TWI476065B

TWI476065B - 共平面平台機構

Info

Publication number: TWI476065B
Application number: TW101140502A
Authority: TW
Inventors: Chih Liang Chu; Chao Ming Chang; Chin Tu Lu
Original assignee: Univ Southern Taiwan Sci & Tec
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2015-03-11
Also published as: TW201417937A

Description

共平面平台機構

本發明係有關於一種共平面平台機構，尤其是指一種具有高精度定位與移動機制的工作平台結構，主要藉以利用空氣軸承配合有效的鎖緊結構，以讓該平台具有同軸共點效能，相對降低阿貝誤差，有效達到上述優點者。

按，隨著高科技產業的發展，產製精度的要求也愈來愈高，於工具機、各種產業機械、量測儀器的高精度化，再加上超精密加工機、半導體製程裝置、電子資訊機器、原子力顯微鏡等機具的精度已經由微米、次微米到達微/奈米等級。載具平台是影響上述機具精度最主要的因素之一，而一般市面上常使用的定位載具平台多為堆疊式平台，由兩個一維平台所組合而成，以線性馬達為驅動源，利用線性滑軌引導其平台，並採用光學尺作回授控制，該類型的平台具有較長行程之定位能力。

此外，還有一種平台為共平面平台，它的X軸與Y軸同為一個平面上，該類型的平台常用於較短行程之定位，在定位精度上較堆疊式平台高，但價格相對於昂貴。就目前市面上以堆疊式平台的應用較為廣泛。

以堆疊式平台而言，在結構上本身就存在著高度的誤差，根據量測軸與驅動軸的設計方式不同也會造成阿貝誤差〔阿貝誤差原理為當工件量測的軸線與量具標準尺寸線相重合，或成一直線時即可獲得最高的精確度〕的產生，這些誤差都將會影響到最後定位之精度，並會使得所得到的數據之準確度下降。

今，發明人即是鑑於上述現有載具平台在實際實施上仍具有多處之缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種共平面平台機構，尤指一種具有高精度定位與移動機制的工作平台結構，主要藉以利用空氣軸承配合有效的鎖緊結構，以讓該平台具有同軸共點效能，相對降低阿貝誤差，有效達到上述優點者。

為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術，其係於一底板上設有一工作平台，且底板與工作平台間設有數個空氣軸承，再於工作平台的第一、第二方向分別設有移動裝置，其中，係設有一基台，於基台上設有一驅動機構，再驅動機構上對應組設一連桿件，於連桿件一端之座體內設有鎖緊座，且讓鎖緊座兩側分別對應設有空氣軸承，同時讓兩空氣軸承分別對應於工作平台及座體；藉以利用空氣軸承推動工作平台及降低工作平台與底板間的摩擦，提高工作平台整體之移動精度，且此工作平台具有同軸且共點之設計，能有效地降低阿貝誤差(Abbe Error)，使得此共平面平台具有定位精度高的功效者。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，其該連桿件上組設一側桿，該側桿兩端對應工作平台之凹槽處分別組設有連動單元，該連動單元為由一與工作平台組設的嵌座及一與側桿組設的連動塊所組成，且嵌座與連動塊結合定位者。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，其該鎖緊座與空氣軸承藉一連結塊而結合，以讓鎖緊座兩側分別對應鎖固連結塊，而連結塊上設有螺孔對應與空氣軸承鎖固結合。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，其該鎖緊座中設有一槽孔，於槽孔內對應置入壓電致動器，且鎖緊座槽孔的兩側具有ㄇ形切割槽，以讓壓電致動器作用時，藉以ㄇ形切割槽，而讓鎖緊座具有變形欲度，而能將空氣軸承定位，使其工作平台達到定位效果者。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，其該工作平台對應移動裝置的側邊設有凹槽，以讓空氣軸承對應嵌抵在凹槽內者。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，其於至少連動單元中組設有微調部，而該微調部為於嵌座與連動塊之間設有彈性件，且由連動塊處鎖入調整螺絲至嵌座，以藉由調整螺絲與彈性件，來對應調整空氣軸承與側桿間的距離者。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，其該基台上所設之驅動機構為一線性馬達驅動與連桿件結合的線性滑軌組，且連桿件上方設有一光學尺者。

如上所述之共平面平台機構在一實施例中，該基台上設有前、後光電遮斷器，以對應限制線性滑軌組的行進距離者。

如上所述之共平面平台機構具有兩點優點特色：其一為驅動軸與量測軸皆設計在同一直線上，可消除平台之阿貝誤差；其二為共平面設計使XY軸達成兩軸共點之目的，上述兩點設計皆能降低整個平台之誤差，並有效提升定位精度者。

(1)‧‧‧底板

(2)‧‧‧工作平台

(21)‧‧‧凹槽

(3)‧‧‧移動裝置

(31)‧‧‧基台

(311)‧‧‧前光電遮斷器

(312)‧‧‧後光電遮斷器

(32)‧‧‧驅動機構

(321)‧‧‧線性馬達

(322)‧‧‧線性滑軌組

(33)‧‧‧連桿件

(331)‧‧‧座體

(332)‧‧‧嵌入空間

(34)‧‧‧側桿

(35)‧‧‧連動單元

(351)‧‧‧嵌座

(352)‧‧‧連動塊

(36)‧‧‧鎖緊座

(360)‧‧‧槽孔

(3600)‧‧‧ㄇ形切割槽

(361)‧‧‧連結塊

(362)‧‧‧壓電致動器

(37)‧‧‧光學尺

(38)‧‧‧微調部

(381)‧‧‧彈性件

(382)‧‧‧調整螺絲

(A)‧‧‧空氣軸承

第一圖：本發明立體分解示意圖

第二圖：本發明組合外觀示意圖

第三圖：本發明鎖緊座與空氣軸承局部立體分解示意圖

第四圖：本發明使用狀態示意圖

第五圖：本發明空氣軸承定位示意圖

第六圖：本發明壓電致動器於鎖緊座之剖視示意圖

第七圖：本發明壓電致動器於鎖緊座內變形而讓空氣軸承定位之剖視示意圖

第八圖：本發明微調機構分解示意圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，請參閱第一~三圖所示，為本發明共平面平台機構較佳實施例之立體分解示意圖，其係於一底板(1)上設有一工作平台(2)，且底板(1)與工作平台(2)間設有數個空氣軸承(A)〔底板(1)與工作平台(2)間也可無置設空氣軸承，但其所產生之摩擦等影響因素較多〕，再於工作平台(2)的第一、第二方向分別設有移動裝置(3)，該移動裝置(3)主要包含有：一基台(31)，為對應連結於底板(1)一側；一驅動機構(32)，為對應架設於基台(31)上；進一步該驅動機構(32)為由一線性馬達(321)驅使帶動一線性滑軌組(322)；一連桿件(33)，為對應組裝驅動機構(32)上，其主要為鎖固於所述之線性滑軌組(322)上，而該連桿件(33)一端形成具有嵌入空間(332)的座體(331)；一側桿(34)，為對應組設於連桿件(33)之嵌入空間(332)內，該側桿(34)兩端對應工作平台(2)處分別組設有連動單元(35)，該連動單元(35)為由一與工作平台(2)組設的嵌座(351)及一與側桿(34)組設的連動塊(352)所組成，且嵌座(351)與連動塊(352)結合定位；一鎖緊座(36)，為對應設置在連桿件(33)座體(331)之嵌入空間(332)內且位於側桿(34)一側；二空氣軸承(A)，為對應組設於鎖緊座(36)之兩側，以讓兩空氣軸承(A)分別對應於工作平台(2)及側桿(34)者。

根據上述共平面平台機構之較佳實施例於實施使用時，請一併參閱第一~六圖所示，首先，當組裝時，該移動裝置(3)分別組設位於工作平台(2)的第一方向與第二方向，於第一方向與第二方向設有相對組設的凹槽(21)，即可對應驅使工作平台(2)呈X或Y軸方向位移；其係將移動裝置(3)之基台(31)對應驅動機構(32)，而驅動機構(32)主要由一線性馬達(321)驅使帶動連桿件(33)，而該連桿件(33)下對應組裝線性滑軌組(322)，而連桿件(33)之座體(331)內的嵌入空間(332)係對應組設一側桿(34)，該側桿(34)兩端對應工作平台(2)之凹槽處分別組設有連動單元(35)，該連動單元(35)為由一與工作平台(2)組設的嵌座(351) 及一與側桿(34)組設的連動塊(352)所組成，且嵌座(351)與連動塊(352)鎖合定位，接著，再於嵌入空間(332)內對應組設鎖緊座(36)，其鎖緊座(36)兩側分別對應組設空氣軸承(A)，當然，也可進一步於鎖緊座(36)兩側先對應組裝連結塊(361)，再經由連結塊(361)來結合空氣軸承(A)者。

當使用時，請參閱第二圖所示，利用驅動機構(32)之線性馬達(321)作為行程定位，同時在連桿件(33)上方設有一光學尺(37)，且基台(31)上設有前、後光電遮斷器(311)、(312)，以對應限制線性滑軌組(322)的行進距離；因此，當驅動位移時，藉由工作平台(2)底部採用諸多顆空氣軸承(A)來降低工作平台(2)與底板(1)間的摩擦，同時利用空氣軸承(A)在X或Y軸以不接觸無模的方式驅使工作平台位移〔如第四圖所示〕，相對提高工作平台之位移精度，因此，在工作平台具有同軸且共點之設計，能有效地降低阿貝誤差(Abbe Error)，使得此共平面平台的設計具有精準的定位效果。

接著，當在工作平台(2)位移過程，其空氣軸承(A)與側桿(34)間需保持適當距離，因此，藉以於至少連動單元(35)中組設有微調部(38)，請一併參閱第八圖所示，而該微調部(38)為於嵌座(351)與連動塊(352)之間設有彈性件(381)，且由連動塊(352)處鎖入調整螺絲(382) 至嵌座(351)，以藉由調整螺絲(382)與彈性件(381)，來對應調整空氣軸承(A)與側桿(34)間的距離者。

另外，請參閱第五~七圖所示，當該工作平台(2)移動到一特定位置後，須將其工作平台(2)定位，其係藉以在鎖緊座(36)中設有一槽孔(360)，於槽孔(360)內對應置入壓電致動器(362)，且鎖緊座(36)槽孔(360)的兩側具有ㄇ形切割槽(3600)，以讓壓電致動器(362)作用時，藉以ㄇ形切割槽(3600)讓鎖緊座(36)具有變形欲度，而能將空氣軸承(A)定位，使其工作平台(2)達到定位效果者。

由上述之共平面平台機構與實施說明可知，本發明具有以下優點：

1.本發明藉由工作平台底部採用諸多顆空氣軸承來降低平台與底板間的摩擦，同時利用空氣軸承在X或Y軸以不接觸無摩擦的方式驅使工作平台位移，相對提高工作平台之位移精度。

2.本發明為了使共平面平台能降低其誤差並提高精度，在X軸與Y軸上以同軸且共點為基礎之設計概念；同軸之定義為驅動軸與量測軸於一直線上，使其降低阿貝誤差，配合共點之設計能使平台整體之加工誤差更為減少。

綜上所述，本發明之共平面平台機構，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。