[發(fā)明專利]大運動范圍宏微雙重驅(qū)動定位平臺

無效

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• 申請日: 2007-12-26
• 公開（公告）號: CN101197197A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 楊川;張志;王光亮;趙強;楊必勝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00;G12B9/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發(fā)明涉及一種大運動范圍高速超精密定位裝置，具體涉及一種大運動范圍宏微雙重驅(qū)動定位平臺。

背景技術

高速和高精度的超精密工作臺系統(tǒng)在現(xiàn)代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領域占有極其重要的地位。隨著集成電路(IC)制造、微型機械電子系統(tǒng)(MEMS)、精密測試系統(tǒng)和精密加工等領域的快速發(fā)展，迫切需要能夠進行大運動范圍、高精度、高速定位的裝置。從國際上IC加工所用圓晶片尺寸及加工線寬尺度的發(fā)展狀況看，超大規(guī)模集成電路(VLSI)的線寬已進入了0.1μm范圍，加工的圓晶尺寸已達到300mm。現(xiàn)在特征尺度90nm的IC將達到量產(chǎn)，未來幾年內(nèi)采用65nm工藝的加工方式將獲得極大的發(fā)展。這些領域一般要求定位范圍在幾十至上百毫米、定位精度在納米級、定位速度在米/秒。但目前存在的問題是：傳統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)電機和滾珠絲杠傳動的工作臺系統(tǒng)，雖然能夠達到大范圍的運動行程，但其定位精度僅能達到微米或亞微米級。在旋轉(zhuǎn)電機和滾珠絲杠的定位裝置中，滾珠絲杠是一種細而長的非剛性傳動元件，扭轉(zhuǎn)剛度低，且運動速度增大時，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量增大、機械摩擦磨損嚴重，使得傳動誤差增大。這種機構難以實現(xiàn)高速運動；采用壓電陶瓷驅(qū)動和柔性鉸鏈支撐的微位移運動平臺雖然精度能夠達到納米級，但其行程小，一般只能達到幾十微米至上百微米；采用伺服馬達、壓電尺蠖驅(qū)動的運動平臺系統(tǒng)雖然可以達到大行程，高分辨率的運動性能，但其運動速度太低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提出一種具有大運動范圍、高速定位、高精度、寬平臺的特點的大運動范圍宏微雙重定位平臺。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：包括下平臺基座以及設置在下平臺基座上的上平臺基座，上平臺基座上經(jīng)線切割加工有微動工作平臺，下平臺基座的兩側設置有平行導軌，上平臺基座通過滾動導軌副安裝在平行導軌上，直線電機定子固定于下平臺基座上，直線電機動子通過直線電子動子連接架與上平臺基座相連，在下平臺基座的一側安裝有光柵尺，與光柵尺相配合的光柵尺讀數(shù)頭通過連接架與微動工作平臺相連，微動工作平臺的四周開有框形直通槽，微動工作平臺上還開設有安裝Y向壓電驅(qū)動器、X向壓電驅(qū)動器的Y向壓電驅(qū)動器定位槽和X向壓電驅(qū)動器定位槽，且在微動工作平臺還開設有安裝承載平臺的固定螺孔。

本發(fā)明的下平臺基座上還設置有光柵尺固定架，光柵尺通過光柵尺固定架固定在下平臺基座上；下平臺基座還設置有兩個起限位保護作用的機械限位裝置；上平臺基座上有開設有直線電機動子固定沉孔和導軌副沉孔，直線電機動子的安裝連接架及導軌副分別通過直線電機動子固定沉孔和導軌副沉孔與上平臺基座相連；微動工作平臺四周開設的框形直通槽的寬度為2mm；Y向、X向壓電驅(qū)動器分別位于前擋塊和后擋塊之間，前擋塊為一圓弧結構，分別與Y向、X向壓電驅(qū)動器定位槽中的圓弧相切起到定位作用，Y向、X向壓電驅(qū)動器預緊螺孔中的螺釘頂在后擋塊上固定預緊；X向上，微動工作平臺上開設有柔性鉸鏈機構，該柔性鉸鏈機構包括五個柔性鉸鏈和三個柔性鉸鏈臂；Y向上，微動工作平臺上開有的兩個對稱的柔性鉸鏈機構，每個柔性鉸鏈機構包括六個柔性鉸鏈和三個柔性鉸鏈臂。

本發(fā)明采用粗動臺和微動臺相結合的方式解決現(xiàn)有高速高精密定位系統(tǒng)在行程、精度、速度方面不足的缺點。粗動臺完成大范圍高速運動，定位精度在微米級；微動臺對粗動工作臺進行定位誤差及轉(zhuǎn)角誤差進行補償，使定位精度達到納米精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；

圖2是上平臺基座5的正面結構示意圖；

圖3是壓電驅(qū)動器在定位槽內(nèi)的安裝結構示意圖；

圖4是微動臺7沿X方向上由柔性鉸鏈形成的雙平行四桿機構結構圖；

圖5是微動臺7在Y方向上由柔性鉸鏈形成的轉(zhuǎn)動機構結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。