一种气浮垂向运动装置的制作方法

本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种气浮垂向运动装置。

背景技术：

近年来，随着大规模集成电路器件集成度不断提高，集成电路加工工件台的精度和产率需求不断提高，垂向运动装置的运行速度、加速度、性能的要求也不断地提高。垂向运动装置主要应用于半导体行业、光电行业、集成电路以及元器件的质量测试等，因此，对于结构紧凑，且性能更高的垂向运动装置的需求非常迫切。现有的垂向运动装置以旋转电机作为驱动动力，丝杠作为传动部分，导轨作为运动导向，电机通过丝杠带动工件沿导轨垂向运动。现有的垂向运动装置结构复杂，整体结构庞大，丝杠和与丝杠配合的导轨相对运动会产生摩擦，降低了垂向运动装置的精度，而且丝杠和导轨时常需要定期清洁和更换润滑脂，工序繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种气浮垂向运动装置，减小装置尺寸，减小摩擦。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种气浮垂向运动装置，包括：

托盘、电机、气浮轴以及套设于所述气浮轴的气浮套，所述气浮轴连接于所述托盘，所述气浮轴与所述气浮套形成气浮导轨，所述电机设置于所述气浮轴内，所述电机的输出端连接于所述气浮轴，所述电机驱动所述气浮轴以使所述气浮轴和所述托盘沿所述气浮导轨的轴线方向移动。

作为优选，所述气浮套和所述气浮轴同轴，所述气浮轴的横截面为规则的多边形，所述气浮轴包括多个外壁，所述气浮套包括多个内壁，所述外壁与所述内壁的数量相同，形状相同，且所述外壁与所述内壁一一对应。

作为优选，还包括供气组件和管道组件，所述气浮套的多个所述内壁上均开设有节气孔，多个所述内壁上开设所述节气孔的数量一致，所述管道组件一端连接于所述供气组件，另一端连接于所述节气孔。

作为优选，所述管道组件包括多个横向管道和多个纵向管道，多个所述横向管道和多个所述纵向管道连通并嵌设于所述气浮套，所述纵向管道的出口端连接于所述节气孔。

作为优选，还包括测量机构，所述测量机构为光栅尺，所述光栅尺沿所述气浮轴的轴线方向设置，所述光栅尺用于测量所述气浮轴的垂向位移。

作为优选，还包括若干个重力补偿机构，所述重力补偿机构用于降低所述电机的负载。

作为优选，所述重力补偿机构为弹性件，所述弹性件一端连接于所述气浮套，另一端连接于所述托盘。

作为优选，若干个所述重力补偿机构设置沿所述托盘的周向均匀分布。

作为优选，所述气浮套包括多个面板，多个所述面板相互连接。

作为优选，所述气浮套一体成型。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种气浮垂向运动装置，包括托盘、电机、气浮轴以及套设于气浮轴的气浮套，气浮轴连接于托盘，气浮轴与气浮套形成气浮导轨，电机设置于气浮轴内，电机的输出端连接于气浮轴，电机驱动气浮轴带动托盘沿气浮导轨的轴线方向移动。气浮轴的外壁与气浮套的内壁之间形成气浮导轨，气浮导轨对气浮轴垂向运动起到导向作用。本发明的气浮轴设置在容纳腔内，结构紧凑，减小了整个装置的结构，减小了装置占用空间的大小。再将电机的输出端连接于气浮轴，通过电机驱动气浮轴使气浮轴和托盘沿气浮导轨的轴线方向移动。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的气浮垂向运动装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的气浮垂向运动装置的剖视图；

图3是本发明实施例一提供的气浮垂向运动装置的气浮套结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的气浮垂向运动装置的气浮套的局部剖视图；

图5是本发明实施例二提供的气浮垂向运动装置的气浮套结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的气浮垂向运动装置的气浮套结构示意图。

图中：

1、底座；

2、托盘；

3、气浮轴；

4、气浮套；41、面板；42、节气孔；43、第一容纳槽；44、第二容纳槽；45、进气口；46、密封件；

5、管道组件；51、横向管道；52、纵向管道；

6、光栅尺；

7、电机；71、定子；72、转子；

8、弹性件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一：

本实施例提供一种气浮垂向运动装置，涉及集成电路装备制造领域，如图1至图4所示，气浮垂向运动装置包括托盘2、电机7、气浮轴3以及套设于气浮轴3的气浮套4，气浮轴3连接于托盘2，气浮轴3与气浮套4形成气浮导轨，电机7设置于气浮轴3内，电机7的输出端连接于气浮轴3，电机7驱动气浮轴3带动托盘2沿气浮导轨的轴线方向移动。

本实施例的托盘2用于呈放待加工工件，将气浮轴3连接于托盘2，使气浮轴3垂向运动从而带动托盘2垂向运动。气浮轴3的外壁与气浮套4的内壁之间形成稳定的气膜，从而形成了气浮导轨，气浮导轨对气浮轴3垂向运动起到导向作用，使气浮轴3能够沿气浮导轨的轴线方向移动。其中，气浮导轨的轴线方向与气浮轴3的轴线方向(即垂向)一致。电机7设置在气浮轴3内，结构紧凑，减小了整个装置的结构，减小了装置占用空间的大小。再将电机7的输出端连接于气浮轴3，通过电机7驱动气浮轴3使气浮轴3和托盘2沿气浮导轨的轴线方向移动。

而且由于气浮轴3周身的各个侧面均处于起导向作用的气浮导轨内，其各个侧面受力均匀，故气浮轴3在带动托盘2进行垂向运动时，其稳定性良好，控制精度高。

优选地，气浮垂向运动装置还包括底座1，将气浮套4连接于底座1，保证气浮套4的固定，本实施例的气浮轴3上开设容纳腔用来容纳电机7，使电机7设置在容纳腔内并连接于底座1，减小了整个装置的结构，再将电机7的输出端连接于气浮轴3。优选地，本实施例在气浮套4远离底座1的一端开设有托盘容纳槽，用于容纳部分托盘2。

优选地，如图2所示，电机7包括定子71和转子72，定子71连接于底座1，转子72连接于气浮轴3。在本实施例中，电机7采用音圈电机，音圈电机为短行程直线运动，具有加速度大、响应快和精度高等优点。将电机7的定子71连接于底座1固定，转子72连接于气浮轴3，通过转子72的运动驱动气浮轴3垂向运动。优选地，本实施例在气浮套4靠近底座1的一端开设有进线口，方便电机7的线束穿过。

特别地，如图2至图4所示，气浮套4和气浮轴3同轴，气浮轴3的横截面为规则的多边形，气浮轴3包括多个外壁，气浮套4包括多个内壁，外壁与内壁的数量相同，形状相同，且外壁与内壁一一对应。气浮轴3的多个外壁围成气浮轴3的外侧面，气浮套4的多个内壁围成气浮套4的内侧面。气浮套4和气浮轴3同轴，保证气浮轴3的多个外壁和气浮套4的多个内壁之间间隙的各部分是一致的，气浮轴3与气浮套4之间的间隙配合形成一层稳定的气膜。气浮轴3包括多个外壁，气浮套4包括多个内壁，多个内壁和多个外壁一一对应，使气浮轴3的多个外壁和气浮套4的多个内壁之间的间隙均形成了气浮导轨，提高了气浮轴3的控制精度。优选地，于本实例中，气浮轴3的横截面为规则的四边形，于其他实施例中可以为任何规则的多边形，如正三角形或者六边形。

特别地，如图2所示，气浮垂向运动装置还包括测量机构，测量机构为光栅尺6，光栅尺6沿气浮轴3的轴线方向设置，光栅尺6用于测量气浮轴3的垂向位移。本实施例通过设置测量机构，检测气浮轴3和托盘2的垂向运动位移，从而能够确定放置在托盘2内的待加工工件的垂向运动位移。光栅尺6具有安装方便和测量精度高等优点。优选地，光栅尺6的线束穿过气浮套4上的进线口连接于外部电源。

优选地，如图2和图3所示，气浮套4上设置有第一容纳槽43，光栅尺6设置于第一容纳槽43内，光栅尺6包括光栅尺带和滑动连接于光栅尺带的光栅尺读头，将光栅尺带连接于气浮轴3，光栅尺读头连接于气浮套4，通过气浮轴3带动光栅尺带垂向运动，光栅尺读头读取光栅尺带上的数值并将该数值传递给气浮垂向运动装置外部的显示屏进行显示。

特别地，如图2和图3所示，气浮垂向运动装置还包括若干个重力补偿机构，重力补偿机构用于降低电机7的负载。通过设置重力补偿机构，降低电机7负载，防止电机7负载过大，影响传动效率。

特别地，若干个重力补偿机构沿托盘2的周向均匀分布。具体实施时，可以设置奇数个重力补偿机构，也可以设置偶数个重力补偿机构，但设置偶数个重力补偿机构使之均匀分布，会使气浮垂向运动装置更稳定。

特别地，如图2和图3所示，重力补偿机构为弹性件8，弹性件8一端连接于气浮套4，另一端连接于托盘2。通过设置多个弹性件8，使弹性件8一端连接于气浮套4，另一端连接于托盘2，从而降低了电机7的负载，防止托盘2和气浮轴3直接压在电机7上，对电机7造成损坏的情况发生。优选地，弹性件8为弹簧。本实施例设置弹性件8的目的是为了降低电机7负载，于其他实施例中，也可以不设置弹性件8，通过气浮或者磁浮等装置对托盘2起到缓冲作用，从而降低了电机7的负载。

在一些实施例中，采用多个弹性件8，沿气浮套4的周向均匀设置有与弹性件8数量相同的第二容纳槽44(如图3所示)，弹性件8设置于第二容纳槽44内。在本实施例中，四个重力补偿机构(弹性件8)沿托盘2的周向均匀分布，在气浮套4上沿其周向均匀设置有四个第二容纳槽44，使弹性件8均匀设置于第二容纳槽44内，使弹性件8对托盘2能够均匀支撑。

于其它实施例中，也可以采用三个弹性件8，第二容纳槽44的数量设置为三个，其中三个第二容纳槽44的连线形成三角形结构。

特别地，如图3和4所示，气浮套4包括多个面板41，多个面板41相互连接。于本实施例中，气浮套4为长方体结构，气浮套4包括四个面板41，四个面板41相互连接，每个面板41由两层板合成。每个面板41的内侧对应气浮套4的一个内壁，本实施例中，气浮套4包括四个内壁，分别对应气浮轴3的四个外壁。

特别地，如图4所示，气浮垂向运动装置还包括供气组件和管道组件5，气浮套4的多个内壁上均开设有节气孔42，多个内壁上开设节气孔42的数量一致，管道组件5一端连接于供气组件，另一端连接于节气孔42。通过气浮套4上的多个节气孔42，且多个内壁上开设节气孔42的数量是一致的，使气浮轴3的外壁和气浮套4的内壁之间的间隙形成气浮导轨的气压是均匀一致的。设置供气组件为气浮轴3的外壁和气浮套4的内壁之间的间隙内供气。管道组件5一端连接于供气组件，另一端连接于节气孔42，用于运输供气组件内的气体至气浮套4内壁和气浮轴3外壁之间的间隙中。优选地，于本实施例中，管道组件5嵌入在气浮套4的面板41内之间，保护管道防止外力损坏管道组件5。

特别地，如图4所示，管道组件5包括多个横向管道51和多个纵向管道52，多个横向管道51和多个纵向管道52连通并嵌设于气浮套4内，纵向管道52的出口端连接于节气孔42。管道组件5包括多个横向管道51和多个纵向管道52，横向管道51和纵向管道52连通，纵向管道52的出口端连接于节气孔42，方便运输气体至气浮套4的内壁和气浮轴3的外壁之间。

优选地，本实施例的气浮套4和气浮轴3均为长方体结构，且气浮套4的内壁与气浮轴3的外壁大小和形状等一致，在气浮套4内壁和气浮轴3外壁的间隙之间一共形成四个气浮导轨。本实施例提供两种供气方式，其中一种为四个气浮导轨分开供气，在气浮套4的四个面上对应设置四个进气口45，方便供气组件进行供气；另一种为四个气浮导轨统一供气，只设置一个进气口45，使供气组件的气体通过进气口45进入管道组件5运输至气浮导轨。从节气孔42中出来的气体通过气浮套4的上端面与下端面排出，从而使得每个面的气体保持稳定。其中，第二种供气方式在两层板的拼接部位设置有密封件46，密封件46对管道组件5进行密封，保证了管道组件5的气密性，且可防止拼接合成面板41时对管道组件5造成损坏。

实施例二：

本实施例二公开了一种气浮垂向运动装置，本实施例气浮轴3、电机7、托盘2以及底座1与实施例一相同，本实施例和实施例一的区别仅在于本实施例的气浮套4一体成型。如图5所示，将气浮套4设置成一体成型结构，降低气浮套4的加工难度，减少了加工步骤。本实施例中，在气浮套4设置有管道组件5，管道组件5连通导轨空间和供气组件，从供气组件运输气体至导轨空间。管道组件5可设置在气浮套4的外壁也可以嵌设在气浮套4内。

实施例三：

本实施例三公开了一种气浮垂向运动装置，本实施例电机7、托盘2以及底座1与实施例一相同，本实施例和实施例一的区别仅在于本实施例的气浮套4包括三个面板41，如图6所示，三个面板41相互连接形成气浮套4，对应的本实施例的气浮轴3也为三棱柱结构。即气浮套4包括三个内壁，气浮轴3包括三个外壁，管道组件5可以设置在气浮套4的外壁也可以嵌设在气浮套4内，只要实现运输气体功能即可。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。