跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台。
【背景技术】
[0002]随着计算机科学及技术的飞速发展，半导体芯片制造的集成度不断提高，现有光刻技术由于自身固有的局限性已经无法满足高效率和高精密度的要求，因此，提出了纳米压印技术。但是在大面积压印技术应用中，要实现大行程或者超大行程、较高的运行速度和定位精度，目前高速条件下电气系统、机械系统等的惯性问题仍然难以解决；另一方面大行程或超大行程范围内机械系统的平面度、平行度等系统寄生误差必然会使纳米级定位精度的实现变得极为困难。
[0003]目前，业界普遍采用宏-微定位技术来实现高精度的定位，由宏动平台实现大行程、粗精度定位，由微动平台实现微行程、高精度的定位。但是由于大行程和高精度之间存在的矛盾，现有的宏动平台大多行程较小(<=300mm),本发明设计的直线电机直接驱动的H型机械结构的运动平台，采用串联机构设计思路，能够实现500_的大行程，同时具有高的运行速度和定位精度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有宏微两级定位平台的宏动台所存在的大行程和高定位精度不能同时兼顾的问题而发明一种基于直线电机直接驱动、H型串联结构的跨尺度二维运动平台，能够同时实现大行程、高速、高精度，且刚度高，承载能力大，有利于提高微纳领域的生产制造精度。
[0005]为达到上述目的，本发明的思路如下:
由于H型串联结构具有搭建方便、控制简单、刚性大、承载能力高等诸多优势，因此，本发明设计了基于H型串联结构的定位平台；要实现大行程或超大行程，传统的伺服电机加滚珠丝杠驱动难以满足要求，因此选用直线电机直接驱动，能实现大的推重比，行程不受限制，且省去中间传动环节造成的传动误差；速度的提高会带来平台的微振动，本发明采用大理石材料作为平台，具有较好的平面特性、抗振性和较小的热膨胀系数等优点。
[0006]基于以上思路，本发明采用如下技术方案:
一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台，包括一个上层Y向工作台、一个下层X向双边驱动工作台、大理石平台及支架，所述上层Y向工作台与下层X向双边驱动工作台以串联方式连接，置于大理石平台上；所述上层Y向工作台由一个Y向直线电机驱动，两个Y向高速滚动直线导轨导向，并通过一个Y向光栅尺完成Y方向位置反馈；上层Y向工作台通过XY转接板固定在下层X向双边驱动工作台上；所述下层X向双边驱动工作台由两个X向直线电机同步驱动，两个X向高速滚动直线导轨导向，并通过两个X向光栅尺完成X方向双边位置反馈；下层X向双边驱动工作台通过螺钉固定在大理石平台上；大理石平台由支架支撑，所述支架包括四个调节螺栓、四个支承座、四个支架梁及四个支撑脚垫，支架通过四个调节螺栓调整大理石平台的高度，使其与地面保持平行。
[0007]所述上层Y向工作台包括:操作台、防尘盖板、Y向工作台、一个Y向直线电机、两个Y向高速滚动直线导轨、四个Y向导轨滑块、一个Y向光栅尺、一个Y向读数头、一个L型支架、一个栅尺垫板、XY转接板、两个防尘罩挡板、四个Y向机械限位、一个Y向坦克链及四个鱼腹梁，操作台、防尘盖板及Y向工作台之间分别用螺钉连接，防尘盖板选用不锈钢材料，在工作中起到防尘作用，Y向工作台通过螺钉固定在四个Y向导轨滑块上，在Y向直线电机动子驱动下沿两个Y向高速滚动直线导轨实现Y向运动，Y向直线电机的定子、两个Y向高速滚动直线导轨均通过螺钉固定在XY转接板上，Y向读数头与L型支架连接，L型支架固定在Y向工作台上，实现操作台的Y向位置信息的实时反馈，四个Y向机械限位实现对操作台的Y向运动限位功能，四个鱼腹梁分别两两对称固定在XY转接板两边，用来提高XY转接板的刚度。
[0008]所述下层X向双边驱动工作台包括两个X向直线电机、两个X向电机连接板、四个X向电机垫板、两个X向高速滚动直线导轨、四个X向导轨滑块、两个X向光栅尺、两个X向读数头、两个读数头连接块、两个Z型栅尺防尘盖板、四个X向机械限位、两个X向坦克链、两个X向坦克链连接、四个X向坦克链限位板、四个风琴罩、四个第一风琴罩挡板及四个第二风琴罩挡板；所述XY转接板通过螺钉固定在四个X向导轨滑块上，在两个X向直线电机的动子同步驱动下沿两个X向高速滚动直线导轨实现X向精密定位，两个X向高速滚动直线导轨在安装时必须保证平行，两个X向直线电机通过四个X向直线电机垫板固定在大理石平台上，两个X向高速滚动直线导轨通过螺钉固定在大理石平台上，两个X向电机连接板与两个读数头连接块连接，两个读数头连接块与两个X向读数头连接，从而实现X向双边位置信息的反馈，两个Z型防尘盖板与XY转接板连接，其由不锈钢材料制成，用于实现对两个X向光栅尺的保护作用，两个X向栅尺固定在大理石平台上且必须保证同时与两个X向高速滚动直线导轨和两个X向直线电机的定子平行，四个X向机械限位实现X向限位功能，两个X向坦克链通过两个X向坦克链连接与XY转接板连接，沿X方向运动，四个风琴罩由四个第二风琴罩挡板和四个第一风琴罩挡板前后限位，工作过程中对电机、导轨等部件起防尘作用。
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点:
本发明采用直线电机驱动、光栅尺反馈、滚动导轨导向的二维运动平台，结构简单，刚度高，承载能力大，定位精度高，可以实现二维大行程高速高精度的运动。
【附图说明】
[0010]图1为本发明一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的整体结构示意图。
[0011]图2为本发明一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的上层Y向运动平台结构示意图。
[0012]图3为本发明一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的XY转接板及Y向光栅测量结构示意图。
[0013]图4为本发明一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的下层X向双边驱动平台的结构示意图。
[0014]图5为本发明一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的X向光栅测量结构示意图。
[0015]图6为本发明一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台的支架结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0017]如图1和图6所示，一种跨尺度二维大行程高速高精度运动平台，包括一个上层Y向工作台1、一个下层X向双边驱动工作台2、大理石平台3及支架4，所述上层Y向工作台I与下层X向双边驱动工作台2以串联方式连接，置于大理石平台3上；所述上层Y向工作台I由一个Y向直线电机25驱动，两个Y向高速滚动直线导轨8导向，并通过一个Y向光栅尺28完成Y方向位置反馈；上层Y向工作台I通过XY转接板5固定在下层X向双边驱动工作台2上；所述下层X向双边驱动工作台2由两个X向直线电机6同步驱动，两个X向高速滚动直线导轨7导向，并通过两个X向光栅尺13完成X方向双边位置反馈；下层X向双边驱动工作台2通过螺钉固定在大理石平台3上；大理石平台3由支架4支撑，所述支架4包括四个调节螺栓37、四个支承座35、四个支架梁36及四个支撑脚垫38，支架4通过四个调节螺栓37调整大理石平台3的高度，使其与地面保持平行。
[0018]如图2和图3所示，所述上层Y向工作台I包括:操作台22、防尘盖板23、Y向工作台24、一个Y向直线电机25、两个Y向高速滚动直线导轨8、四个Y向导轨滑块27、一个Y向光栅尺28、一个Y向读数头30、一个L型支架26、一个栅尺垫板29、XY转接板5、两个防尘罩挡板31、四个Y向机械限位32、一个Y向坦克链33及四个鱼腹梁34，操作台22、防尘盖板23及Y向工作台24之间分别用螺钉连接，防尘盖板23选用不锈钢材料，在工作中起到防尘作用，Y向工作台24通过螺钉固定在四个Y向导轨滑块27上，在Y向直线电机25动子驱动下沿两个Y向高速滚动直线导轨8实现Y向运动，Y向直线电机25的定子、两个Y向高速滚动直线导轨8均通过螺钉固定在XY转接板5上，Y向读数头30与L型支架26连接，L型支架26固定在Y向工作台24上，实现操作台22的Y向位置