一种串联式超高加速度超精密定位二维平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种串联式超高加速度超精密定位二维平台，包括底座，底座上安装有能够沿X轴方向与Y轴方向运动的宏微XY定位平台，宏微XY定位平台的四边上通过连接架安装有结构相同的X轴第一电机、X轴第二电机、Y轴第一电机，以及Y轴第二电机；其中，X轴第一电机与X轴第二电机同轴设置，进行X轴方向加速定位运动，Y轴第一电机与Y轴第二电机同轴设置，进行Y轴方向加速定位运动；X轴第一电机、X轴第二电机、Y轴第一电机，以及Y轴第二电机的底端均与底座固定连接，实现了在X和Y轴方向加速和长行程的同时，通过补偿定位平台中的压电致动器补偿电机误差，最终实现超高加速、长行程和超精密定位的二维运动。
【专利说明】
一种串联式超高加速度超精密定位二维平台
【技术领域】
:
[0001]本实用新型涉及一种平台，尤其涉及一种串联式超高加速度超精密定位二维平台。
【背景技术】
[0002]随着超精密加工，微电子制造等精密工程的快速发展，大行程超精密定位作为定位关键设备的重要性已日益凸显，特别是在光刻，键合等微电子领域中，设备需要做高速状态下进行的平台精确定位运动。目前，定位平台高速运动已经发展到极限，这制约了定位平台生产效率的提高。在满足预定精度的条件下，提高平台速度和加速度，缩短机械加工时间，有效的提闻生广效率是定位平台发展的方向。
[0003]目前国内的高速精密的定位主要是直线电机与压电驱动器等来完成，这些定位虽然对于速度有了一定的提高，但是加速度会受到限制；通过串联式将两个音圈电机与定位平台连接起来，突破速度的限制，实现超高加速度，这对于现代化的微电子制造领域的应用具有一定的应用意义。
实用新型内容
[0004]针对上述缺陷或不足，本实用新型提供了一种串联式超高加速度超精密定位二维平台，该精密定位二维平台解决了现有技术无法突破更高加速的精密定位问题。
[0005]为达到以上目的，本实用新型的技术方案为:
[0006]包括底座，底座上安装有能够沿X轴方向与Y轴方向运动的宏微XY定位平台，宏微XY定位平台的四边上通过连接架安装有结构相同的X轴第一电机、X轴第二电机、Y轴第一电机，以及Y轴第二电机；其中，X轴第一电机与X轴第二电机同轴设置，进行X轴方向加速定位运动，Y轴第一电机与Y轴第二电机同轴设置，进行Y轴方向加速定位运动；x轴第一电机、X轴第二电机、Y轴第一电机，以及Y轴第二电机的底端均与底座固定连接。
[0007]所述宏微XY定位平台包括:宏动X平台以及宏动Y平台，其中，宏动X平台的两边安装有X轴第一交叉导轨和X轴第三交叉导轨，宏动Y平台的两边安装有X轴第二交叉导轨和X轴第四交叉导轨，X轴第一交叉导轨与X轴第二交叉导轨相配合，X轴第三交叉导轨与X轴第四交叉导轨相配合。
[0008]所述宏动X平台的两边安装有Y轴第一滑块导轨和Y轴第二滑块导轨，Y轴第一滑块导轨上安装有Y轴第一滑块，Y轴第二滑块导轨上安装有Y轴第二滑块，Y轴第一滑块导轨和Y轴第二滑块导轨与X轴第一交叉导轨平行设置；χ平台的两边还设置有X轴第一光栅尺和X轴第二光栅尺；宏动X平台的下表面两边设置有Y轴第一光栅尺和Y轴第二光栅尺，且Y轴第一光栅尺和Y轴第二光栅尺与X轴第一交叉导轨垂直设置。
[0009]所述宏动X平台的底部设置有与底座固定的宏微XY平台底座，宏微XY平台底座上安装有与Y轴第一光栅尺相配合的Y轴第一光栅尺读数头，以及与Y轴第二光栅尺相配合的Y轴第二光栅尺读数头。
[0010]所述宏微XY平台底座两边安装有Y轴第一交叉导轨和Y轴第三交叉导轨，宏动X平台的底端安装有与Y轴第一交叉导轨相配合的Y轴第二交叉导轨，以及与Y轴第三交叉导轨相配合的Y轴第四交叉导轨。
[0011 ] 所述宏动Y平台的两边上安装有X轴第一滑块导轨和X轴第二滑块导轨，X轴第一滑块导轨上安装有X轴第一滑块，X轴第二滑块导轨上安装有X轴第二滑块，X轴第一滑块导轨和X轴第二滑块导轨与Y轴第一交叉导轨垂直设置；宏动Y平台的另外两边上固定安装有X轴第一光栅尺相配合的X轴第一光栅尺读头，以及与X轴第二光栅尺相配合的X轴第二光栅尺读头。
[0012]所述宏动Y平台的中心安装有微动XY平台，宏动Y平台通过微动X压电驱动和微动Y压电驱动与微动XY平台连接。
[0013]所述X轴第一电机包括音圈电机以及固定连接于底座上的音圈电机底板,音圈电机的底部安装有音圈电机滑块，音圈电机底板上安装有音圈电机滑块导轨，音圈电机滑块安装于音圈电机滑块导轨上。
[0014]所述音圈电机上安装有用于吸收和缓解在X轴和Y轴方向加速度运动残留的振动的减振器。
[0015]所述减振器包括固定器、浮动器，以及导轴，其中，固定器固定安装于音圈电机底板上，导轴穿过固定器后固定安装于固定器上，导轴的一端套设有第一挡片、第一弹簧和第二挡片，导轴的另一端套设有第三挡片、第二弹簧和第四挡片；浮动器为U型结构，浮动器的两端开设有导轴孔，导轴安装于导轴孔中。
[0016]与现有技术比较，本实用新型的有效果为:
[0017]本实用新型提供一种串联式超高加速度超精密定位二维平台，X轴第一电机与X轴第一连接架串联紧固连接，X轴第二电机与X轴第二连接架串联紧固连接，所述X轴第一连接架和所述X轴第二连接架均与宏微XY定位平台在X方向上串联连接，Y轴第一电机与Y轴第一连接架串联紧固连接，Y轴第二电机与Y轴第二连接架串联紧固连接，所述Y轴第一连接架和所述Y轴第二连接架均与宏微XY定位平台在Y方向上串联连接，Y轴第二电机通过Y轴第二连接架与宏微XY定位平台在Y方向上串联连接，且运动机构与减振装置紧固连接，实现定位平台加速度成倍的增加。
[0018]进一步的，在X和Y轴方向第一电机和第二电机实现超高加速和长行程的同时，通过补偿定位平台中的压电致动器补偿第一电机和第二电机的误差，同时通过减振装置来消除第一电机和第二电机在运动过程中的振动，最终实现超高加速、长行程和超精密定位的二维运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本实用新型串联式超高速精密定位二维平台结构示意图；
[0021]图2为本实用新型实施例提供的宏微XY定位平台放大结构示意图；
[0022]图3为本实用新型实施例提供的宏微宏动Y平台放大结构示意图；
[0023]图4为本实用新型实施例提供的宏动X平台放大结构示意图；
[0024]图5为本实用新型实施例提供的XY平台底座的放大结构不意图；
[0025]图6为本实用新型实施例提供的宏动驱动放大结构示意图；
[0026]图7为本实用新型实施例提供的浮动器放大结构示意图；
[0027]图8为本实用新型实施例提供的固定器放大结构示意图。
[0028]图中，I为X轴第一电机，2为X轴第二电机,3为Y轴第一电机,4为Y轴第二电机，5为X轴第一连接架，6为X轴第二连接架，7为Y轴第一连接架，8为Y轴第二连接架，9为第一底板，10为第二底板，11为宏微XY定位平台，12为底座，13为宏微XY平台底座，14为宏动X平台，15为宏动Y平台，16为微动X压电驱动，17为微动Y压电驱动，18为X轴第一滑块，19为X轴第一滑块导轨，20为载物安装螺纹孔，21为X轴第一光栅尺读头，22为微动XY平台，23为X轴第二光栅尺读头，24为X轴第二滑块导轨，25为X轴第二滑块，26为Y轴第一光栅尺，27为Y轴第一滑块导轨，28为Y轴第一滑块，29为X轴第一光栅尺，30-1为X轴第一交叉导轨，30-2为X轴第三交叉导轨，31为Y轴第二滑块导轨，32为Y轴第二滑块，33-1为X轴第二交叉导轨，33-2为X轴第四交叉导轨，34为X轴第二光栅尺，35为Y轴第二光栅尺，36-1为Y轴第一交叉导轨，36-2为Y轴第三交叉导轨，37为Y轴第一光栅尺读数头，38为Y轴第二光栅尺读头，39-1为Y轴第二交叉导轨，39-2为Y轴第四交叉导轨，40音圈电机底板，41为音圈电机滑块导轨,42为音圈电机滑块,43为音圈电机,44为减振器，45为浮动器,46为导轴孔,47为导轴,48为第一挡片,49为第一弹簧，50为第二挡片，51为固定孔，52为第三挡片，53为第二弹簧，54为第四挡片，55为固定器。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0030]如图1、2所示，本实用新型提供了一种串联式超高加速度超精密定位二维平台，包括底座12，底座12上安装有能够沿X轴方向与Y轴方向运动的宏微XY定位平台11，宏微XY定位平台11的四边上通过连接架安装有结构相同的X轴第一电机1、X轴第二电机2、
Y轴第一电机3，以及Y轴第二电机4，具体的，X轴第一电机I上安装有X轴第一连接架5，X轴第二电机2上安装有X轴第二连接架6，Y轴第一电机3上安装有Y轴第一连接架7，Y轴第二电机4上安装有Y轴第二连接架8 ；Y轴第一电机3通过第一底板9与底座12紧固连接，Y轴第二电机4通过第二底板10与底座12紧固连接；其中，X轴第一电机I与X轴第二电机2同轴设置,进行X轴方向加速定位运动，Y轴第一电机3与Y轴第二电机4同轴设置，进行Y轴方向加速定位运动；Χ轴第一电机1、Χ轴第二电机2、Υ轴第一电机3,以及Y轴第二电机4的底端均与底座12固定连接，本实用新型中底座12采用大理石底座。所述X轴第一电机I和所述X轴第二电机2通过串联驱动所述宏微XY定位平台11在X方向进行超高加速定位运动；所述Y轴第一电机3和所述Y轴第二电机4通过串联驱动所述宏微XY定位平台11在Y方向进行超高加速定位运动。
[0031]如图2、3、4所示，所述宏微XY定位平台11包括:宏动X平台14以及宏动Y平台15，其中，宏动X平台14的两边安装有X轴第一交叉导轨30-1和X轴第三交叉导轨30-2，宏动Y平台15的两边安装有X轴第二交叉导轨33-1和X轴第四交叉导轨33-2，X轴第一交叉导轨30-1与X轴第二交叉导轨33-1相配合，X轴第三交叉导轨30-2与X轴第四交叉导轨33-2相配合，宏动X平台14的两边安装有Y轴第一滑块导轨27和Y轴第二滑块导轨31，Y轴第一滑块导轨27上安装有Y轴第一滑块28，Y轴第二滑块导轨31上安装有Y轴第二滑块32，Y轴第一滑块导轨27和Y轴第二滑块导轨31与X轴第一交叉导轨30_1平行设置；X平台14的两边还设置有X轴第一光栅尺29和X轴第二光栅尺34 ;宏动X平台14的下表面两边设置有Y轴第一光栅尺26和Y轴第二光栅尺35，且Y轴第一光栅尺26和Y轴第二光栅尺35与X轴第一交叉导轨30-1垂直设置。宏微XY平台底座13两边安装有Y轴第一交叉导轨36-1和Y轴第三交叉导轨36-2，宏动X平台14的底端安装有与Y轴第一交叉导轨36-1相配合的Y轴第二交叉导轨39-1，以及与Y轴第三交叉导轨36-2相配合的Y轴第四交叉导轨39-2。
[0032]如图4、5所示，宏动X平台14的底部设置有与底座12固定的宏微XY平台底座13，所述宏动Y平台15的两边上安装有X轴第一滑块导轨19和X轴第二滑块导轨24，X轴第一滑块导轨19上安装有X轴第一滑块18，X轴第二滑块导轨24上安装有X轴第二滑块25，X轴第一滑块导轨19和X轴第二滑块导轨24与Y轴第一交叉导轨36-1垂直设置；宏动Y平台15的另外两边上固定安装有X轴第一光栅尺29相配合的X轴第一光栅尺读头21，以及与X轴第二光栅尺34相配合的X轴第二光栅尺读头23，宏微XY平台底座13上安装有与
Y轴第一光栅尺26相配合的Y轴第一光栅尺读数头37，以及与Y轴第二光栅尺35相配合的Y轴第二光栅尺读数头38。X轴第一光栅尺读头21通过读取X轴第一光栅尺29获得X方向的微米级定位，X轴第二光栅尺读头23通过读取X轴第二光栅尺34获得纳米级定位误差，微动X压电驱动16根据纳米级误差在X方向进行定位误差补偿和超精密定位。Y轴第一光栅尺读头37通过读取Y轴第一光栅尺26获得Y方向的微米级定位，Y轴第二光栅尺读头38通过读取Y轴第二光栅尺35获得纳米级定位误差，微动Y压电驱动17根据纳米级误差在Y方向进行定位误差补偿和超精密定位。
[0033]进一步的，如图2所示，本实用新型的宏动Y平台15的中心安装有微动XY平台22，宏动Y平台15通过微动X压电驱动16和微动Y压电驱动17与微动XY平台22连接，进行精度补偿和超精密定位，微动XY平台22上开设有用于安装载物的载物安装螺纹孔。
[0034]如图6所不,X轴第一电机I包括音圈电机43以及固定连接于底座12上的音圈电机底板40，音圈电机43的底部安装有音圈电机滑块42，音圈电机底板40上安装有音圈电机滑块导轨41，音圈电机滑块42安装于音圈电机滑块导轨41上，音圈电机43上安装有用于吸收和缓解在X轴和Y轴方向加速度运动残留的振动的减振器44，具体的，减振器44包括固定器55、浮动器45,以及导轴47,其中，固定器55固定安装于音圈电机底板40上,导轴47穿过固定器55后通过固定孔51以及螺钉固定安装于固定器55上，导轴47的一端套设有第一挡片48、第一弹簧49和第二挡片50，导轴47的另一端套设有第三挡片52、第二弹簧53和第四挡片54 ;浮动器45为U型结构，浮动器45的两端开设有导轴孔46，导轴47安装于导轴孔46中。
[0035]本实用新型的工作过程为:
[0036]X轴第一电机I和X轴第二电机2通过串联驱动宏微XY定位平台11实现X轴方向上超高加速度微米定位，Y轴第一电机3和Y轴第二电机4通过串联驱动宏微XY定位平台11实现Y轴方向上超高加速度微米定位。宏动Y平台15的中心安装有微动XY平台22，宏动Y平台15通过微动X压电驱动16和微动Y压电驱动17驱动微动XY平台22，进行精度补偿和超精密定位。X轴第一光栅尺读头21通过读取X轴第一光栅尺29获得X方向的微米级定位，X轴第二光栅尺读头23通过读取X轴第二光栅尺34获得纳米级定位误差，微动X压电驱动16根据纳米级误差在X方向进行定位误差补偿和超精密定位。Y轴第一光栅尺读头37通过读取Y轴第一光栅尺26获得Y方向的微米级定位，Y轴第二光栅尺读头38通过读取Y轴第二光栅尺35获得纳米级定位误差，微动Y压电驱动17根据纳米级误差在Y方向进行定位误差补偿和超精密定位。X轴第一电机I包括音圈电机43以及固定连接于底座12上的音圈电机底板40，音圈电机43的底部安装有音圈电机滑块42，音圈电机底板40上安装有音圈电机滑块导轨41，音圈电机滑块42安装于音圈电机滑块导轨41上，音圈电机43上安装有用于吸收和缓解在X轴和Y轴方向加速度运动残留的振动的减振器44，
[0037]X轴第一电机I上安装有X轴第一连接架5，X轴第二电机2上安装有X轴第二连接架6，Y轴第一电机3上安装有Y轴第一连接架7，Y轴第二电机4上安装有Y轴第二连接架8 ;Y轴第一电机3通过第一底板9与底座12紧固连接，Y轴第二电机4通过第二底板10与底座12紧固连接；其中，X轴第一电机I与X轴第二电机2同轴设置，进行X轴方向加速定位运动，Y轴第一电机3与Y轴第二电机4同轴设置,进行Y轴方向加速定位运动；Χ轴第一电机1、Χ轴第二电机2、Υ轴第一电机3,以及Y轴第二电机4的底端均与底座12固定连接。宏动Y平台15的另外两边上固定安装有X轴第一光栅尺29相配合的X轴第一光栅尺读头21，以及与X轴第二光栅尺34相配合的X轴第二光栅尺读头23，宏微XY平台底座13上安装有与Y轴第一光栅尺26相配合的Y轴第一光栅尺读数头37，以及与Y轴第二光栅尺35相配合的Y轴第二光栅尺读数头38。X轴第一电机I上安装有X轴第一连接架5，X轴第二电机2上安装有X轴第二连接架6，Y轴第一电机3上安装有Y轴第一连接架7，Y轴第二电机4上安装有Y轴第二连接架8 ;减振器44包括固定器55、浮动器45，以及导轴47,其中，固定器55固定安装于音圈电机底板40上，导轴47穿过固定器55后通过固定孔51以及螺钉固定安装于固定器55上，导轴47的一端套设有第一挡片48、第一弹簧49和第二挡片50，导轴47的另一端套设有第三挡片52、第二弹簧53和第四挡片54 ;浮动器45为U型结构，浮动器45的两端开设有导轴孔46，导轴47安装于导轴孔46中。
[0038]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，包括底座(12)，底座(12)上安装有能够沿X轴方向与Y轴方向运动的宏微XY定位平台(11)，宏微XY定位平台(11)的四边上通过连接架安装有结构相同的X轴第一电机(I)、x轴第二电机(2)、Y轴第一电机(3),以及Y轴第二电机⑷；其中，X轴第一电机⑴与X轴第二电机⑵同轴设置，进行X轴方向加速定位运动，Y轴第一电机(3)与Y轴第二电机(4)同轴设置,进行Y轴方向加速定位运动；X轴第一电机(I) >X轴第二电机(2)、Y轴第一电机(3),以及Y轴第二电机(4)的底端均与底座(12)固定连接。
2.根据权利要求1所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述宏微XY定位平台(11)包括:宏动X平台(14)以及宏动Y平台(15)，其中，宏动X平台(14)的两边安装有X轴第一交叉导轨(30-1)和X轴第三交叉导轨(30-2)，宏动Y平台(15)的两边安装有X轴第二交叉导轨(33-1)和X轴第四交叉导轨(33-2)，X轴第一交叉导轨(30_1)与X轴第二交叉导轨(33-1)相配合，X轴第三交叉导轨(30-2)与X轴第四交叉导轨(33-2)相配合。
3.根据权利要求2所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述宏动X平台(14)的两边安装有Y轴第一滑块导轨(27)和Y轴第二滑块导轨(31)，Y轴第一滑块导轨(27)上安装有Y轴第一滑块(28)，Y轴第二滑块导轨(31)上安装有Y轴第二滑块(32)，Y轴第一滑块导轨(27)和Y轴第二滑块导轨(31)与X轴第一交叉导轨(30_1)平行设置；Χ平台(14)的两边还设置有X轴第一光栅尺(29)和X轴第二光栅尺(34);宏动X平台(14)的下表面两边设置有Y轴第一光栅尺(26)和Y轴第二光栅尺(35)，且Y轴第一光栅尺(26)和Y轴第二光栅尺(35)与X轴第一交叉导轨(30-1)垂直设置。
4.根据权利要求2所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述宏动X平台(14)的底部设置有与底座(12)固定的宏微XY平台底座(13)，宏微XY平台底座(13)上安装有与Y轴第一光栅尺(26)相配合的Y轴第一光栅尺读数头(37)，以及与Y轴第二光栅尺(35)相配合的Y轴第二光栅尺读数头(38)。
5.根据权利要求4所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述宏微XY平台底座(13)两边安装有Y轴第一交叉导轨(36-1)和Y轴第三交叉导轨(36-2)，宏动X平台(14)的底端安装有与Y轴第一交叉导轨(36-1)相配合的Y轴第二交叉导轨(39-1)，以及与Y轴第三交叉导轨(36-2)相配合的Y轴第四交叉导轨(39-2)。
6.根据权利要求5所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述宏动Y平台(15)的两边上安装有X轴第一滑块导轨(19)和X轴第二滑块导轨(24)，X轴第一滑块导轨(19)上安装有X轴第一滑块(18)，X轴第二滑块导轨(24)上安装有X轴第二滑块(25)，Χ轴第一滑块导轨(19)和X轴第二滑块导轨(24)与Y轴第一交叉导轨(36_1)垂直设置；宏动Y平台(15)的另外两边上固定安装有X轴第一光栅尺(29)相配合的X轴第一光栅尺读头(21)，以及与X轴第二光栅尺(34)相配合的X轴第二光栅尺读头(23)。
7.根据权利要求1或5所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述宏动Y平台(15)的中心安装有微动XY平台(22)，宏动Y平台(15)通过微动X压电驱动(16)和微动Y压电驱动(17)与微动XY平台(22)连接。
8.根据权利要求1所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述X轴第一电机(I)包括音圈电机43以及固定连接于底座(12)上的音圈电机底板(40),音圈电机43的底部安装有音圈电机滑块(42)，音圈电机底板(40)上安装有音圈电机滑块导轨(41)，音圈电机滑块(42)安装于音圈电机滑块导轨(41)上。
9.根据权利要求8所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述音圈电机(43)上安装有用于吸收和缓解在X轴和Y轴方向加速度运动残留的振动的减振器(44)ο
10.根据权利要求9所述的串联式超高加速度超精密定位二维平台，其特征在于，所述减振器44包括固定器(55)、浮动器(45),以及导轴(47),其中，固定器(55)固定安装于音圈电机底板(40)上，导轴(47)穿过固定器(55)后固定安装于固定器(55)上，导轴(47)的一端套设有第一挡片(48)、第一弹簧(49)和第二挡片(50)，导轴(47)的另一端套设有第三挡片(52)、第二弹簧(53)和第四挡片(54);浮动器(45)为U型结构，浮动器(45)的两端开设有导轴孔(46)，导轴(47)安装于导轴孔(46)中。
【文档编号】F16M11/18GK203927275SQ201420288676
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】张璐凡, 张进华, 方记文, 吕杭原, 念龙生, 王勉 申请人:西安交通大学