CN117253842B - 一种微动台及移位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微动台及移位装置,该微动台包括:第一运动单元、第二运动单元及承件单元,其中,第一运动单元至少包括第一板及多个一端与第一板接触的压电陶瓷叠组;第二运动单元至少包括第二板、第三板及多个固定于第三板上表面的压电电机,第二运动单元位于第一运动单元下方,第二运动单元用于负载第一运动单元沿Z轴方向、Rx方向和Ry方向进行位置调节;承件单元位于第一运动单元上方且承件单元的下表面与第一板的上表面面接触,第一运动单元用于负载承件单元沿X轴方向、Y轴方向和Rz方向进行位置调节。本发明的微动台及移位装置在精密位置调节时实现了大行程、高速运动条件下的高定位精度、高位置稳定性的运动要求。

Description

一种微动台及移位装置
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域,特别是涉及一种微动台及移位装置。
背景技术
在集成电路制造领域,精密运动台技术是装备制造系统的核心技术,一直受到行业内的高度重视。
一方面,随着制程技术的提升,装备制造系统的产率要求越来越高,对精密运动台的速度、加速度要求也越来越高。当前的精密运动系统中,大行程驱动装置采用的是磁浮平面电机作驱动,短行程驱动装置采用的是电磁式音圈电机作驱动,即以磁浮平面电机驱动的宏动台搭载以电磁式音圈电机驱动的微动台的模式。微动台使用电磁式音圈电机,为了实现高速高加速度下的定位精度和位置稳定性,微动台的电机驱动采用了高刚度伺服工作模式,这种工作模式下,电机驱动功率很大,发热严重,需要散热,而散热装置往往又增大了电机负载,进一步引起发热,这在一定程度上,限制了定位精度和位置稳定性的进一步提升,无法较好的实现大行程下、高速、高加速运动条件下的高响应速度、高定位精度、高位置稳定性的运动要求。
另一方面,装配制造系统本身越来越复杂,具备多种功能,以及多个装备制造系统之间组成一条产线实现自动化生产,为实现产率要求,工件需要进行高效地流转。常规多轴运动的微动台结构只能作为一个整体进行工作,微动台带着工件在各个功能区域进行相应的动作,工件跟随微动台整体进行流转或单独流转,这种流转方式需要微动台带着工件轮流在各个功能区域之间往返运动,导致负载微动台的宏动台运动覆盖区域较大,流转效率较低;而且,微动台作为一个整体,其维护较为不便,尤其微动台承载单元所置功能组件,更是日常维护和检查的重点,需要移机拆机操作,占线工作量较大、时间较久。
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微动台及移位装置,用于解决现有技术中移位装置不能较好的实现大行程、高速、高加速运动条件下的高响应速度、高定位精度、高位置稳定性的运动要求,以及工件运转效率差、不便维护的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种微动台,包括:
第一运动单元,所述第一运动单元至少包括第一板以及多个压电陶瓷叠组,所述压电陶瓷叠组的一端与所述第一板接触;
第二运动单元,至少包括第二板、第三板以及多个压电电机,所述压电电机固定于所述第三板上表面,所述第二运动单元位于所述第一运动单元下方,所述第二运动单元用于负载所述第一运动单元沿Z轴方向、Rx方向和Ry方向进行位置调节;
承件单元,位于所述第一运动单元上方且所述承件单元的下表面与所述第一板的上表面面接触,所述第一运动单元用于负载所述承件单元沿X轴方向、Y轴方向和Rz方向进行位置调节;X轴、Y轴、Z轴互相垂直,Rx、Ry、Rz为分别以X轴、Y轴及Z轴为旋转轴顺时针旋转的旋转方向。
可选地,所述压电陶瓷叠组中包括多个第一压电陶瓷叠堆,且多个所述第一压电陶瓷叠堆呈阵列分布,所述第一压电陶瓷堆在通电后产生的变形包括在Z轴方向上的伸缩变形,在X轴、Y轴方向上的切向变形。
可选地,所述压电陶瓷叠组的一端与所述第一板接触且固定于所述第一板下表面,所述压电陶瓷叠组远离所述第一板的一端与所述第二板上表面相接触,所述第一运动单元与所述第二运动单元相互分离,且多个所述压电陶瓷叠组呈二维阵列分布。
可选地,所述压电陶瓷叠组的一端与所述第一板的下表面接触,所述压电陶瓷叠组远离所述第一板的一端固定于所述第二板上表面,所述第一板与所述压电陶瓷叠组相互分离,且多个所述压电陶瓷叠组呈二维阵列分布。
可选地,多个所述压电电机呈二维阵列分布,所述压电电机包括定子、动子以及第二压电陶瓷叠堆,所述压电电机通过所述定子固定于所述第三板上,所述动子与所述第二板连接,所述第二压电陶瓷叠堆在通电后产生的变形包括Y轴方向上的伸缩变形以及Z轴方向上的切向变形。
可选地,所述第二运动单元中还包括柔性机构,所述柔性机构包括二维阵列分布的连接件、支撑件和柔性件,所述连接件连接所述第二板,所述支撑件连接所述第三板,所述柔性件连接每个相邻的所述连接件和支撑件。
可选地,所述第一运动单元中还包括多个导磁体,所述导磁体固定于所述第一板上,且多个所述第一压电陶瓷堆环绕所述导磁体;所述第二运动单元中还包括多个电磁铁,所述电磁铁固定于所述第二板上。
可选地,所述导磁体与所述电磁铁在Z轴方向上的投影相重合,且所述导磁体与所述电磁铁在Z轴方向上间隔预设距离。
可选地,所述第一运动单元中还包括多个引线机构,所述引线机构固定于所述第一板沿Y轴方向的侧壁上;所述第二运动单元中还包括多个夹持机构,所述夹持机构固定于所述第二板沿Y轴方向的侧壁上,所述夹持机构用于夹持所述引线机构。
可选地,所述引线机构包括引线簧片以及设置在所述引线簧片上的第一引线板,所述引线簧片与所述第一板相连接;所述夹持机构包括柔性放大机构、压电制动器、第二引线板,所述压电制动器及所述第二引线板位于所述柔性放大机构上,所述压电制动器能驱动所述柔性放大机构的至少部分产生形变或位移。
可选地,所述压电制动器在断电状态下,所述柔性放大机构闭合夹持所述第一引线板,所述第二引线板与所述第一引线板电接触;所述压电制动器在通电状态下,所述柔性放大机构松弛张开,所述第二引线板与所述第一引线板间隔预设距离。
可选地,所述第一引线板上设有第一外接触点,所述第二引线板上设有第二外接触点,所述柔性放大机构闭合夹持所述第一引线板,所述第二外接触点与所述第一引线触点接触导通。
本发明还提供一种移位装置,包括如上述所述的微动台、基座、平面运动台、线缆台组件及主支撑框架;
所述微动台位于所述平面运动台上方,所述平面运动台通过所述支撑框架设置于所述基座上方,所述线缆台组件设置在所述主支撑框架上,所述平面运动台用于带动所述微动台在所述基座上作平面运动。
如上所述,本发明的微动台及移位装置,具有以下有益效果:通过于所述第一运动单元中设置多个所述压电陶瓷叠组,于所述第二运动单元中设置多个所述压电电机,在所述微动台的工作过程中,所述第一运动单元及所述第二运动单元开启微步行走模式或切向形变模式,通过所述第一运动单元及所述第二运动单元相互协作,即可实现所述承件单元在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个轴上的精密位置调节,此外,利用所述压电陶瓷叠组及所述压电电机中所述第一压电陶瓷叠堆及所述第二压电陶瓷叠堆的高响应特性,可实现所述微动台在设定位置处的快速位置精确调节,抵消来自外界的微米级位置抖动干扰,在保证所述微动台的定位精度的同时提高位置稳定性;使所述压电陶瓷叠组的一端固定于所述第一板下表面,或使所述压电陶瓷叠组远离所述第一板的一端固定于所述第二板上表面,所构成的所述微动台的结构可分离,使所述微动台在后续可应用于不同的系统装置中,拓宽了所述微动台的应用范围;通过于第一运动单元中设置所述导磁体,于所述第二运动单元中设置所述电磁铁,所述导磁体与所述电磁铁在Z轴方向上的投影相重合并间隔预设距离,所述电磁铁在通电后与所述导磁体产生的吸力,增大了所述微动台结构中的静摩擦力,从而提升了所述微动台在运动状态下所允许的加速度;通过于所述第一运动单元中设置所述引线机构,于所述第二运动单元中设置所述夹持机构,所述夹持机构可用于夹持所述引线机构,所述第一运动单元与所述第二运动单元之间可实现电源和电信号的快速连接和脱开,提升了所述微动台中所述第一运动单元与所述第二运动单元的安装、拆卸和维护的便捷性;所述微动台用于使所述移位装置具有精密定位作用和极高的位置稳定性,所述平面运动台用于向所述移位装置提供大推力和高加速,将上述所述微动台应用于所述移动装置中,实现了所述移位装置在大行程、高速、高加速运动条件下的高响应速度、高定位精度、高位置稳定性的运动要求,同时第一运动单元和第二运动单元可独立的设计,使工件在承件单元上进行运转,提高了运转效率也便于维护和检查。
附图说明
图1显示为本发明的微动台的一种结构示意图。
图2显示为本发明的微动台的第一运动单元的结构示意图。
图3显示为本发明的微动台的压电陶瓷叠组在通电后的变形状态的一种的结构示意图。
图4显示为本发明的微动台的压电陶瓷叠组在通电后的变形状态的另一种结构示意图。
图5显示为本发明的微动台的压电陶瓷叠组的一种结构示意图。
图6显示为本发明的微动台的压电陶瓷叠组的另一种结构示意图。
图7显示为本发明的微动台的第二运动单元的结构示意图。
图8显示为本发明的微动台的第二运动单元的部分结构示意图。
图9显示为本发明的微动台的压电电机的结构示意图。
图10显示为本发明的微动台的柔性结构的结构示意图。
图11显示为本发明的微动台的另一种结构示意图。
图12显示为本发明的微动台的另一种结构的部分结构示意图。
图13显示为本发明的微动台的第三种结构示意图。
图14显示为本发明的微动台的导磁体与电磁铁的侧视图。
图15显示为本发明的微动台的导磁体与电磁铁的俯视图。
图16显示为本发明的微动台的第四种结构示意图。
图17显示为本发明的微动台的第四种结构的部分结构示意图。
图18显示为本发明的微动台的引线机构与夹持机构的结构示意图。
图19显示为本发明的微动台的引线机构与夹持机构的一种工作状态示意图。
图20显示为本发明的微动台的引线机构与夹持机构的另一种工作状态示意图。
图21显示为本发明的移位装置的一种结构示意图。
图22显示为本发明的移位装置的另一种结构示意图。
元件标号说明:100微动台;1第一运动单元;11第一板;12压电陶瓷叠组;121第一压电陶瓷叠堆;13导磁体;14引线机构;141引线簧片;142第一引线板;2第二运动单元;21第二板;22第三板;23压电电机;231定子;232动子;233第二压电陶瓷叠堆;234柔性解耦结构;24柔性机构;241连接件;242柔性件;243支撑件;25电磁铁;26夹持机构;261柔性放大机构;262压电制动器;263第二引线板;3承件单元;200基座;300平面运动台;400线缆台组件;500主支撑框架。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士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及功效。
请参阅图1至图22。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
本实施例提供一种微动台,如图1所示,为微动台100的结构示意图,微动台100包括:第一运动单元1、第二运动单元2以及承件单元3,其中,第一运动单元1至少包括第一板11以及多个压电陶瓷叠组12,压电陶瓷叠组12的一端与第一板11接触;第二运动单元2至少包括第二板21、第三板22以及多个压电电机23,压电电机23固定于第三板22上表面,第二运动单元2位于第一运动单元1下方,第二运动单元2用于负载第一运动单元1沿Z轴方向、Rx方向和Ry方向进行位置调节;承件单元3位于第一运动单元1上方且承件单元3的下表面与第一板11的上表面面接触,第一运动单元1用于负载承件单元3沿X轴方向、Y轴方向和Rz方向进行位置调节;X轴、Y轴、Z轴互相垂直,Rx、Ry、Rz为分别以X轴、Y轴及Z轴为旋转轴顺时针旋转的旋转方向。
具体的,在满足微动台100的性能的情况下,第一板11的形状可根据实际情况进行选择,在此不作限制。
作为示例,压电陶瓷叠组12的一端与第一板11接触且固定于第一板11下表面,压电陶瓷叠组12远离第一板11的一端与第二板21上表面相接触,第一运动单元1与第二运动单元2相互分离,且多个压电陶瓷叠组12呈二维阵列分布。
具体的,如图2所示,为第一运动单元1的结构示意图,在满足微动台100的性能的情况下,第一运动单元1中压电陶瓷叠组12的数量可根据实际情况进行选择,在此不作限制。在本实施例中,第一运动单元1中包括四个压电陶瓷叠组12,且四个压电陶瓷叠组12分布于第一板11四周。
作为示例,如图3-图4所示,为压电陶瓷叠组12在通电后的变形状态的一种结构示意图以及压电陶瓷叠组12在通电后的变形状态的另一种结构示意图,压电陶瓷叠组12中包括多个第一压电陶瓷叠堆121,且多个第一压电陶瓷叠堆121呈阵列分布,第一压电陶瓷叠堆121在通电后产生的变形包括在Z轴方向上的伸缩变形,在X轴、Y轴方向上的切向变形。
具体的,如图2、图5、图6所示,分别为压电陶瓷叠组12的一种结构示意图、压电陶瓷叠组12的另一种结构示意图以及压电陶瓷叠组12的第三种结构示意图,多个第一压电陶瓷叠堆121的阵列分布形式包括一维阵列分布、二维阵列分布或者其他适合的阵列分布形式。
作为示例,如图7-图9所示,分别为第二运动单元2的结构示意图、第二运动单元2的部分结构示意图以及压电电机23的结构示意图,多个压电电机23呈二维阵列分布,压电电机23包括定子231、动子232以及第二压电陶瓷叠堆233,压电电机23通过定子231固定于第三板22上,动子232与第二板21连接,第二压电陶瓷叠堆233在通电后产生的变形包括Y轴方向上的伸缩变形以及Z轴方向上的切向变形。
具体的,压电电机23中还包括柔性解耦结构234,动子232与第二板21通过柔性解耦结构234连接。
具体的,在满足微动台100的性能的情况下,压电电机23的数量可根据实际情况进行选择,在此不作限制。在本实施例中,压电电机23的数量为四个,且四个压电电机23分布于第二板21四周。
作为示例,如图10所示,为柔性结构24的结构示意图,第二运动单元2中还包括柔性机构24,柔性机构24包括二维阵列分布的连接件241、支撑件243和柔性件242,连接件241连接第二板21,支撑件243连接第三板22,柔性件242连接每个相邻的连接件241和支撑件243。在本实施例中,连接件241的数量为四个,且四个连接件241分布在第二板21的四周;柔性件242的数量为四个,每个柔性件242的两端分别连接一个连接件241,且每个连接件241连接两个柔性件242;支撑件243的数量为四个,每个支撑件243分别连接于一个柔性件242的中间部分。
具体的,承件单元3用于承载工件,并带动工件跟随第一运动单元1及第二运动单元2进行运动。
具体的,第一运动单元1在工作过程中,第一板11连同负载的承件单元3在重力的作用下,于压电陶瓷叠组12及第二板21上施加一个压紧力,因此压电陶瓷叠组12与第二板21之间存在静摩擦力;第一压电陶瓷叠堆121在通电后将开启微步行走模式,压电陶瓷叠组12与第二板21之间的静摩擦力的反作用力驱动第一板11,带动第一运动单元1分别沿着X轴、Y轴方向微步行走,并通过多个第一压电陶瓷叠堆121组合作用,带动第一运动单元1沿着Rz轴转动;第一压电陶瓷叠堆121在通电后也可开启切向形变模式,带动第一运动单元1分别沿着X轴、Y轴方向微位移调节,并通过多个第一压电陶瓷叠堆121组合作用,带动第一运动单元1沿着Rz轴微角度姿态调节;继而实现第一运动单元1负载承件单元3的X轴、Y轴、Rz三轴的精密位置调节功能。
具体的,当第一压电陶瓷叠堆121在通电后开启微步行走模式,第一板11相对第二板21的行程大小为毫米级;当第一压电陶瓷叠堆121在通电后开启切向形变模式,第一板11相对第二板21的行程大小为微米级。
具体的,第一压电陶瓷叠堆121在通电后的微步行走模式与切向形变模式可相互切换,完成在小行程内的位置定位调整和动态位置调节,微步行走模式可实现使微动台100快速精确到达设定位置,切向形变模式可使微动台100实现高响应动态位置调节抵消来自外界的位置抖动干扰,在保证微动台100的位置定位精度的同时提高微动台100的位置稳定性。
需要说明的,压电陶瓷堆叠的微步行走模式和切向形变模式为现有技术,故具体原理不再赘述。
具体的,第二运动单元2在工作过程中,压电电机23在通电后,动子232驱动第二板21沿Z轴方向运动,并通过多个压电电机23的组合以及柔性机构24的解耦作用,带动第二板21分别沿着Rx、Ry两轴偏转;从而实现第二运动单元2带动第一运动单元1的Z轴、Rx、Ry三轴的精密位置调节功能。
具体的,压电电机23通电后在第二压电陶瓷叠堆233的作用下也可实现微步行走模式和切向形变模式两种工作状态,即实现第二运动单元2沿着Z轴方向微步行走或微位移调节,沿着Rx、Ry轴转动或微角度姿态调节,此处不再赘述。
具体的,第一运动单元1负载承件单元3进行X轴、Y轴、Rz三轴的精密位置调节;第二运动单元2带动第一运动单元1进行Z轴、Rx、Ry三轴的精密位置调节,通过第一运动单元1及第二运动单元2相互协作,即可实现承件单元3在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个轴上的精密位置调节。
具体的,压电陶瓷叠组12及压电电机23中第一压电陶瓷叠堆121及第二压电陶瓷叠堆233的高响应特性,可实现微动台100在设定位置处的快速位置精确调节,抵消来自外界的微米级位置抖动干扰,在保证微动台100的定位精度的同时提高位置稳定性。
本实施例的微动台100通过于第一运动单元1中设置多个压电陶瓷叠组12,于第二运动单元2中设置多个压电电机23,在微动台100的工作过程中,第一运动单元1及第二运动单元2开启微步行走模式或切向形变模式,通过第一运动单元1及第二运动单元2相互协作,即可实现承件单元3在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个轴上的精密位置调节,此外,利用压电陶瓷叠组12及压电电机23中第一压电陶瓷叠堆121及第二压电陶瓷叠堆233的高响应特性,可实现微动台100在设定位置处的快速位置精确调节,抵消来自外界的微米级位置抖动干扰,在保证微动台100的定位精度的同时提高位置稳定性;使压电陶瓷叠组12的一端固定于第一板11下表面,即第一运动单元1与第二运动单元2的结构可分离,使微动台100在后续可应用于不同的系统装置中,拓宽了微动台100的应用范围。此外,本实施例的微动台100设置第一运动单元1和第二运动单元2,其中第一运动单元1的驱动源为压电陶瓷叠组12,利用压电陶瓷堆叠组12一端固定设置,一端仅需保持垂直方向的压紧力就能完成运动驱动的特性,使得第一运动单元1和第二运动单元2无需固定连接从而实现分离设置,为后续工件在承件单元3的运转提供便利。
实施例二
本实施例提供另一种微动台100,如图11及图12所示,分别为微动台100的另一种结构示意图和微动台100的另一种结构的部分结构示意图,微动台100与实施例一中所述的微动台100的不同之处在于,压电陶瓷叠组12的一端与第一板11的下表面接触,压电陶瓷叠组12远离第一板11的一端固定于第二板21上表面,第一板11与压电陶瓷叠组12相互分离,且多个压电陶瓷叠组12呈二维阵列分布。
具体的,第一运动单元1在工作过程中,第一板11连同负载的承件单元3在重力的作用下,于压电陶瓷叠组12及第一板11上施加一个压紧力,因此压电陶瓷叠组12与第一板11之间存在静摩擦力;第一压电陶瓷叠堆121在通电后将开启微步行走模式,压电陶瓷叠组12与第一板11之间的静摩擦力的反作用力驱动第二板21,带动第一运动单元1分别沿着X轴、Y轴方向微步行走,并通过多个第一压电陶瓷叠堆121组合作用,带动第一运动单元1沿着Rz轴转动;第一压电陶瓷叠堆121在通电后也可开启切向形变模式,带动第一运动单元1分别沿着X轴、Y轴方向微位移调节,并通过多个第一压电陶瓷叠堆121组合作用,带动第一运动单元1沿着Rz轴微角度姿态调节;继而实现第一运动单元1负载承件单元3的X轴、Y轴、Rz三轴的精密位置调节功能。
具体的,本实施例的微动台100的其他结构与实施例一保持一致,在此不再赘述。
本实施例的微动台100的压电陶瓷叠组12远离第一板11的一端固定于第二板21上表面,即第一板11与压电陶瓷叠组12相互分离,可使微动台100在后续应用于不同的结构,拓宽了微动台100的应用范围。
实施例三
本实施例提供第三种微动台,如图13-15所示,分别为微动台100的第三种结构的部分结构示意图、导磁体13与电磁铁25的侧视图以及导磁体13与电磁铁25的俯视图,微动台100是通过实施例一的微动台100改进而成,第一运动单元1中还包括多个导磁体13,导磁体13固定于第一板11上,且多个第一压电陶瓷叠堆121环绕导磁体13;第二运动单元2中还包括多个电磁铁25,电磁铁25固定于第二板21上。
作为示例,导磁体13与电磁铁25在Z轴方向上的投影相重合,且导磁体13与电磁铁25在Z轴方向上间隔预设距离。
具体的,通过于第一运动单元1中设置导磁体13,于第二运动单元2中设置电磁铁25,导磁体13与电磁铁25在Z轴方向上的投影相重合并间隔预设距离,电磁铁25在通电后,导磁体13与电磁铁25之间会产生吸力,该吸力通过第一板11作用到压电陶瓷叠组12上,进而增大了第一压电陶瓷叠堆121与第二板21之间的正压力,也就是增大了第一压电陶瓷叠堆121与第二板21之间的静摩擦力,且其静摩擦力远大于单纯依靠第一运动单元1和承件单元3的重力作用所产生的静摩擦力值,微动台100在高加速运动状态下时,需要提高第一运动单元1的抵抗惯性力作用的位置保持能力,而该位置保持能力依赖于第一压电陶瓷叠堆121与第二板21上表面之间的静摩擦力,即静摩擦力值越大,微动台100所能够允许的加速度值也越大。
本实施例的微动台100通过于第一运动单元1中设置导磁体13,于第二运动单元2中设置电磁铁25,导磁体13与电磁铁25在Z轴方向上的投影相重合并间隔预设距离,电磁铁25在通电后,导磁体13与电磁铁25之间会产生吸力,该吸力通过第一板11作用到压电陶瓷叠组12上,进而增大了第一压电陶瓷叠堆121与第二板21之间的正压力,增大了第一压电陶瓷叠堆121与第二板21之间的静摩擦力,从而提升了微动台100所允许的加速度。
需要说明的,本实施例的另一种方式可以通过实施例二的微动台100改进而成,和上述方式的区别在于第二运动单元2中设置导磁体13,导磁体13固定于第二板21上;第一运动单元1中设置电磁铁25,电磁铁25固定于第一板11上。其他结构没有变化,故不再赘述。
实施例四
本实施例提供第四种微动台,如图16-17所示,分别为微动台100的第四种结构示意图以及微动台100的第四种结构的部分结构示意图,微动台100是通过实施例一的微动台100改进而成,第一运动单元1中还包括多个引线机构14,引线机构14固定于第一板11沿Y轴方向的侧壁上;第二运动单元2中还包括多个夹持机构26,夹持机构26固定于第二板21沿Y轴方向的侧壁上,夹持机构26用于夹持引线机构14。
作为示例,如图18,为引线机构14与夹持机构26的结构示意图,引线机构14包括引线簧片141以及设置在引线簧片141上的第一引线板142,引线簧片141与第一板11相连接;夹持机构26包括柔性放大机构261、压电制动器262、第二引线板263,压电制动器262及第二引线板263位于柔性放大机构261上,压电制动器262能驱动柔性放大机构261的至少部分产生形变或位移。
作为示例,如图19-20所示,分别为引线机构14与夹持机构26的一种工作状态示意图以及引线机构14与夹持机构26的另一种工作状态示意图,压电制动器262在断电状态下,柔性放大机构261闭合夹持第一引线板142,第二引线板263与第一引线板142电接触;压电制动器262在通电状态下,柔性放大机构261松弛张开,第二引线板263与第一引线板142间隔预设距离。
作为示例,第一引线板142上设有第一外接触点,第二引线板263上设有第二外接触点,柔性放大机构261闭合夹持第一引线板142,第二外接触点与第一引线触点接触导通。
具体的,第一运动单元1上设置有至少两个引线机构14,引线机构14用于向第一运动单元1中的第一压电陶瓷叠堆121或承件单元3的电气件提供电源或电信号接线通道,其中当第一引线板142用于提供电源通道,第一引线接触点与外接触点接触并导通,提供电源电动势;当第一引线板142用于提供电信号的引线通道时,第一引线接触点与外接触点接触并导通,以使电信号输入输出。
具体的,引线簧片141用于保持第一引线板142的位置,引线簧片141具有一定的刚度,在微动台100部分更换或交换的过程中,可以保证第一引线板142能够顺利进入或移出夹持机构26;同时,引线簧片141具有一定的柔性,在受稍大的力作用时,引线簧片141可以沿着X轴、Y轴、Z轴三个方向上发生一定的位移变形,能够配合第一运动单元1相对于第二运动单元2在X轴、Y轴、Rz三个方向上位移。
具体的,压电制动器262在断电状态下,柔性放大机构261闭合夹持第一引线板142,第二引线板263与第一引线板142电接触,第一引线接触点与第二引线接触点接触导通,为第一运动单元1和/或承件单元3提供电信号输入输出。
具体的,第二引线板263固定于柔性放大机构261上的方式包括粘接固定、螺丝固定或者其他适合的方法。
本实施例的微动台100通过于第一运动单元1中设置引线机构14,通过于第二运动单元2中设置夹持机构26,夹持机构26可用于夹持引线机构14,即第一运动单元1与第二运动单元2之间设置了接线断点,第一运动单元1与第二运动单元2之间可实现电源和电信号的快速连接和脱开,提升了微动台100中第一运动单元1与第二运动单元2的安装、拆卸和维护的便捷性,同时模块化第一运动单元1与第二运动单元2,便于多个第一运动单元1和第二运动单元2之间的相互搭配,减少兼容性和适配性的问题,另外夹持机构26还提供稳定作用,防止运动过程或外界影响,使垂直方向的抖动带来压紧力变化的风险;此外,通过设置引线机构14与夹持机构26,在微动台100的后续应用过程中,可以通过于高效的产线设备上设置自动化程序,进而快速自动地完成微动台100中第一运动单元1和承件单元3的更新和替换,进一步拓展了微动台100的应用范围。
实施例五
本实施例提供一种移位装置,如图21所示,为移位装置的一种结构示意图,移位装置包括:如上述任一实施例所述的微动台100、基座200、平面运动台300、线缆台组件400以及主支撑框架500,其中,微动台100位于平面运动台300上,平面运动台300通过主支撑框架500设置于基座200上,线缆台组件400设置在主支撑框架500上;平面运动台300用于带动微动台100在基座200上作平面运动。
具体的,微动台100设置于平面运动台300上,由平面运动台300负载微动台100沿着水平方向做长行程位移,线缆台组件400跟随平面运动台300做长行程位移,微动台100用于使移位装置具有精密定位作用和极高的位置稳定性,平面运动台300用于向移位装置提供大推力和高加速,继而达到在大行程、高速度、高加速度的运动条件下,实现高响应速度、高定位精度、高位置稳定性的设计目标。
具体的,如图22所示,为移位装置的另一种结构示意图,当第一运动单元1上设有引线机构14,第二运动单元2上设有夹持机构26时,微动台100的电源和电信号的引线经由主支撑框架500经过线缆台组件400、平面运动台300接入,而引线机构14以及夹持机构26则起到了对第一运动单元1和承件单元3的电源和电信号的引线的通断作用,同时夹持机构26能够给微动台100保持更稳定的垂向压紧力,使微动台100能更好的抵消平面运动台300大行程、高速度、高加速度的运动影响。
具体的,当第一运动单元1上设有导磁体13,第二运动单元2上设有电磁铁25时,通电后导磁体13和电磁铁25的引力会提供更大的静摩擦力,提供第一运动单元1和承件单元3的运动加速度和位置保持能力,进一步提升平面运动台300速度和加速度的运动上限。
具体的,移位装置中还包括外部的交接臂(未图示),当微动台100和平面运动台300停止运动时,交接臂可以伸入第一运动单元1和第二运动单元2之间,然后抬起第一运动单元1,便可将工件连同承件单元3和第一板11一同转运入下一道工序,即仅需运转部分微动台100的部分部件,减少了运转空间的占用率和运转重量,提高了运转效率,并且便于维护和检查。
具体的,当第一运动单元1上设有引线机构14,第二运动单元2上设有夹持机构26时,交接前夹持机构26内的压电制动器262通电,第二引线板263与第一引线板142分离,然后交接臂抬起第一运动单元1;当第一运动单元1上设有导磁体13,第二运动单元2上设有电磁铁25时,交接前对电磁铁25断电,然后交接臂抬起第一运动单元1。
本实施例的移位装置中的微动台100用于使移位装置具有精密定位作用和极高的位置稳定性,平面运动台300用于向移位装置提供大推力和高加速,微动台100与平面运动台300协同作用,以同时实现移位装置大行程、高速、高加速运动条件下的高响应速度、高定位精度、高位置稳定性的运动要求。同时,微动台100的第一运动单元1和第二运动单元2可独立设计,使工件在承件单元3上进行运转,提高了运转效率也便于维护和检查。
综上所述,本发明的微动台及移位装置通过于第一运动单元中设置多个压电陶瓷叠组,于第二运动单元中设置多个压电电机,在微动台的工作过程中,第一运动单元及第二运动单元开启微步行走模式或切向形变模式,通过第一运动单元及第二运动单元相互协作,即可实现承件单元在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个轴上的精密位置调节,此外,利用压电陶瓷叠组及压电电机中第一压电陶瓷叠堆及第二压电陶瓷叠堆的高响应特性,可实现微动台在设定位置处的快速位置精确调节,抵消来自外界的微米级位置抖动干扰,在保证微动台的定位精度的同时提高位置稳定性;使压电陶瓷叠组的一端固定于第一板下表面,或使压电陶瓷叠组远离第一板的一端固定于第二板上表面,所构成的微动台的结构可分离,使微动台在后续可应用于不同的系统装置中,拓宽了微动台的应用范围;通过于第一运动单元中设置导磁体,于第二运动单元中设置电磁铁,导磁体与电磁铁在Z轴方向上的投影相重合并间隔预设距离,电磁铁在通电后与导磁体产生的吸力,增大了微动台结构中的静摩擦力,从而提升了微动台在运动状态下所允许的加速度;通过于第一运动单元中设置引线机构,于第二运动单元中设置夹持机构,夹持机构可用于夹持引线机构,第一运动单元与第二运动单元之间可实现电源和电信号的快速连接和脱开,提升了微动台中第一运动单元与第二运动单元的安装、拆卸和维护的便捷性;微动台用于使移位装置具有精密定位作用和极高的位置稳定性,平面运动台用于向移位装置提供大推力和高加速,将上述微动台应用于移动装置中,实现了移位装置在大行程、高速、高加速运动条件下的高响应速度、高定位精度、高位置稳定性的运动要求,且微动台的第一运动单元和第二运动单元可独立设计,使工件在承件单元上进行运转,提高了运转效率也便于维护和检查。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 (11)

1.一种微动台,其特征在于,包括:
第一运动单元(1),所述第一运动单元(1)至少包括第一板(11)以及多个压电陶瓷叠组(12),所述压电陶瓷叠组(12)的一端与所述第一板(11)接触;
第二运动单元(2),至少包括第二板(21)、第三板(22)以及多个压电电机(23),所述压电电机(23)固定于所述第三板(22)上表面,所述第二运动单元(2)位于所述第一运动单元(1)下方,所述第二运动单元(2)用于负载所述第一运动单元(1)沿Z轴方向、Rx方向和Ry方向进行位置调节;
所述压电陶瓷叠组(12)的一端与所述第一板(11)接触且固定于所述第一板(11)下表面,所述压电陶瓷叠组(12)远离所述第一板(11)的一端与所述第二板(21)上表面相接触,所述第一运动单元(1)与所述第二运动单元(2)相互分离,或者,所述压电陶瓷叠组(12)的一端与所述第一板(11)的下表面接触,所述压电陶瓷叠组(12)远离所述第一板(11)的一端固定于所述第二板(21)上表面,所述第一板(11)与所述压电陶瓷叠组(12)相互分离;
所述第一运动单元(1)中还包括多个引线机构(14),所述引线机构(14)固定于所述第一板(11)沿Y轴方向的侧壁上;所述第二运动单元(2)中还包括多个夹持机构(26),所述夹持机构(26)固定于所述第二板(21)沿Y轴方向的侧壁上,所述夹持机构(26)用于夹持所述引线机构(14);
承件单元(3),位于所述第一运动单元(1)上方且所述承件单元(3)的下表面与所述第一板(11)的上表面面接触,所述第一运动单元(1)用于负载所述承件单元(3)沿X轴方向、Y轴方向和Rz方向进行位置调节;X轴、Y轴、Z轴互相垂直,Rx、Ry、Rz为分别以X轴、Y轴及Z轴为旋转轴顺时针旋转的旋转方向。
2.根据权利要求1所述的微动台,其特征在于:所述压电陶瓷叠组(12)中包括多个第一压电陶瓷叠堆(121),且多个所述第一压电陶瓷叠堆(121)呈阵列分布,所述第一压电陶瓷叠堆(121)在通电后产生的变形包括在Z轴方向上的伸缩变形,在X轴、Y轴方向上的切向变形。
3.根据权利要求1所述的微动台,其特征在于:多个所述压电陶瓷叠组(12)呈二维阵列分布。
4.根据权利要求1所述的微动台,其特征在于:多个所述压电电机(23)呈二维阵列分布,所述压电电机(23)包括定子(231)、动子(232)以及第二压电陶瓷叠堆(233),所述压电电机(23)通过所述定子(231)固定于所述第三板(22)上,所述动子(232)与所述第二板(21)连接,所述第二压电陶瓷叠堆(233)在通电后产生的变形包括Y轴方向上的伸缩变形以及Z轴方向上的切向变形。
5.根据权利要求1所述的微动台,其特征在于:所述第二运动单元(2)中还包括柔性机构(24),所述柔性机构(24)包括二维阵列分布的连接件(241)、支撑件(243)和柔性件(242),所述连接件(241)连接所述第二板(21),所述支撑件(243)连接所述第三板(22),所述柔性件(242)连接每个相邻的所述连接件(241)和支撑件(243)。
6.根据权利要求2所述的微动台,其特征在于:所述第一运动单元(1)中还包括多个导磁体(13),所述导磁体(13)固定于所述第一板(11)上,且多个所述第一压电陶瓷叠堆(121)环绕所述导磁体(13);所述第二运动单元(2)中还包括多个电磁铁(25),所述电磁铁(25)固定于所述第二板(21)上。
7.根据权利要求6所述的微动台,其特征在于:所述导磁体(13)与所述电磁铁(25)在Z轴方向上的投影相重合,且所述导磁体(13)与所述电磁铁(25)在Z轴方向上间隔预设距离。
8.根据权利要求1所述的微动台,其特征在于:所述引线机构(14)包括引线簧片(141)以及设置在所述引线簧片(141)上的第一引线板(142),所述引线簧片(141)与所述第一板(11)相连接;所述夹持机构(26)包括柔性放大机构(261)、压电制动器(262)、第二引线板(263),所述压电制动器(262)及所述第二引线板(263)位于所述柔性放大机构(261)上,所述压电制动器(262)能驱动所述柔性放大机构(261)的至少部分产生形变或位移。
9.根据权利要求8所述的微动台,其特征在于:所述压电制动器(262)在断电状态下,所述柔性放大机构(261)闭合夹持所述第一引线板(142),所述第二引线板(263)与所述第一引线板(142)电接触;所述压电制动器(262)在通电状态下,所述柔性放大机构(261)松弛张开,所述第二引线板(263)与所述第一引线板(142)间隔预设距离。
10.根据权利要求9所述的微动台,其特征在于:所述第一引线板(142)上设有第一外接触点,所述第二引线板(263)上设有第二外接触点,所述柔性放大机构(261)闭合夹持所述第一引线板(142),所述第二外接触点与所述第一引线触点接触导通。
11.一种移位装置,其特征在于,包括:如权利要求1-10中任一项所述的微动台(100)、基座(200)、平面运动台(300)、线缆台组件(400)及主支撑框架(500);
所述微动台(100)位于所述平面运动台(300)上方,所述平面运动台(300)通过所述主支撑框架(500)设置于所述基座(200)上方,所述线缆台组件(400)设置在所述主支撑框架(500)上,所述平面运动台(300)用于带动所述微动台(100)在所述基座(200)上作平面运动。
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