CN1326670C - 带双边直线电机同步驱动的h型气浮工作台 - Google Patents

带双边直线电机同步驱动的h型气浮工作台 Download PDF

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张从鹏
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Abstract

本发明公开了一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，由基座、X轴运动模块、第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块组成，第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块固定在基座上，其中，第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块的导轨分别固定在基座的垫块上，第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块的直线电机定子分别固定在基座的电机连接板上，X轴运动模块的X轴导轨两端分别固定在第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块的滑块上。该工作台采用一台直线电机驱动X轴运动模块，两台直线电机同步驱动Y轴运动模块实现两坐标精确定位以及精密运动，采用花岗石制造，加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度可以达到1μm，最大行程可以达到1000mm×1000mm。可以作为精密运动系统，可用于集成电路光刻机、精密测量扫描装置等。

Description

带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台
技术领域
本发明涉及一种高精密带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台。
背景技术
在微电子制造领域和精密测量领域，要求运动执行机构在大惯量、高速运动时具有高的定位精度。目前，多采用直线导轨或者滚珠丝杠等传动机构来实现精密定位。随着气体轴承技术日臻成熟，气浮工作台也逐渐开始应用到各个领域。气浮导轨是气体轴承的一种应用形式，气体轴承是用气体作为润介质，它具有速度高、精密度高、摩擦损耗小，是理想的支承和传动元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，该工作台采用一台直线电机驱动X轴运动，两台直线电机同步驱动Y轴运动实现两坐标精确定位以及精密运动，可以作为精密运动系统，用于集成电路光刻机、精密测量扫描装置等。
本发明的一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，由基座4、X轴运动模块1、第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3组成，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3固定在基座4上，其中，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的导轨分别固定在基座4的垫块上，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的直线电机定子分别固定在基座4的电机连接板上，X轴运动模块1的X轴导轨102两端分别固定在第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的滑块上。
所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3平行安装与X轴运动模块1组成H型结构，三个运动模块构成一个两坐标运动工作台。
所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3分别采用闭式气浮导轨结构，采用气膜预加载设计，提高了其承载能力和刚度。
所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其X轴运动模块1与基座4采用大基面作为气浮工作面，竖直方向采用真空腔111设计，提高了其承载能力和刚度。
本发明带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台的优点：采用大基面作为X轴滑块的气浮工作面，采用真空加载技术来提高气浮导轨的刚度和承载能力，可以避免X轴气膜和Y轴气膜产生相互干涉现象。Y轴滑块采用闭式结构，刚度和承载能力大，动态性能好。本工作台采用花岗石制造，加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度可以达到1um，最大行程可以达到1000mm×1000mm。
附图说明
图1是本发明工作台的整体结构示意图。
图2是基座结构示意图。
图3(A)是X轴运动平台结构示意图。
图3(B)是X轴滑块结构示意图。
图4(A)是第二Y轴运动平台结构示意图。
图4(B)是Y轴滑块结构示意图。
图5是本发明工作台的俯视图。
图6是图5的B-B视图。
图7是图5的A-A视图。
图中：1.X轴运动模块  101.X轴直线电机     102.X轴导轨         103.X轴滑块
104.X轴光栅尺板      105.X轴读数头连接板 106.X轴光栅限位块
107.X轴电机连接板    108.凹槽            109.电机定子        110.电机动子
111.真空腔           103a.X轴顶板        103b.X轴右侧板      103c.X轴底板103b.X轴左侧板
2.第一Y轴运动模块    3.第二Y轴运动模块   301.Y轴直线电机
302.Y轴导轨          303.Y轴滑块         304.Y轴读数头连接板 305.Y轴光栅尺板
306.Y轴光栅限位块    307.电机定子        308.电机动子        303a.Y轴顶板
303b.Y轴外侧板       303c.Y轴底板        303b.Y轴内侧板
4.基座               401.第一挡块        402.基座电机连接板  403.第一垫块
404.底座             405.第二垫块        406.第二挡块
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，第一Y轴运动模块2、第二Y轴运动模块3和X轴运动模块1组成H型结构，三个运动模块构成一个两坐标运动工作台，即工作台采用一台直线电机驱动X轴运动模块，两台直线电机同步驱动Y轴运动模块。第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3分别采用闭式气浮导轨结构。该工作台采用H型闭式气浮导轨结构，其中有两个Y轴运动模块和一个X轴运动模块这种对称结构具有更好的动力学性能，其中Y轴由两台直线电机双边驱动，X轴由单个直线电机驱动，组成两坐标运动工作台。
请参见图1所示，本发明是一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，包括由基座4、X轴运动模块1、第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3组成，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3固定在基座4上，其中，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的导轨分别固定在基座4的垫块上，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的直线电机定子分别固定在基座电机连接板402上，X轴运动模块1的X轴导轨102两端分别固定在第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的滑块上。
请参见图2所示，所述基座4由底座404、第一挡块401、第二挡块406、第一垫块403、第二垫块405和基座电机连接板402构成，第一挡块401、第二挡块406、第一垫块403、第二垫块405和基座电机连接板402固定安装在底座404上，基座电机连接板402一端安装在第一挡块401与第一垫块403中间，基座电机连接板402另一端安装在第二挡块406与第二垫块405中间，第一挡块401和第二挡块406的内侧安装有缓冲器；底座404上的挡块、垫块以及电机连接板是结构相同的两套，并且对称安装在底座404的两边。第一挡块401与第二挡块406是Y轴运动模块中的Y轴滑块的机械限位。
请参见图3A、图3B、图6所示，所述X轴运动模块1由X轴直线电机101、X轴导轨102、X轴滑块103、X轴光栅尺板104、X轴读数头连接板105、X轴光栅限位块106、X轴电机连接板107构成，X轴直线电机101的电机定子109固定在X轴导轨102上，X轴直线电机101的电机动子110固定在X轴电机连接板107上，X轴光栅限位块106固定在X轴光栅尺板104上，X轴光栅尺板104固定在X轴导轨102上，X轴运动模块1的读数头安装在X轴读数头连接板105上，X轴读数头连接板105固定在X轴滑块103上；X轴导轨102的两端固定在Y轴的滑块的内侧板303d上；X轴滑块103与X轴导轨102构成空气轴承，且X轴滑块103沿X轴导轨102方向运动；其中，X轴滑块103由X轴顶板103a、X轴右侧板103b、X轴底板103c和X轴左侧板103d顺次连接构成，X轴电机连接板107固定在X轴滑块103的X轴顶板103a上，X轴底板103c与底座404的相对面上构成气膜，X轴底板103c上设有节流孔和向内凹的真空腔，该真空腔111产生预加载，X轴右侧板103b和X轴左侧板103d上设有节流孔，X轴右侧板103b和X轴左侧板103d分别与X轴导轨102的两侧面构成气膜，X轴左侧板103d上设有供X轴读数头连接板105安装的凹槽108。
请参见图4A、图4B、图7所示，所述第一Y轴运动模块2与第二Y轴运动模块3结构相同，且对称安装在基座4上；第二Y轴运动模块3由Y轴直线电机301、Y轴导轨302、Y轴滑块303、Y轴读数头连接板304、Y轴光栅尺板305和Y轴光栅限位块306构成，Y轴直线电机301的电机定子307固定在基座电机连接板402上，Y轴直线电机301的电机动子308固定在Y轴滑块303的Y轴外侧板303b上，Y轴光栅限位块306固定在Y轴光栅尺板305上，Y轴光栅尺板305上固定在底座404的基面上，第二Y轴运动模块3的读数头安装在Y轴读数头连接板304上，Y轴读数头连接板304固定在Y轴滑块303上；Y轴滑块303与Y轴导轨302构成空气轴承，且Y轴滑块303沿Y轴导轨302方向运动；其中，Y轴滑块303由Y轴顶板303a、Y轴外侧板303b、Y轴底板303c和Y轴内侧板303d顺次连接构成，Y轴顶板303a、Y轴外侧板303b、Y轴底板303c和Y轴内侧板303d的四个与Y轴导轨302相对的面分别有节流孔，并与Y轴导轨302的四个相对的面构成气膜，从而形成闭式气浮导轨。
在本发明中，该工作台采用H型闭式气浮导轨结构，采用花岗石材质制造。其中有两个Y轴运动模块和一个X轴运动模块这种对称结构具有更好的动力学性能，其中Y轴由两台直线电机双边驱动，X轴由单个直线电机驱动，组成两坐标运动工作台。第一Y轴运动模块2、第二Y轴运动模块3分别采用闭式气浮导轨结构，采用气膜预加载设计，提高了其承载能力和刚度。X轴运动模块1与基座4采用大基面作为气浮工作面，竖直方向采用真空腔111设计，提高了其承载能力和刚度。X轴滑块103的加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度达到1μm。

Claims (6)

1、一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于：由基座(4)、X轴运动模块(1)、第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)组成，第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)对称固定在基座(4)上，其中，第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)的导轨分别固定在基座(4)的垫块上，第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)的直线电机定子分别固定在基座电机连接板(402)上，X轴运动模块(1)的X轴导轨(102)两端分别固定在第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)的滑块上；
所述基座(4)由底座(404)、第一挡块(401)、第二挡块(406)、第一垫块(403)、第二垫块(405)和基座电机连接板(402)构成，第一挡块(401)、第二挡块(406)、第一垫块(403)、第二垫块(405)和基座电机连接板(402)固定安装在底座(404)上，基座电机连接板(402)一端安装在第一挡块(401)与第一垫块(403)中间，基座电机连接板(402)另一端安装在第二挡块(406)与第二垫块(405)中间，第一挡块(401)和第二挡块(406)的内侧安装有缓冲器；底座(404)上的挡块、垫块以及电机连接板是结构相同的两套，并且对称安装在底座(404)的两边；第一挡块(401)与第二挡块(406)是Y轴运动模块中的Y轴滑块的机械限位；
所述X轴运动模块(1)由X轴直线电机(101)、X轴导轨(102)、X轴滑块(103)、X轴光栅尺板(104)、X轴读数头连接板(105)、X轴光栅限位块(106)、X轴电机连接板(107)构成，X轴直线电机(101)的电机定子(109)固定在X轴导轨(102)上，X轴直线电机(101)的电机动子(110)固定在X轴电机连接板(107)上，X轴光栅限位块(106)固定在X轴光栅尺板(104)上，X轴光栅尺板(104)固定在X轴导轨(102)上，X轴运动模块(1)的读数头安装在X轴读数头连接板(105)上，X轴读数头连接板(105)固定在X轴滑块(103)上；X轴滑块(103)与X轴导轨(102)构成空气轴承，且X轴滑块(103)沿X轴导轨(102)方向运动；
其中，X轴滑块(103)由X轴顶板(103a)、X轴右侧板(103b)、X轴底板(103c)和X轴左侧板(103d)顺次连接构成，X轴电机连接板(107)固定在X轴滑块(103)的X轴顶板(103a)上，X轴底板(103c)与底座(404)的相对面上构成气膜，X轴底板(103c)上设有节流孔和向内凹的真空腔，该真空腔(111)产生预加载，X轴右侧板(103b)和X轴左侧板(103d)上设有节流孔，X轴右侧板(103b)和X轴左侧板(103d)分别与X轴导轨(102)的两侧面构成气膜，X轴左侧板(103d)上设有供X轴读数头连接板(105)安装的凹槽(108)；
所述第一Y轴运动模块(2)与第二Y轴运动模块(3)结构相同，且对称安装在基座(4)上；第二Y轴运动模块(3)由Y轴直线电机(301)、Y轴导轨(302)、Y轴滑块(303)、Y轴读数头连接板(304)、Y轴光栅尺板(305)和Y轴光栅限位块(306)构成，Y轴直线电机(301)的电机定子(307)固定在基座电机连接板(402)上，Y轴直线电机(301)的电机动子(308)固定在Y轴滑块(303)的Y轴外侧板(303b)上，Y轴光栅限位块(306)固定在Y轴光栅尺板(305)上，Y轴光栅尺板(305)固定在底座(404)的基面上，第二Y轴运动模块(3)的读数头安装在Y轴读数头连接板(304)上，Y轴读数头连接板(304)固定在Y轴滑块(303)上；Y轴滑块(303)与Y轴导轨(302)构成空气轴承，且Y轴滑块(303)沿Y轴导轨(302)方向运动；
其中，Y轴滑块(303)由Y轴顶板(303a)、Y轴外侧板(303b)、Y轴底板(303c)和Y轴内侧板(303d)顺次连接构成，Y轴顶板(303a)、Y轴外侧板(303b)、Y轴底板(303c)和Y轴内侧板(303d)的四个与Y轴导轨(302)相对的面分别有节流孔，并与Y轴导轨(302)的四个相对的面构成气膜，从而形成闭式气浮导轨。
2、根据权利要求1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于：第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)平行安装与X轴运动模块(1)组成H型结构，三个运动模块构成一个两坐标运动工作台。
3、根据权利要求1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于：第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)分别采用闭式气浮导轨结构。
4、根据权利要求1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于：X轴运动模块(1)气浮于基座(4)上形成大基面气浮工作面。
5、根据权利要求1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于：采用花岗石材质制造。
6、根据权利要求1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于：X轴滑块(103)的加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度达到1μm。
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