CN2568620Y

CN2568620Y - 单层多自由度气静压纳米定位平台

Info

Publication number: CN2568620Y
Application number: CN 02246809
Authority: CN
Inventors: 钟裕亮; 王维汉; 蔡锦溢; 何世江
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-08

Abstract

一种单层多自由度气静压纳米定位平台，为一微动平台精密定位装置，主要是于一固定底座上以气静压轴承装设工作平台，并在固定底座与工作平台相对的X、Y、Z平面上装设电磁力致动模组以及位移感测器；藉此，利用电磁力控制技术，应用于气静压平台装置，以平台外部的感测器直接测量平台位置，所得测量资料作为回馈信号，以获得平台精度的补偿，进而以单层结构达成多自由度纳米定位平台的高精度需求。

Description

单层多自由度气静压纳米定位平台

技术领域

本实用新型涉及一种单层多自由度气静压纳米定位平台。

背景技术

目前半导体产业、生命科学领域、光电系统、显微机构如STM、AFM等方面，皆朝微下化、精密化的方向发展，因此，对于微米甚至是纳米级的定位装置需求量日增。在目前使用的精密微定位装置，大都采用粗动与微动分离的双行程平台方式，以提高微小范围的定位精度；在微动平台部分，为了达到多自由度的运动需求，一种以线性马达驱动的平台装置因皆为长行程与单自由度，因此必需以数个单自由度平台堆叠而成，不但机构复杂且累积的误差更影响到定位的精度，为了改善多层堆叠式平台的缺点，业界即设计出一种单层二自由度微定位平台，其为台湾专利申请第88206306号，该微定位平台的三自由度为二(X、Y轴方向)直行移动及一旋转(_Z方向)运动，请参阅图1、2，其主要是在压电致动器1、2、3一端以挠性铰链4、5、6连接固定底座10，另一端以另一挠性铰链7、8、9连接工作平台11，另弹簧导引组12、13、14一端连接固定底座10，另一端连接工作平台11，当压电致动器1、2、3受驱动后，提供位移及作用力，产生的位移经弹簧导引组12、13、14的导引及挠性铰链4、5、6、7、8、9的旋转，产生一合成位移于工作平台11，造成工作平台11与固定底座10的相对运动，而以单层的结构达成平面上X轴及Y轴位移运动及_Z轴的旋转运动；然而，其虽以单层的结构解决上述多层堆叠的问题，但其结构仍显得复杂，且其仅作平面的三个自由度位移，而无法在Z轴上作位移运动及_X、_Y轴的旋转，在精密定位的功能上仍显不足，再者，压电致动器会有温升变形的问题，而需对温度变化所产生的变形作补偿，故仍有待加以改善。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点，本创作人以多年的工作经验，经过不断的研究设计，提供一种机构简单且能达到六自由度的单层多自由度气静压纳米定位平台。

本实用新型采用的技术方案是：一种单层多自由度气静压纳米定位平台，为一微动平台精密定位装置，其特征是：其主要是于固定底座上以气静压轴承装设一工作平台，并于固定底座与工作平台相对的任意三个非平行面的平面上装设位移感测器。

该任意三个非平行面的平面上分别装设有一对电磁力致动模组，或在该任意三个非平面的平面上分别以3∶2∶1的方式排列装设电磁力致动模组。

该任意三个非平行面的平面上的位移感测器是非接触式位移感测器。

该任意三个非平行面的平面上分别装设有一对位移感测器，或在该任意三个非平行面的平面上分别以3∶2∶1的方式排列装设位移感测器。

本实用新型于固定底座上以气静压轴承装设一工作平台，来减少机构中摩擦对各自由度定位精度的交互影响，而达到低摩擦阻力的支撑效果；本实用新型于固定底座与工作平台相对的X、Y、Z平面上装设电磁力致动模组，而可以单层的结构具有六自由度的运动，达到结构简单，且达成高线性度与高精度的精密定位平台；本实用新型于工作平台的外部固定底座上装设非接触式位移感测器，而可直接测量工作平台位置，并将测量位置回馈至电磁力致动模组，以达到纳米级定位的需求。

附图说明

图1是习式第88206306号单层三自由度微定位平台的结构图；

图2是习式第88206306号单层三自由度微定位平台的组合概念示意图；

图3是本实用新型的结构图；

图4是本实用新型的A-A剖面图；

图5是本实用新型的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参阅图3、4、5，本实用新型单层多自由度气静压纳米定位平台主要是于固定底座20以气静压轴承21装设工作平台22，由于气静压轴承21为非接触式气浮轴承，因此可在低摩擦阻力下支撑工作平台22，以减少摩擦对各自由度定位精度的方向影响；另于X、Y、Z平面的固定底座20与工作平台22上装设有电磁力致动模组，其中，Y平面上的致动模组是于固定底座20内横向排列装设来年感电磁致动器23、24，另于工作台22相对电磁致动器23、24位置装设永久磁铁25、26；X平面上的致动模组是于固定底座20内直向排列装设两电磁致动器27、28位置装设永久磁铁29、30；Z平面上的致动模组是于固定底座20内水平排列装设两电磁致动器27、28，另于工作平台22相对电磁致动器27、28位置装设永久磁铁29、30；Z平面上的致动模组是于固定底座20内水平排列装设两电磁致动器31、32，另于工作平台22相对电磁致动器31、32位置装设永久磁铁33、34，籍由在X、Y、Z平面上分别装设一对电磁力致动模组，进而由控制电磁致动器23、24、27、28、31、32的磁性转换，而与永久磁铁25、26、29、30、33、34作同性相斥异性相吸的磁力位移控制，即可达到以单层作六个自由度的运动，另于固定底座20的另一Y平面及X平面上装设有位移感测器35、36、37、38及Z平面上装设有位移感测器39、40，籍由在X、Y、Z平面上分别装设一对电磁力致动模组，进而由控制电磁致动器23、24、27、28、31、32的磁性转换，而与永久磁铁25、26、29、30、33、34作同性相斥异性相吸的磁力位移控制，即可达到以单层作六个自由度的运动；另于固定底座20的另一Y平面及X平面上各装设有位移感测器35、36、37、38及Z平面上装设位移感测器35、36、37、38及Z平面上分别装设一对位移感测器，而以非接触式的方式感测工作平台22于各平面的位置，并由各平面上每一对位移感测器测量的差异，计算各轴向的旋转角度，再将测量位置与计算后的角度讯号回馈到各电磁力致动模组，以达到六个自由度的高线性度与高精度的精密定位平台，进而达到纳米级定位的需求。此外，本实用新型是以六自由度为最佳实施例的说明，致于六自由度以下也可于本实用新型中依据设计排列设置电磁力致动模组及位移感测器，而可轻易获得，仍属于本实用新型的保护范围。

籍此，本实用新型利用气静压轴承与电磁力致动模组的控制，在单层的结构中，达到六自由度的运动微调控制，且气静压轴承排出气体的同时，带走电磁力致动模组的发热，而不需额外的冷却系统，进而达到高精度且多自由度的需求。

综上所述，本实用新型为一深具实用性及进步性的设计，未见有相同的产品及刊物公开，符合申请条件，现依法提出申请。

Claims

1、一种单层多自由度气静压纳米定位平台，其特征是：其主要是于固定底座上以气静压轴承装设一工作平台，并于固定底座与工作平台相对的任意三个非平行面的平面上装设位移感测器。

2、如权利要求1所述的单层多自由度气静压纳米定位平台，其特征是：该任意三个非平行面的平面上分别装设有一对电磁力致动模组。

3、如权利要求1所述的单层多自由度气静压纳米定位平台，其特征是：该任意三个非平面的平面上分别以3∶2∶1的方式排列装设电磁力致动模组。

4、如权利要求1所述的单层多自由度气静压纳米定位平台，其特征是：该任意三个非平行面的平面上的位移感测器是非接触式位移感测器。

5、如权利要求1所述的单层多自由度气静压纳米定位平台，其特征是：该任意三个非平行面的平面上分别装设有一对位移感测器。

6、如权利要求1所述的单层多自由度气静压纳米定位平台，其特征是：该任意三个非平行面的平面上分别以3∶2∶1的方式排列装设位移感测器。