CN1206717C - 并联两坐标运动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并联两坐标运动平台，通过两个连接体将两个直线电机和一个上层工作台、中间滑动台连接起来并被固定支承在机座上。当直线电机向同一方向作等速运动时，工作台将以直线电机同样的运动速度运动；当直线电机向相反方向作等速运动时，上层工作台将以与直线电机运动速度不同的运动速度沿与电机运动方向相垂直的方向运动。本发明运动平台的加速度可以达到15g，定位精度达到2，带宽提高到300～400Hz。本发明适合于作为高加速度、一方向行程大和一方向行程小的两坐标运动平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种两个平面运动的平台，特别是指一种并联两坐标运动平台。
背景技术
在芯片封装过程中，金丝球焊接是一种主要的连接方式。此时，为了提高效率，要求打线器作高频的小行程的移动。由于行程小、运行时间短，因此运送加速度一般很大，而且要求保证很高的运动精度。在微电子器件装配过程中，为了保证元件工作可靠性，原则上应该对每个球栅格(BGA，Ball Grid Array)中锡球的位置和形状进行测定，以便对不良锡球必须加以修整。目前，由于检测设备的缺乏，主要采用的是抽查为主的方法。当密度进一步增加、锡球尺寸继续减小以后，就必须对每个连接点的几何精度进行检测。由于连接点数目多、距离小，发展高速高精度的检测方法成为必然趋势。特别在装配微型片状零件、BGA、CSP(Chip Scale Pakaging，芯片规模封装)及一些连接点间距很小的电子零件过程中，微小尺度视觉测量系统可以检测出锡浆印刷及贴片过程的缺陷，以便及时以最低成本修正。在保证精度的情况下尽量提高检测效率已经成为竞争的热点之一。当前的封装设备的典型运动平台的技术水平为：定位控制系统运动加速度为6～12g，5～10μm的定位精度，频带宽度为200～300Hz。随着芯片尺寸的缩小、I/O密度的增大、封装工艺及材料的改进，IC(Integrated Circuit，集成电路)后封装装备的更新日新月异。
发明内容
本发明的目的是将处于同一平面的两个直线电机分别通过连接体、连杆与上层工作台以铰链连接构成两坐标运动平台，使得连杆对上层工作台的作用力处于同一平面。本发明的装置可作为精密高加速作动机构，用于金丝球焊接、精密测量中的扫描装置等。
本发明的一种并联两坐标运动平台，包括机座、盖板、连接板、直线电机、工作台、X轴光栅尺组件、Y轴光栅尺组件、X轴限位光藕组件、Y轴限位光耦组件，其还包括有连接体、连杆，两个直线电机的定子分别通过螺钉固定在机座上，动子通过螺钉分别与两个连接体固定连接，连接体通过机座上导轨和机座下导轨与机座连接，两个连接体通过铰链分别与两个连杆的一端连接，连杆另一端通过铰链与轴和上层工作台连接，上层工作台通过上层工作台导轨与中间滑动台连接，中间滑动台通过中间滑动台导轨与机座连接，两块连接板通过螺钉固定在机座上，盖板通过螺钉与连接板固定连接；X轴光栅尺组件的光栅尺读头架通过螺钉固定在上层工作台上，光栅尺读头通过螺钉固定在光栅尺读头架上，光栅尺通过螺钉固定在中间滑动台上；Y轴光栅尺组件的光栅尺读头架通过螺钉固定在中间滑动台上，光栅尺读头通过螺钉固定在光栅尺读头架上，光栅尺通过螺钉固定在机座上；X轴限位光藕组件的行程限位板通过螺钉固定在上层工作台上，光耦通过螺钉固定在光耦支架上，光耦支架通过螺钉固定在中间滑动台上；Y轴限位光藕组件的行程限位板通过螺钉固定在中间滑动台上，光耦通过螺钉固定在光耦支架上，光耦支架通过螺钉固定在机座上。
本发明的并联两坐标运动平台处于同一平面的两个直线电机分别通过两个连接体、连杆与上层工作台以铰链连接构成两坐标运动平台，使得两个连杆对上层工作台的作用力处于同一平面上。
本发明的并联两坐标运动平台，两个直线电机的动子通过两个连接体和机座上导轨、机座下导轨连接在机座上，减少了运动部件的质量，提高了系统的运动加速度。
本发明的并联两坐标运动平台，加速度可以达到12～15g，定位精度可以达到2～5μm，带宽可以提高到300～400Hz。加速度水平的提高显著缩短了扫描的运动周期。
本发明的两坐标运动平台通过两根连杆将直线电机的直线运动转换成两连杆铰链中心的平面运动，通过将该铰链中心与上层工作台连接、将中间滑动台与机座连接而实现两并联运动平台在同一平面中作与直线电机运动相对应的平动运动。与普通的XY平台相比，该系统的电机定子都是固定在机座上的，因此可以显著减少系统的运动惯量、提高系统的加速度。
附图说明
图1是本发明的整体结构图。
图2是图1中的A-A剖视图。
图3是图1中的B-B剖视图。
图4是图1中的C-C剖视图。
图5是图1中的D-D剖视图。
图中标号：1.第一直线电机 101.第一直线电机定子 102.第一直线电机动子2.第一连接体 201.上端盖 202.上滚针轴承 203.上压板 204.芯轴209.下压板 210.下滚针轴承 211.下端盖 3.第一连杆 304.上滚针轴承308.下滚针轴承 4.X轴限位光藕组件 401.行程限位板 402.光藕403.光藕支架 5.上层工作台 501.第一上层工作台导轨 502.第二上层工作台导轨 6.Y轴光栅尺组件 601.读头架 602.读头 603.光栅尺7.X轴光栅尺组件 701.读头架 702.读头 703.光栅尺 8.Y轴限位光藕组件 801.行程限位板 802.光藕 803.光藕支架 9.第二连杆902.滚针轴承 10.第二连接体 1001.上端盖 1002.上滚针轴承1003.上压板 1004.芯轴 1009.下压板 1010.下滚针轴承 1011.下端盖11.第二直线电机 12.机座 1201.机座上导轨 1202.机座下导轨13.盖板 14.中间滑动台 1401.第一中间滑动台导轨 1402.第二中间滑动台导轨 15.第一连接板 16.第二连接板 17.轴
垫圈：205、208、303、306、307、309、1005、1008
端面滑动轴承：206、207、301、302、305、310、311、312、313、314、
901、903、904、905、 1006、 1007
预紧螺钉：1203、1301、1403
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的并联两坐标运动平台，包括机座12、盖板13、第一连接板15、第二连接板16、第一直线电机1、第二直线电机11、上层工作台5、X轴光栅尺组件7、Y轴光栅尺组件6、X轴限位光藕组件4、Y轴限位光耦组件8、第一连接体2、第二连接体10、第一连杆3、第二连杆9，第一直线电机1和第二直线电机11的电机定子101通过螺钉固定在机座12上，第一直线电机1和第二直线电机11的电机动子102通过螺钉分别与第一连接体2和第二连接体10固定连接，第一连接体2通过机座上导轨1201与机座12连接，第二连接体10通过和机座下导轨1202与机座12连接，第一连接体2的另一端通过铰链与第一连杆3的一端连接，第二连接体10的另一端通过铰链与第二连杆9的一端连接，第一连杆3另一端通过铰链与轴17和上层工作台5连接，第二边杆9另一端通过铰链与轴17和上层工作台5连接，上层工作台5通过第一上层工作台导轨501和第二上层工作台导轨502与中间滑动台14连接，中间滑动台14通过第一中间滑动台导轨1401和第二中间滑动台导轨1402与机座12连接，第一连接板15和第二连接板16通过螺钉固定在机座12的两端上，盖板13通过螺钉与第一连接板15和第二连接板16固定连接。
X轴光栅尺组件7和Y轴光栅尺组件6用来分别测定上层工作台5与中间滑动台14的相对运动位移以及中间滑动台14与机座12之间的相对运动位移。当第一直线电机1和第二直线电机11的动子以相同速度同时沿Y轴正向或负向运动时，上层工作台5将在第一连杆3和第二连杆9的驱动下也以相同速度沿Y轴正向或负向运动。当第一直线电机1的动子102以某一速度沿Y轴正向运动、第二直线电机11的动子以同一速度沿Y轴负向运动时，上层工作台5将沿X轴负向运动，但运动的速度的大小与第一直线电机1和第二直线电机11的运动速度的大小不同。当第一直线电机1的动子102以某一速度沿Y轴负向运动、第二直线电机11的动子以同一速度沿Y轴正向运动时，上层工作台5将沿X轴正向运动，但运动的速度的大小与第一直线电机1和第二直线电机11的运动速度的大小不同。当上层工作台5要求作任意方向的平动运动时，可以通过改变第一直线电机1和第二直线电机11的运动速度和位移的大小来实现(如图6所示)。
上层工作台5的速度表达式：
上层工作台5的加速度表达式：
其中：
s-连杆长度
h-连杆与连接体连接的铰链与机座导轨之间的距离
θ-连杆与Y轴的夹角
y1，y2-直线电机的y坐标
x，y-上层工作台中心点的坐标
图2是图1中的A-A剖视图。图中，盖板13和机座12构成机座部分。第一直线电机1的定子101通过螺钉固定在机座12上，第一直线电机1的动子102通过螺钉与第一连接体2固定在一起，第一连接体2通过机座上导轨1201和机座下导轨1202连接于机座12上，第二直线电机11的连接方式与第一直线电机1完全相同，通过调整预紧螺钉1301可以对机座上导轨1201和机座下导轨1202进行预紧。在机座导轨的作用下，第一直线电机1和第二直线电机11的动子沿Y轴方向运动。中间滑动台14通过第一导轨1401和第二导轨1402与机座12连接，通过调整预紧螺钉1203可以对中间滑动台14的第一导轨1401和第二导轨1402进行预紧。Y轴光栅尺组件6中的光栅尺读头架601通过螺钉固定在中间滑动台14上，光栅尺读头602通过螺钉固定在光栅尺读头架601上，光栅尺603通过螺钉固定在机座12的侧面。当中间滑动台14相对机座12作直线运动时，光栅尺读头602将给出二者的相对位置。Y轴行程限位光藕组件8中的行程限位板801通过螺钉固定于中间滑动台14上，并排的两个光耦802通过螺钉固定在光耦支架803上，光耦支架803通过螺钉固定在机座12上，该组件用于限制中间滑动台14沿Y轴方向的行程。
图3是图1中的B-B剖视图。图中，十字滑台的上层工作台5通过第一导轨501、第二导轨502与中间滑动台14连接，通过调整预紧螺钉1403可以对上层工作台5的一导轨501、第二导轨502进行预紧。X轴光栅尺组件7的光栅尺读头架701通过螺钉固定在上层工作台5上，光栅尺读头702通过螺钉固定在光栅尺读头架701上，光栅尺703通过螺钉固定在中间滑动台14上。当上层工作台5相对中间滑动台14作直线运动时光栅尺读头702将给出二者的相对位置。X轴行程限位光藕组件4中的行程限位板401通过螺钉固定于上层工作台5上，并排的两个光耦402通过螺钉固定在光耦支架403上，光耦支架403通过螺钉固定在中间滑动台14上，该组件用于限制上层工作台5沿X轴方向的行程。
图4为图1中的C-C剖视图。该图描述了第一连杆3分别与上层工作台5和第一直线电机1的动子102之间的连接关系。第一连杆3通过上滚针轴承304、下滚针轴承308和轴17连接于上层工作台5上，端面滑动轴承301、302、310、311用于第一连杆3的上下方向的支承和定位。第一连杆3的右端通过芯轴204、上滚针轴承202和下压板209支承于第一连接体2的轴承孔内。滑动轴承206、313、314、207实现第一连杆3在第一连接体2上的上下方向的支承和定位。垫圈303、306、307、309用于滚针轴承304、902、308的轴向定位。上压板203、下奢板209和垫圈205、208用于芯轴204的轴向固定。端盖201、211用于上滚针轴承202、下滚针轴承210的轴向定位。
图5为图1中的D-D剖视图。该图描述了第二连杆9分别与上层工作台5和第二直线电机11的动子之间的连接关系。第二连杆9通过滚针轴承902和轴17连接于上层工作台5上，端面滑动轴承305、901、903、312用于第二连杆9的上下方向的支承和定位。第二连杆9的右端通过芯轴1004、上滚针轴承1002和下滚针轴承1010支承于第二连接板10的轴承孔内。滑动轴承1006、904、905、1007实现第二连杆9在第二连接板10上的上下方向的支承和定位。上压板1003、下压板1009用于芯轴1004的轴向固定。端盖1001、1011和垫圈1006、1008用于上滚针轴承1002、下滚针轴承1010的轴向定位。
本发明采用两个连续配置的第一直线电机1、第二直线电机11分别通过第一连接体2、第二连接体10和第一连杆3、第二连杆9与上层工作台5以铰链连接构成并联两坐标运动平台。当以不同速度驱动第一直线电机1、第二直线电机11的动子时可以使上层工作台5作一定范围的平动运动，实现常规的XY运动控制。由于第一直线电机1、第二直线电机11的动子通过第一连接体2、第二连接体10和机座上导轨1201和机座下导轨1202连接在机座上，因此运动部件的质量大为减少，从而可显著提高系统的运动加速度。
本发明属于精密传动部件，用于金丝球焊接、精密测量中的扫描装置，适合于作为高加速度、一方向行程大和一方向行程小的XY运动平台。
Claims (1)
1、一种并联两坐标运动平台，包括机座、盖板、连接板、直线电机、工作台、X轴光栅尺组件、Y轴光栅尺组件、X轴限位光藕组件、Y轴限位光耦组件，其特征在于还包括有两个连接体和两个连杆，第一直线电机(1)和第二直线电机(11)的定子分别通过螺钉固定在机座(12)上，第一直线电机(1)和第二直线电机(11)的动子通过螺钉分别与第一连接体(2)和第二连接体(10)固定连接，第一连接体(2)和第二连接体(10)的一端通过机座上导轨(1201)和机座下导轨(1202)与机座(12)连接，第一连接体(2)和第二连接体(10)另一端通过铰链分别与第一连杆(3)和第二连杆(9)的一端连接，第一连杆(3)和第二连杆(9)的另一端通过铰链与轴(17)和上层工作台(5)连接，上层工作台(5)通过第一上层工作台导轨(501)和第二上层工作台导轨(502)与中间滑动台(14)连接，中间滑动台(14)通过第一中间滑动台导轨(1401)和第二中间滑动台导轨(1402)与机座(12)连接，第一连接板(15)和第二连接板(16)通过螺钉固定在机座(12)上，盖板(13)通过螺钉与连接板固定连接；X轴光栅尺组件(7)的光栅尺读头架(701)通过螺钉固定在上层工作台(5)上，光栅尺读头(702)通过螺钉固定在光栅尺读头架(701)上，光栅尺(703)通过螺钉固定在中间滑动台(14)上；Y轴光栅尺组件(6)的光栅尺读头架(601)通过螺钉固定在中间滑动台(14)上，光栅尺读头(602)通过螺钉固定在光栅尺读头架(601)上，光栅尺(603)通过螺钉固定在机座(12)上；X轴限位光藕组件(4)的行程限位板(401)通过螺钉固定在上层工作台(5)上，光耦(402)通过螺钉固定在光耦支架(403)上，光耦支架(403)通过螺钉固定在中间滑动台(14)上；Y轴限位光藕组件(8)的行程限位板(801)通过螺钉固定在中间滑动台(14)上，光耦(802)通过螺钉固定在光耦支架(803)上，光耦支架(803)通过螺钉固定在机座(12)上；处于同一平面的第一直线电机(1)和第二直线电机(11)分别通过第一连接体(2)和第二连接体(10)、第一连杆(3)和第二连杆(9)与上层工作台(5)以铰链连接构成两坐标运动平台，使得第一连杆(3)和第二连杆(9)对上层工作台(5)的作用力处于同一平面上。
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