大理石高精密运动平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及大理石高精密运动平台，X轴直线导轨和X轴直线电机安装于X轴大理石底座上，X轴连接板置于X轴直线导轨上，X轴直线电机与X轴连接板驱动连接，控制X轴连接板沿X轴直线导轨运动；Y轴直线导轨和Y轴直线电机安装于Y轴大理石底座上，Y轴连接板置于Y轴直线导轨上，Y轴直线电机与Y轴连接板驱动连接，控制Y轴连接板沿Y轴直线导轨运动；Y轴大理石底座连接于X轴连接板上，Y轴直线导轨与X轴直线导轨呈90度夹角；石英载台安装于旋转DD马达上，旋转DD马达安装于Y轴连接板上。运动安静、噪音低，X-Y轴平台可拆分，配对方便，达到模块化设计要求。
【专利说明】大理石高精密运动平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大理石高精密运动平台。
【背景技术】
[0002]随着LED切割市场对于切深控制的要求，特别是对于高端LED芯片而言，激光在晶圆内部的切深精度控制会直接影响其IR等问题。而且随着四寸晶圆以及六寸晶圆的逐步量产，本身晶圆的片厚误差也无法很好的保证。具有高精密运动控制的X-Y运动平台的需求也就应运而生。目前市场上已经有一部分高精密X-Y运动平台的供应，主要是欧美国家制造。售价一般在30万人民币以上。运动平台是LED设备的核心部件，对于设备的成本控制来说，压力太大。
[0003]综上所述，高精密X-Y运动平台的自主研发的意义重大，对于设备的整体竞争力来说，具有较高价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种大理石高精密X-Y运动平台。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0006]大理石高精密运动平台，特点是:包含X轴运动平台、Y轴运动平台和Θ轴运动平台，所述X轴运动平台包含X轴大理石底座、X轴直线导轨、X轴连接板和控制X轴连接板运动的X轴直线电机，X轴直线导轨和X轴直线电机安装于X轴大理石底座上，X轴连接板置于X轴直线导轨上，X轴直线电机与X轴连接板驱动连接，从而控制X轴连接板沿X轴直线导轨运动；
[0007]所述Y轴运动平台包含Y轴大理石底座、Y轴直线导轨、Y轴连接板和控制Y轴连接板运动的Y轴直线电机，Y轴直线导轨和Y轴直线电机安装于Y轴大理石底座上，Y轴连接板置于Y轴直线导轨上，Y轴直线电机与Y轴连接板驱动连接，从而控制Y轴连接板沿Y轴直线导轨运动；所述Y轴大理石底座连接于X轴连接板上，Y轴直线导轨与X轴直线导轨呈90度夹角；
[0008]所述Θ轴运动平台包含旋转DD马达和石英载台，石英载台安装于旋转DD马达上，旋转DD马达安装于Y轴连接板上；
[0009]所述石英载台包含载台板、载台安装板、载台连接板、载台固定板和旋转平台连接板，载台板置于载台安装板的内孔中，载台安装板通过载台连接板与载台固定板相连接，载台固定板连接固定于旋转平台连接板上，旋转平台连接板安装于旋转DD马达的旋转轴上，所述载台连接板设有径向孔以及与其相通的轴向孔，载台安装板上设有与载台连接板上轴向孔相连通的轴向台阶孔以及所述轴向台阶孔相连通的径向沟槽，载台安装板的内孔壁设有与径向沟槽相通的弧形槽，载台板上表面设有与弧形槽相通的发射状沟槽。
[0010]进一步地，上述的大理石高精密运动平台，其中，所述X轴大理石底座上安装有X轴光栅尺，Y轴大理石底座上安装有Y轴光栅尺。
[0011 ] 更进一步地，上述的大理石高精密运动平台，其中，所述X轴大理石底座上安装有两X轴限位缓冲器，分别位于X轴直线导轨的两端部；γ轴大理石底座上安装有两Y轴限位缓冲器，分别位于Y轴直线导轨的两端部。
[0012]更进一步地，上述的大理石高精密运动平台，其中，所述Y轴大理石底座通过螺钉连接于X轴连接板上。
[0013]再进一步地,上述的大理石高精密运动平台，其中，所述载台连接板与载台安装板配合的端面设有环形密封槽，环形密封槽中内嵌有环形密封圈。
[0014]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
[0015]①本发明采用大理石底座，其吸振性远优于金属加工件，保证平台在高速运动时的平稳性及较低的震荡，从而满足平台的运动平面度0.005mm的要求；由于大理石底座加工完后不会有应力释放，比较容易满足导轨面平面度的指标；
[0016]②真空吸附结构实现数个点同时产生真空负压，使得产品的受力更加均匀，从而使产品被紧紧吸附住的同时又保证在加工过程中不会移动；
[0017]③直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差，通过直线位置检测反馈控制，大大提高平台的定位精度；
[0018]④由于“直接驱动”，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，提高了其传动刚度；
[0019]⑤运动安静、噪音低，X-Y轴平台可拆分，单独作为一套直线运动模组，也可以与其它直线平台自由组合构成另一种X-Y运动平台，配对方便，达到模块化设计要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
[0021]图1:本发明的结构示意图；
[0022]图2: Θ轴运动平台的剖视示意图；
[0023]图3: Θ轴运动平台的俯视示意图。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示，大理石高精密运动平台，包含X轴运动平台、Y轴运动平台和Θ轴运动平台，X轴运动平台包含X轴大理石底座l、x轴直线导轨3、x轴连接板4和控制X轴连接板运动的X轴直线电机2，X轴直线导轨3和X轴直线电机2安装于X轴大理石底座I上，X轴连接板4置于X轴直线导轨3上，X轴直线电机2与X轴连接板4驱动连接，从而控制X轴连接板4沿X轴直线导轨3运动；
[0025]Y轴运动平台包含Y轴大理石底座5、Y轴直线导轨6、Υ轴连接板9和控制Y轴连接板运动的Y轴直线电机10，Y轴直线导轨6和Y轴直线电机10安装于Y轴大理石底座5上，Y轴连接板9置于Y轴直线导轨6上，Y轴直线电机10与Y轴连接板9驱动连接，从而控制Y轴连接板9沿Y轴直线导轨6运动；Υ轴大理石底座5通过螺钉连接于X轴连接板4上，Y轴直线导轨6与X轴直线导轨3呈90度夹角，采用螺钉连接以保证相互间的垂直度，采用螺钉连接便于调整X-Y轴的直角度，另外，X轴连接板与大理石底座之间的连接螺钉拆掉后，就形成2个单独的单轴直线模组，使用非常方便。
[0026]X轴大理石底座I上安装有X轴光栅尺，Y轴大理石底座5上安装有Y轴光栅尺。
[0027]X轴大理石底座I上安装有两X轴限位缓冲器12，分别位于X轴直线导轨的两端部；Y轴大理石底座5上安装有两Y轴限位缓冲器11，分别位于Y轴直线导轨的两端部。
[0028]Θ轴运动平台包含旋转DD马达7和石英载台8,石英载台8安装于旋转DD马达7上，旋转DD马达7安装于Y轴连接板9上；真空吸附，整个Θ轴运动平台做0°和90°位置切换，完成晶圆的网格型加工，Θ轴运动平台安装于Y轴运动平台之上，实现晶圆片的平面旋转功能，即采用单轴进行划片。
[0029]如图2所示,石英载台包含载台板18、载台安装板17、载台连接板15、载台固定板14和旋转平台连接板13，载台板18置于载台安装板17的内孔中，载台安装板17通过载台连接板15与载台固定板14相连接，载台固定板14连接固定于旋转平台连接板13上，旋转平台连接板13安装于旋转DD马达7的旋转轴上，载台连接板15设有径向孔以及与其相通的轴向孔，载台安装板17上设有与载台连接板上轴向孔相连通的轴向台阶孔以及轴向台阶孔相连通的径向沟槽，载台安装板17的内孔壁设有与径向沟槽相通的弧形槽，载台板18上表面设有与弧形槽相通的发射状沟槽19，发射状沟槽19的分布形式如图3所示，从而形成吸附真空流道。
[0030]载台连接板15与载台安装板17配合的端面设有环形密封槽，环形密封槽中内嵌有环形密封圈16。
[0031]X轴运动平台与Y轴运动平台相互垂直，采用直线电机驱动搭配高分辨率光栅尺闭环反馈控制实现精密运动。
[0032]载台连接板15的径向孔口连接气管，载台连接板15的径向孔、载台连接板15的轴向孔、载台安装板17上轴向台阶孔、载台安装板17的径向沟槽、载台安装板17的弧形槽、载台板18的发射状沟槽19形成吸附真空流道，最终将真空气体引流到载台板18上表面的一圈圈环形槽内，通过这些环形槽内的真空气体将覆膜的钢环(半导体芯片)紧紧吸附住。
[0033]传统的金属加工件由于加工完后的应力释放，会导致导轨安装面已无法满足0.002mm的平面度要求，由于大理石底座加工完后，不会有应力释放，比较容易满足导轨面平面度的指标。同时，大理石底座吸振性优于金属加工件，保证平台在高速运动时的平稳性及较低的震荡，从而满足平台的运动平面度0.005mm的要求。
[0034]吸附结构实现数个点同时产生真空负压，使得产品的受力更加均匀，从而使产品在被紧紧吸附住的同时又保证在加工过程中不会移动。同时，载台安装板的上平面为圆锥形，增强了吸附效果。
[0035]设计了两自由度的X-Y超精密定位平台，运用模块化的ACS控制方案，对各运动轴的PID控制器参数进行了优化。测试结果表明，经调节后的综合系统具有良好的速度和位置跟踪性能。除了需要达到高精度的跟踪误差外，还要求各轴在运动过程中按照既定的轨迹协同动作，以减少轴间的同步误差，提高系统的运动稳定性。然而，由于系统制造误差，负荷差异，摩擦力和其他干扰的存在，各运动轴的动态响应特性可能不一，所以在特定的领域可以进行误差补偿来减少同步误差。
[0036]由于直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等)，使整个闭环系统系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高平台的定位精度。
[0037]动刚度高由于“直接驱动”，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。
[0038]由于直线电机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500km/h)，所以用在激光切割过程中，要满足其超高速运行的最大运动速度(要求达Y轴800mm/s(X轴300mm/s)或更高)是没有问题的。也由于上述“零传动”的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。减速至指定位置的所需整定时间非常迅速，电气定位精度设置为2um时，所需整定时间3?5ms。可获得较高的加速度，可达Y轴I?1.5g(X轴0.8?1.2g, g = 9.8m/s2),而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1?0.5g。
[0039]运动安静、噪音低，由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触)，其运动时噪音将大大降低。
[0040]由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。
[0041]该X-Y轴平台可拆分，单独作为一套直线运动模组，也可以与其它直线平台自由组合构成另一种X-Y运动平台，配对方便，达到模块化设计要求。
[0042]需要理解到的是:以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.大理石高精密运动平台，其特征在于:包含X轴运动平台、Y轴运动平台和Θ轴运动平台，所述X轴运动平台包含X轴大理石底座、X轴直线导轨、X轴连接板和控制X轴连接板运动的X轴直线电机，X轴直线导轨和X轴直线电机安装于X轴大理石底座上，X轴连接板置于X轴直线导轨上，X轴直线电机与X轴连接板驱动连接，从而控制X轴连接板沿X轴直线导轨运动； 所述Y轴运动平台包含Y轴大理石底座、Y轴直线导轨、Y轴连接板和控制Y轴连接板运动的Y轴直线电机，Y轴直线导轨和Y轴直线电机安装于Y轴大理石底座上，Y轴连接板置于Y轴直线导轨上，Y轴直线电机与Y轴连接板驱动连接，从而控制Y轴连接板沿Y轴直线导轨运动；所述Y轴大理石底座连接于X轴连接板上，Y轴直线导轨与X轴直线导轨呈90度夹角； 所述Θ轴运动平台包含旋转DD马达和石英载台，石英载台安装于旋转DD马达上,旋转DD马达安装于Y轴连接板上； 所述石英载台包含载台板、载台安装板、载台连接板、载台固定板和旋转平台连接板，载台板置于载台安装板的内孔中，载台安装板通过载台连接板与载台固定板相连接，载台固定板连接固定于旋转平台连接板上，旋转平台连接板安装于旋转DD马达的旋转轴上，所述载台连接板设有径向孔以及与其相通的轴向孔，载台安装板上设有与载台连接板上轴向孔相连通的轴向台阶孔以及所述轴向台阶孔相连通的径向沟槽，载台安装板的内孔壁设有与径向沟槽相通的弧形槽，载台板上表面设有与弧形槽相通的发射状沟槽。
2.根据权利要求1所述的大理石高精密运动平台，其特征在于:所述X轴大理石底座上安装有X轴光栅尺，Y轴大理石底座上安装有Y轴光栅尺。
3.根据权利要求1所述的大理石高精密运动平台，其特征在于:所述X轴大理石底座上安装有两X轴限位缓冲器，分别位于X轴直线导轨的两端部；γ轴大理石底座上安装有两Y轴限位缓冲器，分别位于Y轴直线导轨的两端部。
4.根据权利要求1所述的大理石高精密运动平台，其特征在于:所述Y轴大理石底座通过螺钉连接于X轴连接板上。
5.根据权利要求1所述的大理石高精密运动平台，其特征在于:所述载台连接板与载台安装板配合的端面设有环形密封槽，环形密封槽中内嵌有环形密封圈。
【文档编号】H01L21/78GK104362228SQ201410660405
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】赵裕兴, 李军 申请人:苏州德龙激光股份有限公司, 江阴德力激光设备有限公司