DE102019101953B3 - Flexible mechanism - Google Patents
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Abstract
Ein flexibler Mechanismus gemäß der Erfindung umfasst: eine Basis; einen ersten Sockelkörper, der von der Basis getrennt angeordnet ist und relativ zur Basis in einer ersten axialen Richtung verschiebbar ist; mehrere erste flexible Einheiten, die zwischen der Basis und dem ersten Sockelkörper überbrückend angeordnet sind, wobei alle ersten flexiblen Einheiten in der ersten axialen Richtung eine Flexibilität aufweisen; einen Querbalken, der auf der Basis vorgesehen und vom ersten Sockelkörper getrennt angeordnet ist; einen zweiten Sockelkörper, der gleitbar auf dem Querbalken angeordnet und relativ zum Querbalken in einer zweiten axialen Richtung verschiebbar ist; und mehrere zweite flexible Einheiten, die zwischen dem ersten Sockelkörper und dem zweiten Sockelkörper überbrückend angeordnet sind, wobei alle zweiten flexiblen Einheiten in der zweiten axialen Richtung eine Flexibilität aufweisen.A flexible mechanism according to the invention comprises: a base; a first base body, which is arranged separately from the base and is displaceable in a first axial direction relative to the base; a plurality of first flexible units bridging between the base and the first base body, all of the first flexible units having flexibility in the first axial direction; a crossbar provided on the base and arranged separately from the first base body; a second base body which is slidably arranged on the crossbar and is displaceable relative to the crossbar in a second axial direction; and a plurality of second flexible units that are bridged between the first base body and the second base body, wherein all second flexible units have flexibility in the second axial direction.
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungsplattform und insbesondere einen flexiblen Mechanismus, der für Präzisionspositionierplattformen mit kurzem Hub verwendet werden kann, um die Bewegungsgenauigkeit zu verbessern und die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.The present invention relates to a motion platform and, more particularly, to a flexible mechanism that can be used for short-stroke precision positioning platforms to improve motion accuracy and increase response speed.
Stand der TechnikState of the art
Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie im Nanometerbereich sind für die Halbleiterhersteller Geräte mit hoher Präzision und hoher Reaktionsgeschwindigkeit das Ziel kontinuierlicher technologischer Forschung und Entwicklung geworden. Zwar kann eine Bewegungsplattform, die weit verbreitet als Bestandteil der Erfassungseinheit eingesetzt wird, eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit bieten, allerdings bereitet es aufgrund der Trägheit Schwierigkeiten, ein sich bewegendes Objekt in einer sehr kurzen Zeit in einer genauen Position anzuhalten. In der Regel gilt: Je höher die Bewegungsgeschwindigkeit eines Gegenstands ist, desto stärker ist die Schwankung, bevor er vollständig zum Anhalten gebracht wird, und desto länger ist die erforderliche Einschwingzeit, sodass es nicht einfach ist, ihn schnell an einer genauen Position zu positionieren.With the development of semiconductor technology in the nanometer range, devices with high precision and high reaction speed have become the goal of continuous technological research and development for semiconductor manufacturers. Although a movement platform, which is widely used as a component of the detection unit, can offer a high movement speed, inertia makes it difficult to stop a moving object in a precise position in a very short time. As a rule, the higher the speed of movement of an object, the greater the fluctuation before it is brought to a complete stop, and the longer the required settling time, so that it is not easy to position it quickly at a precise position.
Um das durch Trägheit verursachte Problem des schwierigen Einschwingens der Bewegungsobjekte zu lösen, werden im Stand der Technik die nach der Verschiebung erzeugten Bewegungsfehler durch einen flexiblen Mechanismus kompensiert, um die Einschwingzeit zu verkürzen und die Präzision zu erhöhen. Durch diese herkömmliche Technik kann ein Ausgleich für die Bewegungspositionsfehler von Bewegungsobjekten bereitgestellt werden. Um jedoch die Genauigkeit des flexiblen Mechanismus sicherzustellen, sind alle Komponenten des herkömmlichen flexiblen Mechanismus zur Bereitstellung von Flexibilität einstückig ausgebildet, wodurch die Herstellung des herkömmlichen flexiblen Mechanismus erschwert wird. Wenn eine elastische Ermüdung an einer lokalen Stelle auftritt und eine Wartung erforderlich wird, kann beim herkömmlichen flexiblen Mechanismus aufgrund seines einstückigen Aufbaus nur der gesamte Mechanismus entfernt und ersetzt werden, sodass Ressourcen nicht effektiv genutzt werden können.In order to solve the problem of the difficult movement of the moving objects caused by inertia, the movement errors generated after the displacement are compensated in the prior art by a flexible mechanism in order to shorten the settling time and to increase the precision. This conventional technique can provide compensation for the movement position errors of moving objects. However, in order to ensure the accuracy of the flexible mechanism, all of the components of the conventional flexible mechanism for providing flexibility are integrally formed, making the conventional flexible mechanism difficult to manufacture. In the conventional flexible mechanism, when elastic fatigue occurs at a local site and maintenance is required, only the entire mechanism can be removed and replaced due to its one-piece construction, so that resources cannot be used effectively.
Ferner wird beim Betrieb der herkömmlichen Bewegungsplattform die für die Verschiebung der Bewegungsplattform erforderliche Leistung durch einen Motor bereitgestellt, sodass die Bewegungsplattform auf den dafür vorgesehenen Führungsschienen hin und her verschoben werden kann. Die Verschiebung der Bewegungsplattform entlang der X-Achse und der Y-Achse wird durch Stapeln zweier unterschiedlicher Axialmotoren erreicht. Der unten befindliche Motor muss jedoch das Gewicht des anderen Motors tragen, sodass der erstgenannte Motor im Betrieb leicht durch übermäßige Belastung beschädigt werden kann, was sich auf die Lebensdauer des Motors negativ auswirkt.Furthermore, during operation of the conventional movement platform, the power required for moving the movement platform is provided by a motor, so that the movement platform can be moved back and forth on the guide rails provided for this purpose. The displacement of the movement platform along the X-axis and the Y-axis is achieved by stacking two different axial motors. However, the motor below must bear the weight of the other motor, so that the former motor can easily be damaged by excessive stress during operation, which has a negative effect on the life of the motor.
Um die Bewegungsplattform direkt antreiben zu können, ist der herkömmliche Motor in der Regel an einer Position neben den durch den Motor bewegten Komponenten angeordnet, sodass der herkömmliche Motor tief in der Bewegungsplattform verborgen ist und von anderen Komponenten verdeckt wird. Daher wird die durch den Betrieb des Motors erzeugte Wärme am Austreten gehindert und kann nicht gut abgeleitet werden, was die Betriebseffizienz des Motors beeinträchtigt.In order to be able to drive the movement platform directly, the conventional motor is usually arranged at a position next to the components moved by the motor, so that the conventional motor is hidden deep in the movement platform and is covered by other components. Therefore, the heat generated by the operation of the engine is prevented from escaping and cannot be dissipated well, which affects the operational efficiency of the engine.
Beispielsweise wird ein konventioneller flexibler Mechanismus und eine den flexiblen Mechanismus aufweisenden Portaleinrichtung in der Druckschrift
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen flexiblen Mechanismus bereitzustellen, der aus mehreren trennbaren separaten flexiblen Einheiten besteht und leicht hergestellt, zusammengebaut und repariert werden kann.It is an object of the present invention to provide a flexible mechanism which consists of several separable separate flexible units and which can be easily manufactured, assembled and repaired.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen flexiblen Mechanismus bereitzustellen, bei dem das Gewicht einer Antriebseinheit von einem Querbalken getragen wird, um zu verhindern, dass die andere Antriebseinheit durch übermäßige Belastung beschädigt wird.It is another object of the present invention to provide a flexible mechanism in which the weight of one drive unit is supported by a crossbar to prevent the other drive unit from being damaged by excessive stress.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung einen flexiblen Mechanismus bereit, umfassend: eine Basis; einen ersten Sockelkörper, der von der Basis getrennt angeordnet ist und relativ zur Basis in einer ersten axialen Richtung verschiebbar ist; mehrere erste flexible Einheiten, die zwischen der Basis und dem ersten Sockelkörper überbrückend angeordnet sind, wobei alle ersten flexiblen Einheiten in der ersten axialen Richtung eine Flexibilität aufweisen; einen Querbalken, der auf der Basis vorgesehen und vom ersten Sockelkörper getrennt angeordnet ist; einen zweiten Sockelkörper, der gleitbar auf dem Querbalken angeordnet und relativ zum Querbalken in einer zweiten axialen Richtung verschiebbar ist; und mehrere zweite flexible Einheiten, die zwischen dem ersten Sockelkörper und dem zweiten Sockelkörper überbrückend angeordnet sind, wobei alle zweiten flexiblen Einheiten in der zweiten axialen Richtung eine Flexibilität aufweisen.To achieve the above objects, the present invention provides a flexible mechanism comprising: a base; a first base body, which is arranged separately from the base and is displaceable relative to the base in a first axial direction; a plurality of first flexible units bridging between the base and the first base body, all of the first flexible units having flexibility in the first axial direction; a crossbar provided on the base and arranged separately from the first base body; a second base body which is slidably disposed on the crossbar and relative to the crossbar in a second is axially displaceable; and a plurality of second flexible units that are bridged between the first base body and the second base body, wherein all second flexible units have flexibility in the second axial direction.
Die erste und die zweite flexible Einheit sind jeweils in der ersten und der zweiten axialen Richtung mit Flexibilität versehen, was bedeutet, dass die erste und die zweite flexible Einheit aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung flexibel sind, wobei sie durch die Anordnung der Richtung und der Position oder durch die Änderung des Winkels in verschiedene Richtungen flexibel sind.The first and second flexible units are each provided with flexibility in the first and second axial directions, which means that the first and second flexible units are flexible due to their structural design, being by the arrangement of the direction and position or are flexible in different directions by changing the angle.
Hinsichtlich des konkreten technischen Inhalts umfasst jede erste flexible Einheit jeweils einen ersten Körper, der auf der Basis befestigt ist, einen zweiten Körper, der mit dem ersten Sockelkörper verbunden und vom jeweiligen ersten Körper getrennt angeordnet ist, und einen ersten flexiblen Abschnitt, der mit dem jeweiligen ersten Körper und dem jeweiligen zweiten Körper verbunden ist. Hierbei weist der jeweilige erste Körper ein offenes Ende auf, wobei sich der jeweilige erste flexible Abschnitt und der jeweilige zweite Körper im offenen Ende des jeweiligen ersten Körpers befinden, wobei der jeweilige erste flexible Abschnitt ein erstes Verbindungselement, ein erstes flexibles Element und zwei zweite flexible Elemente aufweist, wobei das jeweilige erste flexible Element zwischen dem jeweiligen ersten Verbindungselement und der äußeren Wandfläche des jeweiligen zweiten Körpers überbrückend angeordnet ist, wobei das jeweilige zweite flexible Element jeweils zwischen der inneren Wandfläche des offenen Endes des jeweiligen ersten Körpers und dem jeweiligen ersten Verbindungselement überbrückend angeordnet ist. Somit können alle ersten flexiblen Einheiten in der ersten axialen Richtung eine Flexibilität aufweisen.With regard to the specific technical content, each first flexible unit comprises a first body which is fastened on the base, a second body which is connected to the first base body and is arranged separately from the respective first body, and a first flexible section which is connected to the respective first body and the respective second body is connected. The respective first body has an open end, the respective first flexible section and the respective second body being in the open end of the respective first body, the respective first flexible section comprising a first connecting element, a first flexible element and two second flexible elements Elements, wherein the respective first flexible element is arranged bridging between the respective first connecting element and the outer wall surface of the respective second body, wherein the respective second flexible element each bridging between the inner wall surface of the open end of the respective first body and the respective first connecting element is arranged. Thus, all of the first flexible units can have flexibility in the first axial direction.
Ferner umfasst jede zweite flexible Einheit jeweils einen dritten Körper, der auf dem ersten Sockelkörper befestigt ist, einen vierten Körper, der mit dem zweiten Sockelkörper verbunden und vom jeweiligen dritten Körper getrennt angeordnet ist, und einen zweiten flexiblen Abschnitt, der mit dem jeweiligen dritten Körper und dem jeweiligen vierten Körper verbunden ist. Hierbei weist der jeweilige dritte Körper ein offenes Ende auf, wobei sich der jeweilige zweite flexible Abschnitt und der jeweilige vierte Körper im offenen Ende des jeweiligen dritten Körpers befinden, wobei der jeweilige zweite flexible Abschnitt ein drittes Verbindungselement, ein drittes flexibles Element und zwei vierte flexible Elemente aufweist, wobei das jeweilige dritte flexible Element zwischen dem jeweiligen dritten Verbindungselement und der äußeren Wandfläche des jeweiligen vierten Körpers überbrückend angeordnet ist, wobei das jeweilige vierte flexible Element jeweils zwischen der inneren Wandfläche des offenen Endes des jeweiligen dritten Körpers und dem jeweiligen dritten Verbindungselement überbrückend angeordnet ist. Somit können alle zweiten flexiblen Einheiten in der zweiten axialen Richtung eine Flexibilität aufweisen.Furthermore, each second flexible unit comprises a third body, which is fixed on the first base body, a fourth body, which is connected to the second base body and is arranged separately from the respective third body, and a second flexible section, which is connected to the respective third body and is connected to the respective fourth body. Here, the respective third body has an open end, with the respective second flexible section and the respective fourth body being in the open end of the respective third body, the respective second flexible section having a third connecting element, a third flexible element and two fourth flexible elements Elements, wherein the respective third flexible element is arranged bridging between the respective third connecting element and the outer wall surface of the respective fourth body, wherein the respective fourth flexible element each bridging between the inner wall surface of the open end of the respective third body and the respective third connecting element is arranged. Thus, all of the second flexible units can have flexibility in the second axial direction.
Um zu ermöglichen, dass der flexible Mechanismus schnell nach einer Hochgeschwindigkeitsbewegung mit langem Hub in einer genauen Position positioniert wird, umfasst der flexible Mechanismus ferner eine erste Antriebseinheit, die zwischen der Basis und dem ersten Sockelkörper zum Antreiben des ersten Sockelkörpers angeordnet ist, und eine zweite Antriebseinheit, die zwischen dem Querbalken und dem zweiten Sockelkörper zum Antreiben des zweiten Sockelkörpers angeordnet ist. Durch die Kombination der obigen Komponenten können die ersten und die zweiten flexiblen Einheiten jeweils auf die erste und die zweite Antriebseinheit abgestimmt werden, wobei beim verschobenen flexiblen Mechanismus ein Ausgleich der Bewegungsfehler durchgeführt wird, um die Einschwingzeit zu reduzieren und die Produktionseffizienz zu verbessern.In order to allow the flexible mechanism to be positioned in an accurate position quickly after a high speed, long stroke movement, the flexible mechanism further includes a first drive unit disposed between the base and the first socket body for driving the first socket body, and a second Drive unit which is arranged between the crossbar and the second base body for driving the second base body. The combination of the above components enables the first and the second flexible units to be matched to the first and the second drive unit, the movement errors being compensated for in the displaced flexible mechanism in order to reduce the settling time and to improve production efficiency.
Da die zweite Antriebseinheit auf dem Querbalken angeordnet ist, was bedeutet, dass der Querbalken das Gewicht der zweiten Antriebseinheit trägt, wird die erste Antriebseinheit nicht vom Gewicht der zweiten Antriebseinheit belastet, um zu verhindern, dass die erste Antriebseinheit durch übermäßige Belastung beschädigt wird. Durch die Kombination des Querbalkens mit der Basis wird vermieden, dass die zweite Antriebseinheit von anderen Komponenten verdeckt wird, sodass die während des Betriebs erzeugte Wärme schnell abgeführt werden kann, wodurch der zweiten Antriebseinheit eine effektivere Wärmeableitung ermöglicht wird und somit sichergestellt ist, dass die durch Wärme hervorgerufene Beeinträchtigung der Betriebsleistung der zweiten Antriebseinheit minimiert wird. Im Einzelnen weist der Querbalken einen oberhalb der Basis befindlichen Balkenkörper und zwei sich jeweils von zwei Enden des Balkenkörpers bis zur Basis erstreckende Verbindungsabschnitte auf, sodass sich der erste Sockelkörper zwischen dem Balkenkörper und der Basis befindet.Since the second drive unit is located on the crossbar, which means that the crossbar bears the weight of the second drive unit, the first drive unit is not loaded by the weight of the second drive unit to prevent the first drive unit from being damaged by excessive loading. The combination of the crossbeam with the base prevents the second drive unit from being covered by other components, so that the heat generated during operation can be dissipated quickly, which enables the second drive unit to dissipate heat more effectively and thus ensures that the Heat-induced impairment of the operating performance of the second drive unit is minimized. Specifically, the crossbeam has a beam body located above the base and two connecting sections each extending from two ends of the beam body to the base, so that the first base body is located between the beam body and the base.
Um sicherzustellen, dass sich beim Betrieb des flexiblen Mechanismus die Komponenten nicht gegenseitig behindern, ist jeweils ein Zwischenraum zwischen dem jeweiligen Befestigungsabschnitt und der zweiten Antriebseinheit vorgesehen, um einen Spielraum zu haben, wenn der erste Sockelkörper und die damit zusammenhängenden Komponenten zur Betätigung durch die erste Antriebseinheit angetrieben werden. D. h. es wird eine reibungslose Betätigung gewährleistet und die Komponenten behindern sich gegenseitig nicht.In order to ensure that the components do not interfere with one another during operation of the flexible mechanism, a gap is provided in each case between the respective fastening section and the second drive unit in order to have a margin when the first base body and the associated components are actuated by the first Drive unit are driven. That is, smooth operation is guaranteed and the components do not interfere with each other.
Figurenliste Figure list
Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß1 , in der der zweite Sockelkörper nicht gezeigt ist; -
3 eine schematische perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß2 , in der der Querbalken und die zweiten flexiblen Einheiten nicht dargestellt sind; -
4 eine perspektivische Explosionsansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; -
5 eine Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels einer ersten flexiblen Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung; -
6 eine Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels einer zweiten flexiblen Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung; -
7 eine erste Querschnittansicht der Betätigung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß1 , die veranschaulicht, dass der erste Sockelkörper durch die erste Antriebseinheit angetrieben wird und alle mit dem ersten Sockelkörper verbundenen Komponenten zur Hin- und Herbewegung in der ersten axialen Richtung X mitbewegt werden; -
8 eine zweite Querschnittansicht der Betätigung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der weiteren Perspektive von1 , die veranschaulicht, dass der zweite Sockelkörper durch die zweite Antriebseinheit angetrieben wird und der Sockelkörper sowie die zweiten flexiblen Einheiten im Zusammenwirken miteinander in der zweiten axialen Richtung Y hin und herbewegt werden.
-
1 a perspective view of a first embodiment according to the present invention; -
2nd is a schematic perspective view of the first embodiment according to1 , in which the second base body is not shown; -
3rd is a schematic perspective view of the first embodiment according to2nd , in which the crossbar and the second flexible units are not shown; -
4th an exploded perspective view of the first embodiment according to the present invention; -
5 a plan view of the first embodiment of a first flexible unit according to the present invention; -
6 a plan view of the first embodiment of a second flexible unit according to the present invention; -
7 a first cross-sectional view of the actuation of thefirst embodiment 1 , which illustrates that the first base body is driven by the first drive unit and that all components connected to the first base body are moved for reciprocation in the first axial direction X; -
8th a second cross-sectional view of the actuation of the first embodiment according to the further perspective of1 , which illustrates that the second base body is driven by the second drive unit, and the base body and the second flexible units are reciprocally moved in the second axial direction Y.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments
Es wird auf
Jede erste flexible Einheit
Ferner sind die dritten Körper
Um zu ermöglichen, dass der flexible Mechanismus nach einer Hochgeschwindigkeitsbewegung mit langem Hub schnell in einer genauen Position positioniert wird, umfasst der flexible Mechanismus ferner eine erste Antriebseinheit
Die erste Antriebseinheit
Da die zweite Antriebseinheit
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der erste Sockelkörper
Ferner ist die Unterseite des zweiten Sockelkörpers
Um sicherzustellen, dass sich beim Betrieb des flexiblen Mechanismus die Komponenten nicht gegenseitig behindern, ist jeweils ein Zwischenraum W zwischen dem jeweiligen Befestigungsabschnitt
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