72是平行于所述活动板52的且也是平行于基台表面的，从而保证所述第二薄壁金属72与所述第一薄壁金属71呈正交布置。柔性连接件54的结构设置能够适应旋转台面2在浮动和锁定状态下的运动，

所述旋转板53与活动板52之间通过具有裂隙的圆形穿孔相连，也就是在加工时旋转板53与活动板52可采用一块板，然后在中部开两个圆形穿孔，然后再沿着平行于两板长度方向的位置开通槽，但通槽只切穿单侧圆形穿孔的一侧即可，这样就构成两侧均可形变的第一薄壁金属71。

需要说明的是，固定块51、活动板52、旋转板53以及柔性连接件54可采用一块板进行冲压、钻孔、铣制等手段加工而成，也可以是分别加工在通过焊接、粘接或者螺钉紧固等方式进行组装而成，本申请保护的是这样的整体结构，而非其结构的加工过程或者工艺，特此说明。

上述在柔性连接件54上所设置的穿孔、旋转板53与活动板52间的穿孔可以是圆弧状或者是圆形，还可以采用如图9的结构，穿孔形状可以为椭圆、三角形、四边形甚至于其他异形，具体而言，以能够形成上述实施例所述的薄壁金属结构为限。

在线性促动器3的直线运动推拉下，旋转台面2以所述枢轴铰链5为旋转中心依靠旋转板53的形变进行旋转运动，除此之外，枢轴铰链5适应RZ方向的运动，不会引入背隙和摩擦力，也消除了传统旋转马达所引入的RX和RY方向的运动误差

在一优选的实施例中，所述旋转运动台还包括连接铰链6，所述线性促动器3的运动轴通过柔性连接轴63与所述连接铰链6相连，而所述连接铰链6固定连接所述旋转台面2。为了使得线性促动器3适应于旋转台面2的转动，采用柔性连接轴63与所述线性促动器3的运动轴相连。也就是说线性促动器3也是通过柔性的弹性形变来实现推动，再结合连接铰链、枢轴铰链等设置，就能够更好地实现对于旋转位移的控制。而这一连接铰链6的结构与所述枢轴铰链5的结构类似，连接铰链6也可以适应于RZ方向的运动，降低促动器受到的侧向力。

所述连接铰链6包括柔性固定件62，柔性固定件62中具有双层薄壁金属结构，且所述柔性固定件62中的第三薄壁金属73平行于所述基台1表面，所述柔性连接轴63穿设于所述柔性固定件62的双层薄壁金属之间连接。

所述柔性固定件62包括平行于基台1表面的两水平臂和连接两臂的竖直板，在两水平臂上分别开设有第三薄壁金属73，所述柔性连接轴63的一端与所述线性促动器3的运动轴相连，所述柔性连接轴63的另一端穿过所述竖直板后再从所述两水平臂之间穿过后与基台或者固定于基台上的支架相连接。所述柔性连接轴63上具有第四薄壁金属74，所述第四薄壁金属74同样平行于所述基台1表面并且与所述线性促动器3的运动轴的轴线相垂直。

具体说来，如图6~8所示，所述连接铰链6的结构类似于所述枢轴铰链，但无枢轴，也就少了旋转板53的设置。该连接铰链包括呈U形的插板61，以及对插在所述插板61中的柔性固定件62，所述柔性固定件62同样为U形，但柔性固定件62的相对垂直的两臂为平板状，且两臂的远端与所述插板61的竖直边的内侧连接。

在所述柔性固定件62的两水平臂上同样设有两组圆弧穿孔，四个所述圆弧穿孔的侧面均向内凹，所述圆弧穿孔的圆弧直径小于所述柔性固定件62两臂的宽度，相对设置的两圆弧穿孔形成水平臂上的第三薄壁金属73，且所述圆弧穿孔的轴线平行于所述柔性固定件62的竖直连接臂，在竖直连接臂上还开设有固定柔性连接轴的轴承孔。所述柔性连接轴63为矩形，柔性连接轴63上设有两组共四个圆弧穿孔，四个所述圆弧穿孔的侧面均向内凹，所述圆弧穿孔的圆弧直径小于所述柔性固定件两臂的宽度，柔性连接轴63上相对设置两圆弧穿孔成型出所述第四薄壁金属74。

同样的，在柔性固定件62的两水平臂上所设置的穿孔、柔性连接轴63的穿孔可以是圆弧状，还可以采用如图9的结构，穿孔形状可以为椭圆、三角形、四边形甚至于圆形或者其他异形，具体而言，以能够形成上述实施例所述的薄壁金属结构为限。

装配时，柔性固定件62的竖直连接臂与外部固定件进行锁死固定，线性促动器3的运动轴穿过插板61的竖直边后与所述轴承孔滑动配合，而所述插板61则与所述旋转台面的另一侧面（优选旋转台面上位于与枢轴铰链相连的侧面的相对侧），线性促动器3推拉插板61即可完成对于旋转台面的推拉。

在所述旋转台面2的下方设置有至少三个支撑垫4，如此能够更好地对旋转台面2进行支撑，支撑垫4的存在能够将旋转台面2可转动设置于基台1表面，也就是说旋转台面2转动时是沿着多个等高的支撑垫4所构成的滑动平面上运动的。

在一优选的实施例中，如图3所示，所述支撑垫4包括上下两层平板，分别为上层垫41与下层垫42，所述上层垫41固定于所述旋转台面2的底部，所述下层垫42上沿高度方向开设有通孔43，所述基板内设置有气道45，所述下层垫42固定在所述基板上并且基板上开设有连通所述通孔43与气道45的连接孔44，所述气道45与外部的气源相连，通过切换气源的正压或者负压，使得所述上层垫41与下层垫42之间在正压气浮的活动状态与负压吸附的锁定状态间切换。在旋转运动台中采用气浮控制的支撑垫4来进行旋转台面2的锁定与解锁，从而保证旋转台面2在锁止状态具有更好的刚性，提高本申请设备的稳定性和工作可靠性。

旋转运动台在工作时，外部气源向气道45中通入正压气体，即支撑垫4处通正压气体，在正压作用下上层垫41和旋转台面2浮起，然后通过线性促动器3的直线运动，使旋转台面2以枢轴铰链5为旋转中心进行旋转运动，在此过程中，线性促动器3的运动轴处所设置的连接铰链6可以适应Rz方向的旋转，枢轴铰链5同样也可以适应Rz方向的旋转，在旋转台面2运动到位后，气源向支撑垫4处通负压，在压强差的作用下上层垫41被吸附在下层垫42上，使得旋转台面2被吸附锁定在基台1表面，此时旋转运动台具有高刚性，不受惯性力及惯性力矩的扰动。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转运动台，其特征在于，旋转运动台包括基台、旋转台面、支撑垫、线性促动器、枢轴铰链，所述旋转台面通过底部连接的支撑垫设置在所述基台的表面，旋转台面的一侧与所述枢轴铰链的柔性侧固定连接，所述枢轴铰链的固定侧固定在所述基台的表面，所述线性促动器固定在所述基台表面，线性促动器的运动轴与所述旋转台面的另一侧面固定连接。

2.根据权利要求1所述的旋转运动台，其特征在于，所述枢轴铰链包括活动板、旋转板，所述活动板固定于基台表面，所述活动板垂直于所述基台表面，所述活动板与旋转板相平行地设置并且通过第一薄壁金属连接所述活动板与旋转板，所述第一薄壁金属垂直于所述基台表面。

3.根据权利要求2所述的旋转运动台，其特征在于，还包括柔性连接件，所述柔性连接件呈平板状，整体平行于所述基台，所述柔性连接件的一侧连接活动板，相对的另一侧与基台或者固定于基台上的固定架相连接。

4.根据权利要求3所述的旋转运动台，其特征在于，所述柔性连接件包括连接件主体，所述连接件主体上具有第二薄壁金属，所述第二薄壁金属与所述第一薄壁金属呈正交布置。

5.根据权利要求1所述的旋转运动台，其特征在于，所述旋转运动台还包括连接铰链，所述线性促动器的运动轴通过柔性连接轴与所述连接铰链相连，所述连接铰链固定连接所述旋转台面。

6.根据权利要求5所述的旋转运动台，其特征在于，所述连接铰链包括柔性固定件，柔性固定件中具有双层薄壁金属结构、是为第三薄壁金属，且所述柔性固定件中的第三薄壁金属平行于所述基台表面，所述柔性连接轴穿设于所述柔性固定件的双层薄壁金属之间连接。

7.根据权利要求6所述的旋转运动台，其特征在于，所述柔性固定件包括平行于基台表面的两水平臂和连接两臂的竖直板，在两水平臂上分别开设有第三薄壁金属，所述柔性连接轴的一端与所述线性促动器的运动轴相连，所述柔性连接轴的另一端穿过所述竖直板后再从所述两水平臂之间穿过后与基台或者固定于基台上的支架相连接。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的旋转运动台，其特征在于，所述柔性连接轴上具有第四薄壁金属，所述第四薄壁金属同样平行于所述基台表面并且与所述线性促动器的运动轴的轴线相垂直。

9.根据权利要求1所述的旋转运动台，其特征在于，每一所述支撑垫包括上下两层平板，分别为上层垫与下层垫，所述上层垫固定于所述旋转台面的底部，所述下层垫上沿高度方向开设有通孔，所述基板内设置有气道，所述下层垫固定在所述基板上并且基板上开设有连通所述通孔与气道的连接孔，所述气道与外部的气源相连，通过切换气源的正压或者负压，使得所述上层垫与下层垫之间在正压气浮的活动状态与负压吸附的锁定状态间切换。

10.根据权利要求1或9所述的旋转运动台，其特征在于，在所述旋转台面的下方设置有至少三个支撑垫。

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