CN116954038A - 一种活动连接组件及宏微结合的垂向定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活动连接组件及宏微结合的垂向定位装置，该活动连接组件包括第一连接单元、第二连接单元及第三连接单元，每一连接单元均由顶板与顶头构成且三者连接单元的结构均不相同，能够实现对被支撑件与支撑件之间的稳定活动连接，在配合驱动组件作用时，能够驱动被支撑件相对于支撑件作自由度确定的微小运动，实现对被支撑件的垂向高度和水平度调整。该垂向定位装置包括宏动模块及微动模块，其中，宏动模块包括底座组件、下楔形块组件、上楔形块组件及宏动驱动组件，微动模块包括垂向微动板及微动驱动组件，微动驱动组件包括上述的活动连接组件，该垂向定位装置整体结构扁平紧凑，具有高刚性、高到位稳定性、抗电磁干扰及高负载能力。

Description

一种活动连接组件及宏微结合的垂向定位装置

技术领域

本发明属于半导体制造设备技术领域，涉及一种活动连接组件及宏微结合的垂向定位装置。

背景技术

光刻机是制造大规模集成电路的核心装备。为将设计图形制作到硅片上，并在一颗芯片上集成制作数十亿甚至上百亿的晶体管，光刻机需达到十几纳米甚至几纳米的图像分辨率，作为光刻机核心部件之一的工件台，其定位精度（在高速运动下需达到纳米级的运动精度）对硅片的光刻质量产生直接影响。

随着半导体行业制造技术的发展，集成电路结构越来越精细，光学设备的分辨率也不断提高，对工件台的垂向定位装置的精度和到位稳定性要求也进一步提高。现有的垂向定位装置中，部分装置采用直线电机进行驱动，导致位置稳定性不佳，为了改善到位稳定性，部分装置采用步进电机加丝杠结构替换直线电机进行驱动，虽然到位稳定性改善，但是又会增加垂向定位装置的总体高度，限制了其应用，并且无论是采用步进电机还是直线电机进行驱动，驱动过程均无法避免电磁干扰，工作稳定性无法有效保证。更重要的是，大多数装置仅具有宏动调节定位功能（相当于粗动台），当需要纳米级别的定位精度时，需要额外堆叠微动定位装置（相当于微动台），导致工件台系统的整体垂向高度增加，刚度下降，对运动精度及负载能力造成不利影响。

因此，如何提供一种活动连接组件及宏微结合的垂向定位装置，以实现整体结构垂向扁平紧凑、刚度高、到位稳定、抗电磁干扰以及负载能力大，并能够满足宏微结合的垂向定位功能，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种活动连接组件及宏微结合的垂向定位装置，用于解决现有技术中垂向定位装置需要叠加微动定位装置才能实现纳米级别的定位精度且到位稳定性差或总体高度偏大、刚度偏低以及负载能力有待改善的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种活动连接组件，包括：

第一连接单元，包括第一顶板及第一顶头，所述第一顶板具有第一凹槽，所述第一凹槽自所述第一顶板的底面开口并向上延伸且所述第一凹槽的顶壁设有一盲槽，所述第一顶头穿过所述第一凹槽伸入所述盲槽内与所述第一顶板连接，所述盲槽呈锥型槽及圆弧型槽中的至少一种，所述第一顶头的顶端呈球面；

第二连接单元，与所述第一连接单元在第一水平方向上间隔设置，所述第二连接单元包括第二顶板及第二顶头，所述第二顶板具有第二凹槽，所述第二凹槽自所述第二顶板的底面开口并向上延伸且所述第二凹槽的顶壁设有一盲孔，所述第二顶头穿过所述第二凹槽伸入所述盲孔内与所述第二顶板连接，所述盲孔呈锥型孔及圆弧型孔中的至少一种，所述第二顶头的顶端呈球面；

第三连接单元，与所述第一连接单元在第二水平方向上间隔设置，所述第二水平方向与所述第一水平方向相交所述第三连接单元包括第三顶板及第三顶头，所述第三顶板具有第三凹槽，所述第三凹槽自所述第三顶板的底面开口并向上延伸，所述第三凹槽的顶壁呈平面及弧面中的至少一种，所述第三顶头伸入所述第三凹槽内与所述第三顶板连接，所述第三顶头的顶端呈球面。

可选地，所述盲孔的中心线在所述盲槽的中心轴面的延伸方向上。

可选地，所述第一连接单元、所述第二连接单元及所述第三连接单元之间的排列方式呈直角三角形、锐角等腰三角形及等边三角形中的至少一种。

本发明还提供一种宏微结合的垂向定位装置，包括：

宏动模块，包括底座组件、下楔形块组件、上楔形块组件及宏动驱动组件，所述底座组件包括底座本体，所述下楔形块组件包括具有第一斜面的下楔形块，所述上楔形块组件包括具有第二斜面的上楔形块，所述第二斜面平行于所述第一斜面，所述下楔形块设置于所述底座本体上，所述上楔形块设置于所述下楔形块上且所述第一斜面与所述第二斜面连接以形成楔形传动结构，所述宏动驱动组件与所述下楔形块连接以驱动所述下楔形块在所述底座本体所在平面上作直线水平运动，所述上楔形块在所述下楔形块的带动下在垂直于所述底座本体所在平面的方向上作直线升降运动；

微动模块，包括垂向微动板及微动驱动组件，所述垂向微动板环绕所述上楔形块并与所述上楔形块连接以随所述上楔形块的升降而升降，所述微动驱动组件包括如上所述的活动连接组件，所述活动连接组件与所述垂向微动板连接。

可选地，所述顶板与所述垂向微动板一体成型；或者，所述垂向微动板具有至少三个垂向贯穿且间隔设置的通孔，所述顶板嵌入所述通孔内以与所述垂向微动板连接。

可选地，所述垂向微动板的质心的水平投影与所述活动连接组件的形心的水平投影相重合。

可选地，所述宏动驱动组件包括超声电机，所述超声电机的定子固定于所述底座本体上，所述超声电机的动子固定于所述下楔形块上；所述下楔形块包括垂直贯穿所述下楔形块的第一通槽，所述超声电机的动子设置于所述下楔形块的外侧面或所述第一通槽的槽壁。

可选地，所述上楔形块包括上楔形块本体及至少三个间隔设置的分支块，所述分支块固定连接于所述上楔形块本体的外侧面，所述分支块设有间隔设置的第一容纳槽及第二容纳槽。

可选地，所述微动驱动组件还包括至少三个压电驱动器，所述压电驱动器的定子位于所述第一容纳槽内以与所述上楔形块连接，所述压电驱动器的动子与所述活动连接组件连接以驱动所述垂向微动板相对于所述上楔形块进行微动运动。

可选地，所述微动模块还包括侧向压紧组件，所述侧向压紧组件环绕所述压电驱动器设置且所述侧向压紧组件与所述分支块连接。

可选地，所述微动模块还包括微动位置传感器，所述微动位置传感器设置于所述第二容纳槽内以检测所述垂向微动板的微动行程。

可选地，所述微动模块还包括预紧组件，所述预紧组件的一端贯穿所述垂向微动板以与所述垂向微动板连接，所述预紧组件的另一端伸入所述第二容纳槽内以与所述上楔形块连接。

可选地，所述宏动模块还包括用于检测所述垂向微动板宏动行程的宏动位置传感器，所述宏动位置传感器包括光栅尺及读数头，所述光栅尺与所述垂向微动板连接并沿垂向设置，所述读数头固定设置于所述底座本体上。

可选地，所述垂向微动板通过柔性连接件与所述上楔形块连接；所述柔性连接件包括柔性簧片，所述上楔形块的上表面设有预设数量的第一安装接口，所述垂向微动板的上表面设有第二安装接口，所述柔性簧片的一端与所述第一安装接口固定连接，所述柔性簧片的另一端与所述第二安装接口固定连接；或者，所述柔性连接件包括柔性铰链，所述柔性铰链的一端与所述上楔形块朝向所述垂向微动板的一面连接，所述柔性铰链的另一端与所述垂向微动板朝向所述上楔形块的一面连接；或者，所述柔性连接件包括柔性板簧，所述柔性板簧的一端与所述垂向微动板连接，所述柔性板簧的另一端与所述上楔形块连接。

可选地，所述柔性簧片包括依次连接的第一固定部、第一柔性变形部及第二固定，所述第一柔性变形部的厚度小于所述第一固定部的厚度及所述第二固定部的厚度；所述柔性板簧包括依次连接的第三固定部、第二柔性变形部及第四固定部，所述第二柔性变形部设有至少一水平通槽，所述水平通槽水平贯穿所述第二柔性变形部，所述柔性板簧与所述上楔形块一体成型或分体连接，所述柔性板簧与所述垂向微动板一体成型或分体连接。

可选地，所述柔性连接件的材料包括无氧铜及形状记忆合金中的至少一种，所述形状记忆合金包括镍钛基形状记忆合金、铜基形状记忆合金及铁基形状记忆合金中的至少一种；所述底座本体的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；所述上楔形块的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；所述下楔形块的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；所述垂向微动板的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种。

如上所述，本发明的活动连接组件包括至少三种结构不同的连接单元，能够实现对被支撑件与支撑件之间的稳定活动连接，在配合驱动组件作用时，能够驱动被支撑件相对于支撑件作自由度确定的微小运动，实现对被支撑件的垂向高度和水平度调整。本发明的垂向定位装置整体结构扁平紧凑，具有高刚性、高到位稳定性、抗电磁干扰及高负载能力。

附图说明

图1显示为本发明的活动连接组件具有三个连接单元时的俯视结构示意图。

图2显示为本发明的活动连接组件中第一顶板的整体结构示意图。

图3显示为本发明的活动连接组件中第一顶板的仰视结构示意图。

图4显示为本发明的活动连接组件中第一顶板的剖面结构示意图。

图5显示为本发明的活动连接组件中第二顶板的整体结构示意图。

图6显示为本发明的活动连接组件中第二顶板的仰视结构示意图。

图7显示为本发明的活动连接组件中第三顶板的整体结构示意图。

图8显示为本发明的活动连接组件中第三顶板的仰视结构示意图。

图9显示为本发明的活动连接组件中第三顶板中第三凹槽的顶壁呈平面时的剖面结构示意图。

图10显示为本发明的活动连接组件中第三凹槽的顶壁呈弧面时的剖面结构示意图。

图11显示为本发明的活动连接组件具有四个连接单元时的俯视结构示意图。

图12显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置于实施例二中的整体结构示意图。

图13显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的宏动模块于实施例二中的整体结构示意图。

图14显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的底座组件于实施例二中的整体结构示意图。

图15显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的下楔形块组件于实施例二中的整体结构示意图。

图16显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的上楔形块组件于实施例二中的整体结构示意图。

图17显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的微动模块于实施例二中的整体结构示意图。

图18显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的上楔形块处于垂向高度中位时的剖面结构示意图。

图19显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的上楔形块处于垂向高度低位时的剖面结构示意图。

图20显示为图12中Ⅰ区域放大结构示意图。

图21显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的微动模块于实施例二中的部分结构透视示意图。

图22显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的微动模块于实施例二中的俯视结构示意图。

图23显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的柔性簧片的整体结构示意图。

图24显示为图23所示结构的俯视结构示意图。

图25显示为图23所示结构的侧视结构示意图。

图26显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中采用柔性铰链连接上楔形块及垂向微动板后所得结构的整体结构示意图。

图27显示为图26所示结构的剖面结构示意图。

图28显示为图26所示结构的俯视结构示意图。

图29显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中采用柔性板簧连接上楔形块及垂向微动板后所得结构的整体结构示意图。

图30显示为图12中Ⅱ区域放大示意图。

图31显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置于实施例三中的整体结构示意图。

图32显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的宏动模块于实施例三中的整体结构示意图。

图33显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的宏动模块于实施例三中的俯视结构示意图。

图34显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的底座组件于实施例三中的整体结构示意图。

图35显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的下楔形块组件于实施例三中的整体结构示意图。

图36显示为本发明的宏微结合的垂向定位装置中的上楔形块组件于实施例三中的整体结构示意图。

元件标号说明：61a 第一顶板，62a 第一凹槽，63a 盲槽，61b 第二顶板，62b 第二凹槽，63b 盲孔，61c 第三顶板，62c 第三凹槽，61d 第四顶板，100 宏动模块，11 底座组件，111 底座本体，1111 底座凹槽，112 垂向导轨安装板，12 下楔形块组件，121 下楔形块，1211 第一通槽，13 上楔形块组件，131 上楔形块，1311 上楔形块本体，13111 第二通槽，13112第一安装接口，1312 分支块，13121 第一容纳槽，13122 第二容纳槽，132 垂向滑块安装板，141 超声电机的定子，142 超声电机的动子，151 水平导轨，152 斜面导轨，153竖直导轨，16 宏动位置传感器，161 光栅尺，162 读数头，200 微动模块，21 垂向微动板，211 通孔，212 第二安装接口，22 微动驱动组件，221 压电驱动器，222 活动连接单元，2221 顶头，2222 顶板，23 微动位置传感器，24 预紧组件，25 侧向压紧组件，31 柔性簧片，311 第一固定部，3121 贯穿孔，313 第二固定部，32 柔性铰链，33 柔性板簧，331 第三固定部，332 第二柔性变形部，3321 水平通槽，333 第四固定部。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图36。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种活动连接组件，请参阅图1，显示为该活动连接组件的仰视结构示意图，该活动连接组件包括第一连接单元、第二连接单元及第三连接单元。

具体的，第一连接单元包括第一顶板61a及第一顶头，请参阅图2至图4，其中图2显示为第一顶板的整体结构示意图，图3显示为第一顶板的仰视结构示意图，图4显示为第一顶板的剖面结构示意图，第一顶板61a具有第一凹槽62a，第一凹槽62a自第一顶板61a的底面开口并向上延伸且第一凹槽62a的顶壁设有一盲槽63a，第一顶头（图2至图4中未显示）穿过第一凹槽62a伸入盲槽63a内与第一顶板61a连接，盲槽63a呈锥型槽及圆弧型槽中的至少一种，第一顶头的顶端呈球面。本实施例中盲槽63a呈锥形槽。需要说明的是，为清楚展示第一顶板的具体结构，图2为第一顶板倒置后的整体结构示意图，实际应用时第一顶板的第一凹槽开口所在的面朝下作为底面，后续的图5及图7同理。

具体的，第二连接单元与第一连接单元在第一水平方向上间隔设置，第二连接单元包括第二顶板61b及第二顶头，请参阅图5至图6，其中图5显示为第二顶板的整体结构示意图，图6显示为第二顶板的仰视结构示意图，第二顶板61b具有第二凹槽62b，第二凹槽62b自第二顶板61b的底面开口并向上延伸且第二凹槽62b的顶壁设有一盲孔63b，第二顶头（图5至图6中未显示）穿过第二凹槽62b伸入盲孔63b内与第二顶板61b连接，盲孔63b呈锥型孔及圆弧型孔中的至少一种，第二顶头的顶端呈球面，本实施例中盲孔63b呈锥形孔，第二顶板61b的剖面结构示意图可结合参阅图4。

具体的，第三连接单元与第一连接单元在第二水平方向上间隔设置，第二水平方向与第一水平方向相交，第三连接单元包括第三顶板61c及第三顶头，请参阅图7至图9，其中图7显示为第三顶板的整体结构示意图，图8显示为第三顶板的仰视结构示意图，图9显示为第三顶板的剖面结构示意图，第三顶板61c具有第三凹槽62c，第三凹槽62c自第三顶板61c的底面开口并向上延伸，第三凹槽62c的顶壁呈平面及弧面中的至少一种，第三顶头（图7至图9中未显示）伸入第三凹槽62c内与第三顶板61c连接，第三顶头的顶端呈球面，本实施例中第三凹槽62c的顶壁呈平面型，而在其他实施例中，第三凹槽62c的顶壁还可呈弧面型（如图10所示）。

本实施例的活动连接组件包括如上的第一连接单元、第二连接单元及第三连接单元，其中，第一连接单元中的第一顶板61a与第一顶头构成球-锥形槽副（或球-圆弧槽副）用于限制Rz方向的转动，第二连接单元中的第二顶板61b与第二顶头构成球-锥孔副（或者球-圆孔副）用于限制X（Y）方向的运动（X方向垂直于Y方向，Z方向垂直于XOY平面），第三连接单元中的第三顶板61c与第三顶头构成球-平面副或球-弧面副用于在具有加工误差的情况下起到辅助支持作用（三点成面），防止采用其他两种连接单元的结构而造成过约束，上述三个活动连接单元的配合作用使得置于活动连接组件之上的结构件仅能够进行Z、Rx及Ry方向的运动，实现运动自由度的确定性。本实施例中与各顶板配合作用的顶头均为球形顶头，在其他实施例中，各顶头的形貌还可以呈其他形貌，只要满足能够与对应顶板构成相应运动副的技术效果即可，并不需要强制限定为球形顶头。

作为示例，再请参阅图1，盲孔63b的中心线在盲槽63a的中心轴面的延伸方向上，此时定位精度最高（定位误差最小），需要说明是，由于盲槽在水平方向上延伸，此处所说的盲槽的中心轴面为平行于盲槽63a水平延伸方向的中心轴面，例如，在盲槽为锥形槽时，盲槽的最低端呈一条直线，该直线即位于盲槽的中心轴面上。从定位功能角度区分，盲孔63b起到主定位孔作用，而盲槽63a起到副定位槽作用，副定位槽在结构上相当于将主定位孔放开一个方向（即副定位槽延伸水平延伸方向）的定位约束，若盲孔63b的中心线不处于盲槽63a中心轴面的延伸方向上，则盲孔63b的中心线与盲槽63a的中心轴面之间会存在夹角，该夹角会导致一个与偏差角度相关的附加定位误差，当夹角为零时，该误差最小（几乎为零），定位精度最高。

作为示例，连接活动组件中连接单元的数量还可以多于三个（如还包括第四连接单元、第五连接单元等），除第一连接单元至第三连接单元之外的其他连接单元作为冗余辅助结构以保证活动连接组件的功能稳定性，需要说明的是，为了避免导致过约束，多余的连接单元的结构可与第三连接单元结构相一致但不能与第一连接单元或第二连接单元的结构相同，例如，在另一实施例中，活动连接组件还包括第四连接单元，请参阅图11，显示为该活动连接组件包括第四连接单元时的仰视结构示意图，第四连接单元包括第四顶板61d及第四顶头，第四连接单元的结构可与第三连接单元的结构保持一致或不一致，第四连接单元作为冗余辅助结构，应用时可根据实际情况选择使用或补充辅助。

作为示例，第一连接单元、第二连接单元及第三连接单元之间的排列方式呈直角三角形、锐角等腰三角形及等边三角形中的至少一种。其中，再请参阅图1，当活动连接组件仅包括第一连接单元、第二连接单元及第三连接单元时，上述三个连接单元之间呈锐角等腰三角形（优选为顶角与底角相接近的等腰三角形）或等边三角形排列，再请参阅图11，而当活动连接组件除了上述三个连接单元之外还包括第四连接单元时，上述三个连接单元还可呈直角三角形排列，从而与第四连接单元构成菱形或矩形等图形。各连接单元的上述排列方式能够使得活动连接组件的形心落在其形成的三角形或四边形（包括菱形及矩形）之内且尽量使其形心远离三角形的三边（或四边形的四边），从而能够保持活动连接组件的稳定性。

具体的，本实施例的活动连接组件设置于两个结构件之间，其中一个结构件作为支撑件，另一个结构件作为被支撑件，活动连接组件垂向连接于支撑件与被支撑件之间以将被支撑件活动连接于支撑件之上。此外，通过设置与活动连接单元连接的驱动组件，能够通过驱动组件驱动活动连接组件使得被支撑件相对于支撑件作微小运动（进行Z、Rx及Ry方向的微小运动）。并且，进一步地，活动连接组件的形心的水平投影优选为与被支撑件的质心的水平投影相重合，确保被支撑件质心落在活动连接组件内部且尽量远离其形成的三角形的三边（以活动连接单元仅包括三个活动连接单元为例）使得被支撑件不容易发生倾翻，整体结构保持足够的稳定性，此外，当三角形的形心（三条中线交点）与被支撑件质心在水平面上的投影相重合时（即位于同一垂线上）时，从受力分析角度可知，三个支撑点（连接单元）载荷均衡一致，使得结构件载荷强度一致、驱动力一致，避免其中某一组支撑点关联附件载荷过大、而导致该支撑点过快损坏失效进而导致整体结构的功能丧失，此外，综合考虑装置的美观性和工艺性，活动连接组件优选为对称设计。需要说明的是，由于形心为抽象几何图形的几何中心，为了便于描述活动连接组件与被支撑件之间的具体位置关系，将活动连接组件中每个连接单元简化为一个点，各连接单元即构成一个几何图形（如三角形或四边形等），该几何图形的形心即为上述的活动连接组件的形心。

本实施例的活动连接组件包括至少三种结构不同的连接单元，能够实现对被支撑件与支撑件之间的稳定活动连接，在配合驱动组件作用时，能够驱动被支撑件相对于支撑件作自由度确定的微小运动，实现对被支撑件的垂向高度和水平度调整。

实施例二

本实施例提供一种宏微结合的垂向定位装置，该垂向定位装置中包括如实施例一所述的活动连接组件，请参阅图12，显示为该垂向定位装置的整体结构示意图，具体包括宏动模块100及微动模块200，其中，宏动模块100用于实现宏动行程（微米级），而微动模块200用于实现微动行程（纳米级）.

具体的，请参阅图13至图16，图13显示为宏动模块的整体结构示意图，宏动模块100包括底座组件11、下楔形块组件12、上楔形块组件13及宏动驱动组件（图13中未标识），底座组件11包括底座本体111，下楔形块组件12包括具有第一斜面的下楔形块121，上楔形块组件13包括具有第二斜面的上楔形块131，第二斜面平行于第一斜面，下楔形块121设置于底座本体111上，上楔形块131设置于下楔形块121上且第一斜面与第二斜面连接以形成楔形传动结构，宏动驱动组件与下楔形块121连接以驱动下楔形块121在底座本体111所在平面上作直线水平运动，上楔形块131在下楔形块121的带动下在垂直于底座本体111所在平面的方向上作直线升降运动。其中，上楔形块131与下楔形块121构成的楔形传动结构能够确保运动平稳顺滑，结构扁平、刚性好、装置升降平稳性好、减速增力，能够提高负载能力。

具体的，请参阅图17，显示为微动模块的整体结构示意图，微动模块200包括垂向微动板21及微动驱动组件22（图17中未标识，可结合参阅图29），再请结合参阅图12，垂向微动板21环绕上楔形块131并与上楔形块131连接以随上楔形块131的升降而升降，微动驱动组件22包括如实施例一中的活动连接组件，活动连接组件与垂向微动板21连接。活动连接组件一方面使垂向微动板21活动连接于上楔形块131之上以使垂向微动板21随上楔形块131同步进行宏动行程到达目标位置的粗略位置，另一方面活动连接组件中各连接单元的三种运动副组合方式能够对垂向微动板21的运动方向进行限制，使得垂向微动板21仅可进行Z、Rx及Ry方向的运动，确保垂向微动板21的自由度确定性，从而在驱动作用下运动具有确定性。需要说明的是，由于实施例一中已经对活动连接组件的具体结构进行了详细介绍，本实施例中不再区分活动连接组件中各连接单元的具体结构，仅以顶头2221与顶板2222进行标识说明。

下面，对宏动模块100中的底座组件11、下楔形块组件12、上楔形块组件13以及微动模块200中的垂向微动板21与微动驱动组件22等结构件的具体结构及具体连接关系进行示例介绍。

作为示例，请参阅图14，显示为底座组件的整体结构示意图，底座组件11还包括垂向导轨安装板112，垂向导轨安装板112与底座本体111连接且沿垂向延伸，垂向导轨安装板112的作用包括用于安装竖直导轨153以及在下楔形块121作水平运动时限制上楔形块组件13的水平自由度，保证运动精度。

作为示例，垂向导轨安装板112与底座本体111一体成型或分体连接，本实施例中垂向导轨安装板112与底座本体111分体连接，能够降低底座组件11制作时的工艺难度，当然，在其他实施例中垂向导轨安装板112与底座本体111一体成型，能够提高装置整体结构的垂向刚度和装配精度。

作为示例，垂向导轨安装板112包括成对且平行间隔设置的垂直部（图14中未标识）及至少一水平部（图14中未标识），垂直部与水平部垂直连接，且垂直部与水平部分体连接或一体成型。与上述结构的垂向导轨安装板112相对应的，底座本体111设有成对且平行设置的凹槽（图14中未标识）及至少一沉槽（图14中未显示），凹槽的数量不少于垂直部的数量，沉槽的数量不少于水平部的数量，凹槽自底座本体111的顶面开口并向下延伸，沉槽自底座本体111的底面开口并向上延伸至与凹槽连通且凹槽的开口范围在沉槽的开口范围之内，水平部嵌入沉槽中，垂直部的顶端穿过凹槽并向上延伸。上述结构的设计综合考虑刚度和工艺实现性等因素，能够提高结构的整体刚度，在一体成型的情况下还能够进一步提高装配精度。本实施例中垂直部与凹槽的数量均为两个，水平部与沉槽的数量均为一个，实际应用时，上述各结构的数量并不强制限定于本实施例中相同，可基于实际需要进行调整。

作为示例，再请结合参阅图12及图13，宏动驱动组件包括超声电机，超声电机的定子141固定于底座本体111上，超声电机的动子142（陶瓷摩擦条）固定于下楔形块121上。超声电机相对于其他驱动机构（如步进电机）而言，结构更加紧凑、响应速度快且不受电磁干扰，驱动精度和响应度更高，此外，超声电机具有断电自锁特性，能够有效弥补现有运动装置中存在的不足（如到位稳定性不佳且无法避免电磁干扰导致运动精度差）。

作为示例，请参阅图15，显示为下楔形块组件的整体结构示意图，下楔形块121包括垂直贯穿下楔形块121的第一通槽1211，超声电机的动子142设置于下楔形块121的外侧面或第一通槽1211的槽壁，本实施例中超声电机的动子142设置于下楔形块121的外侧面，且超声电机的定子141的位置随着超声电机的动子142位置的变化而进行调整，此时，超声电机的定子141位于下楔形块121的外侧且与超声电机的动子142相对设置，能够最大化利用空间，进一步提高整体装置的扁平化。此外，为了提高超声电机定子的位置稳定性，优选为在底座本体111上预放置超声电机的定子141的位置设置收容槽以使超声电机的定子141嵌入收容槽内。需要说明的是，附图中显示超声电机（包括动子与定子）居中设置，实际应用时，超声电机的安装位置并不强制限定为居中设置，且超声电机的数量也不限于图中所示，在保证能够实现对下楔形块组件12的驱动的前提下，超声电机的位置与数量可基于实际需要进行设置。

作为示例，再请参阅图13至图15，底座本体111设置有预设数量的凸台及凹槽，下楔形块121包括预设数量的凸台与凹槽，当下楔形块121位于底座本体111上时，底座本体111的一部分嵌入下楔形块121之中，下楔形块121的一部分嵌入底座本体111之中，下楔形块121与底座本体111两结构件的整体结构相互配合（即下楔形块121与底座本体111之间构成类似嵌合的结构），实现整体结构扁平化的同时，提高整体结构稳定性，需要说明的是，为了使下楔形块121与底座本体111构成类似嵌合的结构，每个结构件上的凸台与凹槽的数量及位置设置方式多样，再此不作强制限定，但是需要注意的是，底座本体111与下楔形块121构成的整体结构中需要保留用于安装水平导轨151的空间。

作为示例，请参阅图16，显示为上楔形块组件的整体结构示意图，上楔形块131包括上楔形块本体1311及至少三个间隔设置的分支块1312，分支块1312固定连接于上楔形块本体1311的外侧面，分支块1312设有间隔设置的第一容纳槽13121及第二容纳槽13122，分支块1312的作用是用于实现上楔形块131与微动模块200之间的连接，第一容纳槽13121用于容纳微动模块200中的压电驱动器221（请结合参阅图30），第二容纳槽13122用于容纳微动模块200中的微动位置传感器23和预紧组件24中的一部分（请结合参阅图30），实现整体结构紧凑及空间利用，此外，分支块1312的数量优选为与活动连接组件中连接单元的数量保持一致。

作为示例，上楔形块本体1311与分支块1312一体成型或分体连接，在一体成型的情况下，具备良好的定位精度和结构刚度。

作为示例，再请参阅图14，在上楔形块131设置有分支块1312时，底座本体111还设置有至少三个间隔设置的底座凹槽1111，底座凹槽1111的数量优选为与分支块1312的数量相同，且各底座凹槽1111的位置设置与各分支块1312的位置设置保持一致，请参阅图18，显示为上楔形块位于行程中端（处于垂向高度中位）时的剖面结构示意图，设置底座凹槽1111的作用是为了避让上楔形块131中的分支块1312结构，在上楔形块131进行运动时，分支块1312能够伸入底座凹槽1111内并在底座凹槽1111内上下移动，从而最大程度缩减垂向高度空间，实现扁平设计。进一步地，请参阅图19，显示为上楔形块处于位于行程下端（处于垂向高度低位）时的剖面结构示意图，在上楔形块131位于行程最下端时，分支块1312的底面高于底座本体111的底面距离范围为0.3 mm~0.5mm（即分支块1312的底面与底座本体111的底面近乎平齐但保持微小距离），一方面最大程度缩减垂向高度，另一方面能够保证分支块1312的底面不会受损。

作为示例，再请参阅图16，上楔形组件还包括垂向设置的垂向滑块安装板132，上楔形块131包括垂向贯穿上楔形块本体1311的第二通槽13111，垂向滑块安装板132设置于分支块1312侧面或第二通槽13111的槽壁，由于垂向滑块安装板132的结构及位置随垂向导轨安装板112的结构及位置变化而变化，在本实施例中前述垂向滑轨安装板112的结构与位置设置前提下，本实施例中垂向滑块安装板132包括两个子滑块安装板，且每一子滑块安装板分别设置于第二通槽13111的相对两槽壁并与子导轨安装板1123相对。此外，本实施例中垂向滑块安装板132与上楔形块本体1311分体连接，而在其他实施例中，垂向滑块安装板132也可与上楔形块本体1311一体成型以提高结构刚度。

作为示例，请参阅图20，显示为图12中Ⅰ区域的放大示意图，宏动模块100还包括用于检测垂向微动板21宏动行程的宏动位置传感器16，宏动位置传感器16包括光栅尺161及读数头162，光栅尺161与垂向微动板21连接并沿垂向设置，读数头162固定设置于底座本体111上。宏动位置传感器16能够准确测量垂向微动板21的宏动运动情况，此外，宏动位置传感器16的位置设置一方面能够有效利用结构件之间的空隙（垂向微动板21与底座本体111之间的垂向空间），提高空间利用率，另一方面若设置于垂向微动板21与上楔形块131之间的柔性连接件产生变形时会对垂向微动板21的运动产生影响，通过对垂向微动板21的运动检测还能够尽早检测到柔性连接件的变形情况。进一步地，宏动位置传感器16设置于超声电机相对一侧，避免与电机挤占空间，实现整体结构扁平化。

作为示例，请参阅图21，显示为微动模块的整体结构透视示意图，垂向微动板21具有至少三个垂向贯穿且间隔设置的通孔211，顶板2222嵌入通孔211内以与垂向微动板21连接，通孔211的数量优选为与活动连接组件中连接单元的数量保持一致，嵌入式连接方式能够进一步节省结构件所占空间，当然，在不考虑节省空间的情况下，顶板2222也和与垂向微动板21直接连接。需要说明的是，上述所述的“顶板嵌入通孔内以与垂向微动板连接”中的“顶板”至少包括实施例一中所述的第一顶板、第二顶板及第三顶板，三个顶板分别对应嵌入一个通孔内以分别与垂向微动板21连接。本实施例中活动连接组件包括四个连接单元，因此顶板2222的数量为四个，相对应地，通孔211的数量也为4个，而在其他实施例中，连接单元的数量还可以为3个或大于4个。

而在其他实施例中，顶板2222与垂向微动板21一体成型，虽然加工复杂度有所上升，但是能够有效缩短装配链，提高系统刚度。

作为示例，请参阅图22，显示为微动模块的俯视结构示意图，垂向微动板21的质心的水平投影（可简化为图22中两条点线交点A点）与活动连接组件的形心的水平投影（可简化为图22中两条虚线交点B点）相重合，从而保证垂向微动板21的稳定性，避免发生倾覆而影响结构稳定性，同时能够保证活动连接组件的各连接单元受力一致，从而提升活动连接组件的使用寿命，优选为垂向微动板21的质心与活动连接组件的形心相重合。

作为示例，底座本体111的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种（可适用于在超高真空环境下使用）；上楔形块131的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；下楔形块121的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；垂向微动板21的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种，其中，无磁不锈钢优选为无铅和低硫奥氏体钢（铬含量不低于18%且镍含量不低于8%），例如304不锈钢、316不锈钢，还可以为其他合适的不锈钢变种，例如含有铌和钼等添加剂（减少碳化铬的形成以保证强度）的不锈钢。

作为示例，垂向微动板21通过柔性连接件与上楔形块131连接，柔性连接件能够实现垂向微动板21与上楔形块131之间的柔性连接，一方面柔性连接件相对于常规的柔性放大机构而言精简了传动链，提高了系统刚度，另一方面，柔性连接件的微小形变允许垂向微动板21的微小位移，同时解耦多组压电驱动不一致带来的Rx、Ry方向的自由度，即柔性连接件既能起到对垂向微动板21与上楔形块131之间的连接作用，又能够起到对垂向微动板21与上楔形块131之间的解耦作用，在宏动行程中，垂向微动板21与上楔形块131之间一方面通过活动连接组件实现垂向上的连接，另一方面通过柔性连接件实现水平方向上的连接，能够保证垂向微动板21随上楔形块131的升降而平稳升降（即作宏动运动），垂向微动板21随上楔形块131粗略运动到目标位置时，垂向微动板21需要进一步在微动驱动组件的驱动下进行微动运动，此时，如果垂向微动板21与上楔形块131之间各方向之间仍连接稳定的话会对垂向微动板21的微动行程造成阻碍，此时柔性连接件能够起到解耦的效果，保证垂向微动板21微动行程的高精度。

作为示例，请参阅图23，显示为柔性簧片的整体结构示意图，柔性连接件包括柔性簧片31，再请参阅图16，上楔形块131的上表面设有预设数量的第一安装接口13112，再请参阅图21，垂向微动板21的上表面设有第二安装接口212，柔性簧片31的一端与第一安装接口13112固定连接，柔性簧片31的另一端与第二安装接口212固定连接（如图12所示）。为便于理解，还可参阅图24及图25，图24显示为图23所示结构的俯视示意图，图25显示为图23所示结构的侧视示意图，柔性簧片31包括对称设置的螺钉安装孔（图23中未标识）与定位销孔（图23中未标识），其中定位销孔用于确保安装重复精度。上述安装接口的设置充分利用垂向空间，确保微动模块200叠加安装前后总体高度不变，也就是微动模块200的设置不会导致装置总体结构的增加。本实施例中柔性簧片31、第一安装接口13112及第二安装接口212的数量均为四个且均对称分布，在其他实施例中上述三种结构的数量、尺寸规格及位置设置等参数可以在不影响运动精度和连接稳定性的前提下基于实际需要进行调整。

作为示例，如图25所示，柔性簧片31包括依次连接的第一固定部311、第一柔性变形部312及第二固定部313，第一柔性变形部312的厚度（图25中b所示）小于第一固定部311的厚度（图25中a所示）及第二固定部313的厚度（图25中c所示），优选为第一固定部的厚度a、第二固定部的厚度b、第一安装接口的深度及第二安装接口的深度相同，能够使得固定部恰好嵌入安装接口中以保持装置的整体高度不变，进一步地，第一柔性变形部在垂向上居中设置（即第一柔性变形部的顶面低于第一固定部/第二固定部的顶面，第一柔性变形部的底面高于第一固定部/第二固定部的底面）。

作为示例，如图23及图24所示，第一柔性变形部312还包括至少一贯穿孔3121，贯穿孔3121垂向贯穿第一柔性变形部312，贯穿孔3121的设置能够进一步提高第一柔性变形部312的解耦效果，本实施例中贯穿孔3121的数量为三个，在实际应用时可在满足柔性连接稳定性的前提下基于实际需要进行调整。此外，本实施例中贯穿孔3121的水平延伸方向与第一固定部311、第一柔性变形部312及第二固定部313之间的连接方向相一致，而在其他实施例中贯穿孔3121的水平延伸方向还可与上述三个结构件之间的连接方向相垂直（例如，在第一柔性变形部312整体厚度较厚的情况下）。

而在一实施例中，请参阅图26，显示为采用柔性铰链连接上楔形块与垂向微动板后所得结构的整体结构示意图，柔性连接件包括柔性铰链32，柔性铰链32的一端与上楔形块131朝向垂向微动板21的一面连接，柔性铰链32的另一端与垂向微动板21朝向上楔形块131的一面连接，为便于理解，还可参阅图27及图28，图27显示为图26所示结构的剖面示意图，图28显示为图26所示结构的俯视示意图。进一步地，在采用柔性铰链32连接上楔形块131与垂向微动板21的情况下，垂向微动板21、上楔形块131及柔性铰链32可以通过一块整板加工得到，提高整体结构稳定性，当然，上述三个结构件也可以分体连接。此外，图26中柔性铰链32的数量为6个，应用时可根据实际需要对柔性铰链32的数量及位置分布进行调整。

而在另一实施例中，请参阅图29，显示采用柔性板簧连接于上楔形块后所得结构的整体结构示意图，柔性连接件包括柔性板簧33，柔性板簧33的一端与垂向微动板21连接，柔性板簧33的另一端与上楔形块131连接。图29中柔性板簧33的数量为4个，应用时可根据实际需要对柔性板簧33的数量及位置分布进行调整。

作为示例，柔性板簧33包括依次连接的第三固定部331、第二柔性变形部332及第四固定部333，第二柔性变形部332设有至少一水平通槽3321，水平通槽3321水平贯穿第二柔性变形部332，柔性板簧33与上楔形块131一体成型或分体连接，柔性板簧33与垂向微动板21一体成型或分体连接。图29中所示为柔性板簧333与上楔形块131一体成型而与垂向微动板21分体连接（即柔性板簧33与上楔形块131通过一块整板加工得到，柔性板簧33远离上楔形块131的一侧设置有螺钉固定孔与定位销孔用于连接垂向微动板21），而在其他实施例中，柔性板簧333也可与垂向微动板21一体成型而与上楔形块131分体连接、三者均分体连接以及三者一体成型，可基于实际需要对连接方式进行设置。此外，水平通槽3321可包括上水平通槽（自第二柔性变形部332的上表面开口）和下水平通槽（自第二柔性变形部332的下表面开口），且优选为上水平通槽与下水平通槽关于垂向对称设置，图29所示包括两个上水平通槽和两个下水平通槽，应用时水平通槽3321的数量和具体位置设置可基于实际需要进行设置，水平通槽3321的设置能够降低第二柔性变形部332的局部厚度以提高其解耦效果。

作为示例，柔性连接件的材料包括无氧铜及形状记忆合金中的至少一种（可适用于在超高真空环境下使用），形状记忆合金包括镍钛基形状记忆合金、铜基形状记忆合金及铁基形状记忆合金中的至少一种，优选镍钛、钛镍铜、钛镍铁、钛镍铬等镍钛系形状记忆合金，其中，无氧铜逸气量较低，适应温度变化能力较强，可在高温及超低温条件下使用，形状记忆合金释气率较低，可满足真空环境的释气与洁净度要求，镍钛基形状记忆合金包括但不限于Ni-Ti-Cu、Ni-Ti-Co、Ni-Ti-Fe、Ni-Ti-Nb，铜基形状记忆合金包括但不限于Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Ga、Cu-Sn，铁基形状记忆合金包括但不限于Fe-Pt、Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti、Fe-Mn-Al-Ni、Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni。

作为示例，请参阅图30，显示为图12中Ⅱ区域的放大示意图，微动驱动组件22除了活动连接组件（包括至少三个活动连接单元222）之外还包括至少三个压电驱动器221，压电驱动器221的定子位于第一容纳槽13121内以与上楔形块131连接（例如，在第一容纳槽13121的槽底设有螺纹孔，通过螺钉实现连接），压电驱动器221的动子与活动连接组件连接（具体为与顶头2221连接）以驱动垂向微动板21相对于上楔形块131进行微动运动，从而实现对垂向微动板21的调平（包括进行垂向高度及水平度的调整）。

作为示例，请结合参阅图12及图30，微动模块200还包括侧向压紧组件25（图30中未显示），侧向压紧组件25环绕压电驱动器221设置且侧向压紧组件25与分支块1312连接。侧向压紧组件25包括至少三个侧向压紧块，侧向压紧块抵接在分支块1312的外侧面上环绕压电驱动器221设置，用于对压电驱动器221的定子进行固定，防止压电驱动器221定子活动的同时提高侧向刚度，为了提高侧向压紧块的固定效果，如图16所示，可在第一容纳槽13121的两侧设置台阶结构用于嵌入侧向压紧块。

作为示例，微动模块200还包括微动位置传感器23，微动位置传感器23设置于第二容纳槽13122内以检测垂向微动板21的微动行程。微动位置传感器23的设置位置能够充分利用结构件之间的间隙，实现整个装置的扁平化，且测量精度达到纳米级。进一步地，微动位置传感器23包括电容传感器、电涡流传感器、光栅尺传感器等，本实施例中优选为电容传感器，电容传感器通过安装座固定于分支块1312的第二容纳槽13122中。由于设备的加工安装误差或精度有限，基本不可能实现从初始位置精准到达目标位置，通常需要先大致到达目标位置而后经过对位置的调整（高度或水平度）的方法来实现精准定位，本实施例中对于垂向微动板的位置进行检测的元件包括宏动位置传感器16及微动位置传感器23，其中，宏动位置传感器16用于检测垂向微动板21从初始位置粗略到达目标位置过程中的运动（即宏动运动），微动位置传感器23用于检测垂向微动板21粗略到达目标位置再精准到达目标位置的过程中的运动（即微动运动）。

作为示例，微动模块200还包括预紧组件24，预紧组件24的一端贯穿垂向微动板21以与垂向微动板21连接，预紧组件24的另一端伸入第二容纳槽13122内以与上楔形块131连接，预紧组件24用于实现垂向微动板21与上楔形块131之间的力封闭，提高系统刚度与稳定性。预紧组件24包括拉簧或压簧，本实施例中采用螺钉加压簧的方式，结构简单，预紧调整操作方便且充分利用垂向空间需求，并可以提高刚度。

作为示例，再请参阅图14至图16，该宏微结合的垂向定位装置还包括导向组件，导向组件包括成对设置的水平导轨151、成对设置的斜面导轨152及成对设置的竖直导轨153，水平导轨151对称设置于底座本体111与下楔形块121之间（例如，固定部与滑动部中的任一个与底座本体111固定连接，固定部或滑动部中的另一个与下楔形块121固定连接）；斜面导轨152对称设置于下楔形块121与上楔形块131之间（例如，固定部或滑动部中的任意一个与下楔形块121固定连接，固定部或滑动部中的另一个与上楔形块131固定连接）；竖直导轨153对称设置于底座本体111与上楔形块131之间，更具体的为设置于垂向导轨安装板112与垂向滑块安装板132之间（例如，固定部安装到垂向导轨安装板112上，滑动部安装到垂向滑块安装板132上），水平导轨151的作用是将超声电机输出运动转化为下楔形块121的水平运动，斜面导轨152的作用是配合楔形传动结构综合导向以将下楔形块121的水平运动转化为上楔形块131的升降运动，竖直导轨153的作用是在限制上楔形块131的水平自由度的同时使得上楔形块131在下楔形块121的运动作用推动下准确地沿垂向运动，提高垂向运动精度。本实施例中，水平导轨151、斜面导轨152及竖直导轨153均采用交叉滚柱导轨，摩擦系数相对较低、横向间隙小（减少运动横向间隙）、刚度高且运动精度较高。进一步地，上述各导轨还可进一步设置导轨保持架辅助装置以防止保持架蠕变爬行，保持承载条件一致，从而延长导轨系统使用寿命。此外，上述各导轨需定制特殊措施防止气体释放和油脂蒸发，例如采用全金属材质以替换传统循环装置或密封装置中的树脂材料，或者采用具有极低饱和蒸气压的特种油脂，上述措施的目的是提高导轨在高温环境下的耐热性和抗腐蚀性能。

本实施例的垂向定位装置，通过宏动模块与微动模块的结构进行耦合设计，充分利用了装置内部垂向空间，最大程度地限定装置的垂向高度，实现装置结构的垂向扁平紧凑化，部分结构件的一体化成型连接设计有效提高了装置的整体刚度与运动精度，确保装置工作时的到位稳定性。更进一步地，采用超声电机作为宏动驱动元件，结构紧凑、响应速度快且不受电磁干扰，有效避免了传统装置中步进电机或直线电机因电磁干扰而带来的问题；采用楔形传动机构结合交叉滚柱导轨，进一步提高运动的精确性和平稳性；微动模块中活动连接组件的设计确保垂向微动板的运动自由度及位置确定性，进一步提高运动精度，并且采用压电驱动器作为微动驱动元件，精简了传动链并进一步提高系统刚度。

本实施例的垂向定位装置，整体结构垂向扁平紧凑、刚度高、到位稳定、抗电磁干扰且负载能力大，克服了现有的垂向定位装置装置总体高度偏高、刚度偏低以及易受电磁干扰的问题，相较于现有的垂向定位装置装置优势较为明显，更具市场竞争力。

实施例三

本实施例提供一种宏微结合的垂向定位装置，该垂向定位装置中包括如实施例一所述的活动连接组件，本实施的垂向定位装置与实施例二的主要区别包括以下几点：超声电机的位置设置不同（包括定子与动子）、底座组件结构（垂向导轨安装板的具体结构以及其设置于底座本体上的具体位置）不同以及导向组件中竖直导轨的位置设置不同。请参阅图31，显示为该垂向定位装置的整体结构示意图，具体包括宏动模块100及微动模块200。

具体的，请参阅图32及图33，图32显示为宏动模块的整体结构示意图，图33显示为宏动模块的俯视结构示意图，宏动模块100包括底座组件11、下楔形块组件12、上楔形块组件13及宏动驱动组件，底座组件11包括底座本体111（请参阅图34），下楔形块组件12包括具有第一斜面的下楔形块121（请参阅图35），上楔形块组件13包括具有第二斜面的上楔形块131（请参阅图36），第二斜面平行于第一斜面，下楔形块121设置于底座本体111上，上楔形块131设置于下楔形块121上且第一斜面与第二斜面连接以形成楔形传动结构，宏动驱动组件与下楔形块121连接以驱动下楔形块121在底座本体111所在平面上作直线水平运动，上楔形块131在下楔形块121的带动下在垂直于底座本体111所在平面的方向上作直线升降运动。

作为示例，请参阅图34，显示为底座组件的整体结构示意图，底座组件11还包括垂向导轨安装板112，垂向导轨安装板112与底座本体111连接且沿垂向延伸。进一步地，垂向导轨安装板112与底座本体111分体连接或一体成型。

作为示例，垂向导轨安装板112包括成对且平行间隔设置于底座本体111上的子导轨安装板，子导轨安装板与底座本体111分体连接或一体成型。本实施中垂向导轨安装板112由四个对称分布于底座本体111四个拐角处的子导轨安装板构成且各子导轨安装板与底座本体111一体成型，能够保证运动精度的同时提高整体结构的垂向刚度，而在其他实施例中，子导轨安装板的数量、位置以及与底座本体111之间的连接方式可以基于实际需要进行设置。

作为示例，请参阅图35，显示为下楔形组件的整体结构示意图，下楔形块121包括垂直贯穿下楔形块121的第一通槽1211，超声电机的动子142设置于下楔形块121的外侧面或第一通槽1211的槽壁，本实施例中超声电机的动子142设置于第一通槽1211的槽壁，且超声电机的定子141（图35中未标识，请结合参阅图34）的位置随着超声电机的动子142位置的变化而进行调整，此时，超声电机的定子141位于第一通槽1211中且与超声电机的动子142相对设置，同样能够最大化利用空间，进一步提高整体装置的扁平化。

作为示例，请参阅图36，显示为上楔形组件的整体结构示意图，上楔形组件还包括垂向设置的垂向滑块安装板，上楔形块131包括垂向贯穿上楔形块本体1311的第二通槽13111，垂向滑块安装板设置于分支块1312侧面或第二通槽13111的槽壁，由于垂向滑块安装板的结构及位置随垂向导轨安装板112的结构及位置变化而变化，在本实施例中前述垂向滑轨安装版的结构与位置设置前提下，本实施例中垂向滑块安装板包括四个子滑块安装板，且每一子滑块安装板分别设置于一分支块1312的侧面并与子导轨安装板相对。此外，本实施例中各子滑块安装板与各对应的分支块1312一体成型（可以看作是分支块1312的一部分直接作为子滑块安装板），能够提高整体结构刚度，而在其他实施例中，各子滑块安装板也可与各对应分支块分体连接。

本实施例的垂向定位装置，整体结构垂向扁平紧凑、刚度高、到位稳定、抗电磁干扰且负载能力大，克服了现有的垂向定位装置装置总体高度偏高、刚度偏低以及易受电磁干扰的问题，相较于现有的垂向定位装置装置优势较为明显，更具市场竞争力。

综上所述，本发明的活动连接组件包括至少三种结构不同的连接单元，能够实现对被支撑件与支撑件之间的稳定活动连接，在配合驱动组件作用时，能够驱动被支撑件相对于支撑件作自由度确定的微小运动，实现对被支撑件的垂向高度和水平度调整。本发明的宏微结合的垂向定位装置，整体结构垂向扁平紧凑、刚度高、到位稳定、抗电磁干扰且负载能力大，克服了现有的垂向定位装置装置总体高度偏高、刚度偏低以及易受电磁干扰的问题，相较于现有的垂向定位装置装置优势较为明显，更具市场竞争力。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种活动连接组件，其特征在于，包括：

第一连接单元，包括第一顶板（61a）及第一顶头，所述第一顶板（61a）具有第一凹槽（62a），所述第一凹槽（62a）自所述第一顶板（61a）的底面开口并向上延伸且所述第一凹槽（62a）的顶壁设有一盲槽（63a），所述第一顶头穿过所述第一凹槽（62a）伸入所述盲槽（63a）内与所述第一顶板（61a）连接，所述盲槽（63a）呈锥型槽及圆弧型槽中的至少一种，所述第一顶头的顶端呈球面；

第二连接单元，与所述第一连接单元在第一水平方向上间隔设置，所述第二连接单元包括第二顶板（61b）及第二顶头，所述第二顶板（61b）具有第二凹槽（62b），所述第二凹槽（62b）自所述第二顶板（61b）的底面开口并向上延伸且所述第二凹槽（62b）的顶壁设有一盲孔（63b），所述第二顶头穿过所述第二凹槽（62b）伸入所述盲孔（63b）内与所述第二顶板（61b）连接，所述盲孔（63b）呈锥型孔及圆弧型孔中的至少一种，所述第二顶头的顶端呈球面；

第三连接单元，与所述第一连接单元在第二水平方向上间隔设置，所述第二水平方向与所述第一水平方向相交，所述第三连接单元包括第三顶板（61c）及第三顶头，所述第三顶板（61c）具有第三凹槽（62c），所述第三凹槽（62c）自所述第三顶板（61c）的底面开口并向上延伸，所述第三凹槽（62c）的顶壁呈平面及弧面中的至少一种，所述第三顶头伸入所述第三凹槽（62c）内与所述第三顶板（61c）连接，所述第三顶头的顶端呈球面。

2.根据权利要求1所述的活动连接组件，其特征在于：所述盲孔（63b）的中心线在所述盲槽（63a）的中心轴面的延伸方向上。

3.根据权利要求1所述的活动连接组件，其特征在于：所述第一连接单元、所述第二连接单元及所述第三连接单元之间的排列方式呈直角三角形、锐角等腰三角形及等边三角形中的至少一种。

4.一种宏微结合的垂向定位装置，其特征在于，包括：

宏动模块（100），包括底座组件（11）、下楔形块组件（12）、上楔形块组件（13）及宏动驱动组件，所述底座组件（11）包括底座本体（111），所述下楔形块组件（12）包括具有第一斜面的下楔形块（121），所述上楔形块组件（13）包括具有第二斜面的上楔形块（131），所述第二斜面平行于所述第一斜面，所述下楔形块（121）设置于所述底座本体（111）上，所述上楔形块（131）设置于所述下楔形块（121）上且所述第一斜面与所述第二斜面连接以形成楔形传动结构，所述宏动驱动组件与所述下楔形块（121）连接以驱动所述下楔形块（121）在所述底座本体（111）所在平面上作直线水平运动，所述上楔形块（131）在所述下楔形块（121）的带动下在垂直于所述底座本体（111）所在平面的方向上作直线升降运动；

微动模块（200），包括垂向微动板（21）及微动驱动组件（22），所述垂向微动板（21）环绕所述上楔形块（131）并与所述上楔形块（131）连接以随所述上楔形块（131）的升降而升降，所述微动驱动组件（22）包括如权利要求1-3中任一项所述的活动连接组件，所述活动连接组件与所述垂向微动板（21）连接。

5.根据权利要求4所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述顶板与所述垂向微动板（21）一体成型；或者，所述垂向微动板（21）具有至少三个垂向贯穿且间隔设置的通孔（211），所述顶板嵌入所述通孔（211）内以与所述垂向微动板（21）连接。

6.根据权利要求4所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述垂向微动板（21）的质心的水平投影与所述活动连接组件的形心的水平投影相重合。

7.根据权利要求4所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述宏动驱动组件包括超声电机，所述超声电机的定子（141）固定于所述底座本体（111）上，所述超声电机的动子（142）固定于所述下楔形块（121）上；所述下楔形块（121）包括垂直贯穿所述下楔形块（121）的第一通槽（1211），所述超声电机的动子（142）设置于所述下楔形块（121）的外侧面或所述第一通槽（1211）的槽壁。

8.根据权利要求4所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述上楔形块（131）包括上楔形块本体（1311）及至少三个间隔设置的分支块（1312），所述分支块（1312）固定连接于所述上楔形块本体（1311）的外侧面，所述分支块（1312）设有间隔设置的第一容纳槽（13121）及第二容纳槽（13122）。

9.根据权利要求8所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述微动驱动组件（22）还包括至少三个压电驱动器（221），所述压电驱动器（221）的定子位于所述第一容纳槽（13121）内以与所述上楔形块（131）连接，所述压电驱动器（221）的动子与所述活动连接组件连接以驱动所述垂向微动板（21）相对于所述上楔形块（131）进行微动运动。

10.根据权利要求9所述的微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述微动模块（200）还包括侧向压紧组件（25），所述侧向压紧组件（25）环绕所述压电驱动器（221）设置且所述侧向压紧组件（25）与所述分支块（1312）连接。

11.根据权利要求8所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述微动模块（200）还包括微动位置传感器（23），所述微动位置传感器（23）设置于所述第二容纳槽（13122）内以检测所述垂向微动板（21）的微动行程。

12.根据权利要求8所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述微动模块（200）还包括预紧组件（24），所述预紧组件（24）的一端贯穿所述垂向微动板（21）以与所述垂向微动板（21）连接，所述预紧组件（24）的另一端伸入所述第二容纳槽（13122）内以与所述上楔形块（131）连接。

13.根据权利要求4所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述宏动模块（100）还包括用于检测所述垂向微动板（21）宏动行程的宏动位置传感器（16），所述宏动位置传感器（16）包括光栅尺（161）及读数头（162），所述光栅尺（161）与所述垂向微动板（21）连接并沿垂向设置，所述读数头（162）固定设置于所述底座本体（111）上。

14.根据权利要求4所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述垂向微动板（21）通过柔性连接件与所述上楔形块（131）连接；所述柔性连接件包括柔性簧片（31），所述上楔形块（131）的上表面设有预设数量的第一安装接口（13111），所述垂向微动板（21）的上表面设有第二安装接口（212），所述柔性簧片（31）的一端与所述第一安装接口（13111）固定连接，所述柔性簧片（31）的另一端与所述第二安装接口（212）固定连接；或者，所述柔性连接件包括柔性铰链（32），所述柔性铰链（32）的一端与所述上楔形块（131）朝向所述垂向微动板（21）的一面连接，所述柔性铰链（32）的另一端与所述垂向微动板（21）朝向所述上楔形块（131）的一面连接；或者，所述柔性连接件包括柔性板簧（33），所述柔性板簧（33）的一端与所述垂向微动板（21）连接，所述柔性板簧（33）的另一端与所述上楔形块（131）连接。

15.根据权利要求14所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述柔性簧片（31）包括依次连接的第一固定部（311）、第一柔性变形部（312）及第二固定（313），所述第一柔性变形部（312）的厚度小于所述第一固定部（311）的厚度及所述第二固定部（313）的厚度；所述柔性板簧（33）包括在依次连接的第三固定部（331）、第二柔性变形部（332）及第四固定部（333），所述第二柔性变形部（332）设有至少一水平通槽（3321），所述水平通槽（3321）水平贯穿所述第二柔性变形部（332），所述柔性板簧（33）与所述上楔形块（131）一体成型或分体连接，所述柔性板簧（33）与所述垂向微动板（21）一体成型或分体连接。

16.根据权利要求14所述的宏微结合的垂向定位装置，其特征在于：所述柔性连接件的材料包括无氧铜及形状记忆合金中的至少一种，所述形状记忆合金包括镍钛基形状记忆合金、铜基形状记忆合金及铁基形状记忆合金中的至少一种；所述底座本体（111）的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；所述上楔形块（131）的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；所述下楔形块（121）的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种；所述垂向微动板（21）的材料包括无磁不锈钢、铝及铝合金中的至少一种。