专利名称:带双边直线电机同步驱动的h型气浮工作台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精密带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台。
背景技术：
在微电子制造领域和精密测量领域，要求运动执行机构在大惯量、高速运动时具有高的定位精度。目前，多采用直线导轨或者滚珠丝杠等传动机构来实现精密定位。随着气体轴承技术日臻成熟，气浮工作台也逐渐开始应用到各个领域。气浮导轨是气体轴承的一种应用形式，气体轴承是用气体作为润介质，它具有速度高、精密度高、摩擦损耗小，是理想的支承和传动元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，该工作台采用一台直线电机驱动X轴运动，两台直线电机同步驱动Y轴运动实现两坐标精确定位以及精密运动，可以作为精密运动系统，用于集成电路光刻机、精密测量扫描装置等。
本发明的一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，由基座4、X轴运动模块1、第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3组成，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3固定在基座4上，其中，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的导轨分别固定在基座4的垫块上，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的直线电机定子分别固定在基座4的电机连接板上，X轴运动模块1的X轴导轨102两端分别固定在第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的滑块上。
所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3平行安装与X轴运动模块1组成H型结构，三个运动模块构成一个两坐标运动工作台。
所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3分别采用闭式气浮导轨结构，采用气膜预加载设计，提高了其承载能力和刚度。
所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其X轴运动模块1与基座4采用大基面作为气浮工作面，竖直方向采用真空腔111设计，提高了其承载能力和刚度。
本发明带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台的优点采用大基面作为X轴滑块的气浮工作面，采用真空加载技术来提高气浮导轨的刚度和承载能力，可以避免X轴气膜和Y轴气膜产生相互干涉现象。Y轴滑块采用闭式结构，刚度和承载能力大，动态性能好。本工作台采用花岗石制造，加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度可以达到1um，最大行程可以达到1000mm×1000mm。
图1是本发明工作台的整体结构示意图。
图2是基座结构示意图。
图3(A)是X轴运动平台结构示意图。
图3(B)是X轴滑块结构示意图。
图4(A)是第二Y轴运动平台结构示意图。
图4(B)是Y轴滑块结构示意图。
图5是本发明工作台的俯视图。
图6是图5的B-B视图。
图7是图5的A-A视图。
图中1.X轴运动模块 101.X轴直线电机 102.X轴导轨 103.X轴滑块104.X轴光栅尺板 105.X轴读数头连接板 106.X轴光栅限位块107.X轴电机连接板 108.凹槽 109.电机定子 110.电机动子111.真空腔 103a.X轴顶板 103b.X轴右侧板 103c.X轴底板103b.X轴左侧板2.第一Y轴运动模块 3.第二Y轴运动模块 301.Y轴直线电机302.Y轴导轨 303.Y轴滑块 304.Y轴读数头连接板 305.Y轴光栅尺板306.Y轴光栅限位块 307.电机定子 308.电机动子 303a.Y轴顶板303b.Y轴外侧板 303c.Y轴底板 303b.Y轴内侧板4.基座 401.第一挡块 402.基座电机连接板 403.第一垫块404.底座 405.第二垫块 406.第二挡块
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，第一Y轴运动模块2、第二Y轴运动模块3和X轴运动模块1组成H型结构，三个运动模块构成一个两坐标运动工作台，即工作台采用一台直线电机驱动X轴运动模块，两台直线电机同步驱动Y轴运动模块。第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3分别采用闭式气浮导轨结构。该工作台采用H型闭式气浮导轨结构，其中有两个Y轴运动模块和一个X轴运动模块这种对称结构具有更好的动力学性能，其中Y轴由两台直线电机双边驱动，X轴由单个直线电机驱动，组成两坐标运动工作台。
请参见图1所示，本发明是一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，包括由基座4、X轴运动模块1、第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3组成，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3固定在基座4上，其中，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的导轨分别固定在基座4的垫块上，第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的直线电机定子分别固定在基座电机连接板402上，X轴运动模块1的X轴导轨102两端分别固定在第一Y轴运动模块2和第二Y轴运动模块3的滑块上。
请参见图2所示，所述基座4由底座404、第一挡块401、第二挡块406、第一垫块403、第二垫块405和基座电机连接板402构成，第一挡块401、第二挡块406、第一垫块403、第二垫块405和基座电机连接板402固定安装在底座404上，基座电机连接板402一端安装在第一挡块401与第一垫块403中间，基座电机连接板402另一端安装在第二挡块406与第二垫块405中间，第一挡块401和第二挡块406的内侧安装有缓冲器；底座404上的挡块、垫块以及电机连接板是结构相同的两套，并且对称安装在底座404的两边。第一挡块401与第二挡块406是Y轴运动模块中的Y轴滑块的机械限位。
请参见图3A、图3B、图6所示，所述X轴运动模块1由X轴直线电机101、X轴导轨102、X轴滑块103、X轴光栅尺板104、X轴读数头连接板105、X轴光栅限位块106、X轴电机连接板107构成，X轴直线电机101的电机定子109固定在X轴导轨102上，X轴直线电机101的电机动子110固定在X轴电机连接板107上，X轴光栅限位块106固定在X轴光栅尺板104上，X轴光栅尺板104固定在X轴导轨102上，X轴运动模块1的读数头安装在X轴读数头连接板105上，X轴读数头连接板105固定在X轴滑块103上；X轴导轨102的两端固定在Y轴的滑块的内侧板303d上；X轴滑块103与X轴导轨102构成空气轴承，且X轴滑块103沿X轴导轨102方向运动；其中，X轴滑块103由X轴顶板103a、X轴右侧板103b、X轴底板103c和X轴左侧板103d顺次连接构成，X轴电机连接板107固定在X轴滑块103的X轴顶板103a上，X轴底板103c与底座404的相对面上构成气膜，X轴底板103c上设有节流孔和向内凹的真空腔，该真空腔111产生预加载，X轴右侧板103b和X轴左侧板103d上设有节流孔，X轴右侧板103b和X轴左侧板103d分别与X轴导轨102的两侧面构成气膜，X轴左侧板103d上设有供X轴读数头连接板105安装的凹槽108。
请参见图4A、图4B、图7所示，所述第一Y轴运动模块2与第二Y轴运动模块3结构相同，且对称安装在基座4上；第二Y轴运动模块3由Y轴直线电机301、Y轴导轨302、Y轴滑块303、Y轴读数头连接板304、Y轴光栅尺板305和Y轴光栅限位块306构成，Y轴直线电机301的电机定子307固定在基座电机连接板402上，Y轴直线电机301的电机动子308固定在Y轴滑块303的Y轴外侧板303b上，Y轴光栅限位块306固定在Y轴光栅尺板305上，Y轴光栅尺板305上固定在底座404的基面上，第二Y轴运动模块3的读数头安装在Y轴读数头连接板304上，Y轴读数头连接板304固定在Y轴滑块303上；Y轴滑块303与Y轴导轨302构成空气轴承，且Y轴滑块303沿Y轴导轨302方向运动；其中，Y轴滑块303由Y轴顶板303a、Y轴外侧板303b、Y轴底板303c和Y轴内侧板303d顺次连接构成，Y轴顶板303a、Y轴外侧板303b、Y轴底板303c和Y轴内侧板303d的四个与Y轴导轨302相对的面分别有节流孔，并与Y轴导轨302的四个相对的面构成气膜，从而形成闭式气浮导轨。
在本发明中，该工作台采用H型闭式气浮导轨结构，采用花岗石材质制造。其中有两个Y轴运动模块和一个X轴运动模块这种对称结构具有更好的动力学性能，其中Y轴由两台直线电机双边驱动，X轴由单个直线电机驱动，组成两坐标运动工作台。第一Y轴运动模块2、第二Y轴运动模块3分别采用闭式气浮导轨结构，采用气膜预加载设计，提高了其承载能力和刚度。X轴运动模块1与基座4采用大基面作为气浮工作面，竖直方向采用真空腔111设计，提高了其承载能力和刚度。X轴滑块103的加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度达到1μm。
权利要求
1.一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于由基座(4)、X轴运动模块(1)、第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)组成，第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)对称固定在基座(4)上，其中，第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)的导轨分别固定在基座(4)的垫块上，第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)的直线电机定子分别固定在基座电机连接板(402)上，X轴运动模块(1)的X轴导轨(102)两端分别固定在第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)的滑块上；所述基座(4)由底座(404)、第一挡块(401)、第二挡块(406)、第一垫块(403)、第二垫块(405)和基座电机连接板(402)构成，第一挡块(401)、第二挡块(406)、第一垫块(403)、第二垫块(405)和基座电机连接板(402)固定安装在底座(404)上，基座电机连接板(402)一端安装在第一挡块(401)与第一垫块(403)中间，基座电机连接板(402)另一端安装在第二挡块(406)与第二垫块(405)中间，第一挡块(401)和第二挡块(406)的内侧安装有缓冲器；底座(404)上的挡块、垫块以及电机连接板是结构相同的两套，并且对称安装在底座(404)的两边；第一挡块(401)与第二挡块(406)是Y轴运动模块中的Y轴滑块的机械限位；所述X轴运动模块(1)由X轴直线电机(101)、X轴导轨(102)、X轴滑块(103)、X轴光栅尺板(104)、X轴读数头连接板(105)、X轴光栅限位块(106)、X轴电机连接板(107)构成，X轴直线电机(101)的电机定子(109)固定在X轴导轨(102)上，X轴直线电机(101)的电机动子(110)固定在X轴电机连接板(107)上，X轴光栅限位块(106)固定在X轴光栅尺板(104)上，X轴光栅尺板(104)固定在X轴导轨(102)上，X轴运动模块(1)的读数头安装在X轴读数头连接板(105)上，X轴读数头连接板(105)固定在X轴滑块(103)上；X轴滑块(103)与X轴导轨(102)构成空气轴承，且X轴滑块(103)沿X轴导轨(102)方向运动；其中，X轴滑块(103)由X轴顶板(103a)、X轴右侧板(103b)、X轴底板(103c)和X轴左侧板(103d)顺次连接构成，X轴电机连接板(107)固定在X轴滑块(103)的X轴顶板(103a)上，X轴底板(103c)与底座(404)的相对面上构成气膜，X轴底板(103c)上设有节流孔和向内凹的真空腔，该真空腔(111)产生预加载，X轴右侧板(103b)和X轴左侧板(103d)上设有节流孔，X轴右侧板(103b)和X轴左侧板(103d)分别与X轴导轨(102)的两侧面构成气膜，X轴左侧板(103d)上设有供X轴读数头连接板(105)安装的凹槽(108)；所述第一Y轴运动模块(2)与第二Y轴运动模块(3)结构相同，且对称安装在基座(4)上；第二Y轴运动模块(3)由Y轴直线电机(301)、Y轴导轨(302)、Y轴滑块(303)、Y轴读数头连接板(304)、Y轴光栅尺板(305)和Y轴光栅限位块(306)构成，Y轴直线电机(301)的电机定子(307)固定在基座电机连接板(402)上，Y轴直线电机(301)的电机动子(308)固定在Y轴滑块(303)的Y轴外侧板(303b)上，Y轴光栅限位块(306)固定在Y轴光栅尺板(305)上，Y轴光栅尺板(305)固定在底座(404)的基面上，第二Y轴运动模块(3)的读数头安装在Y轴读数头连接板(304)上，Y轴读数头连接板(304)固定在Y轴滑块(303)上；Y轴滑块(303)与Y轴导轨(302)构成空气轴承，且Y轴滑块(303)沿Y轴导轨(302)方向运动；其中，Y轴滑块(303)由Y轴顶板(303a)、Y轴外侧板(303b)、Y轴底板(303c)和Y轴内侧板(303d)顺次连接构成，Y轴顶板(303a)、Y轴外侧板(303b)、Y轴底板(303c)和Y轴内侧板(303d)的四个与Y轴导轨(302)相对的面分别有节流孔，并与Y轴导轨(302)的四个相对的面构成气膜，从而形成闭式气浮导轨。
2.根据权利要求
1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)平行安装与X轴运动模块(1)组成H型结构，三个运动模块构成一个两坐标运动工作台。
3.根据权利要求
1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于第一Y轴运动模块(2)和第二Y轴运动模块(3)分别采用闭式气浮导轨结构。
4.根据权利要求
1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于X轴运动模块(1)气浮于基座(4)上形成大基面气浮工作面。
5.根据权利要求
1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于采用花岗石材质制造。
6.根据权利要求
1所述的带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，其特征在于X轴滑块(103)的加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度达到1μm。
专利摘要
本发明公开了一种带双边直线电机同步驱动的H型气浮工作台，由基座、X轴运动模块、第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块组成，第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块固定在基座上，其中，第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块的导轨分别固定在基座的垫块上，第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块的直线电机定子分别固定在基座的电机连接板上，X轴运动模块的X轴导轨两端分别固定在第一Y轴运动模块和第二Y轴运动模块的滑块上。该工作台采用一台直线电机驱动X轴运动模块，两台直线电机同步驱动Y轴运动模块实现两坐标精确定位以及精密运动，采用花岗石制造，加速度为1g～1.5g，速度为0.5m/s时，定位精度可以达到1μm，最大行程可以达到1000mm×1000mm。可以作为精密运动系统，可用于集成电路光刻机、精密测量扫描装置等。
文档编号B25H1/00GKCN1326670SQ200510085263
公开日2007年7月18日 申请日期2005年7月22日
发明者刘强, 张从鹏 申请人:北京航空航天大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (9),