[實用新型]帶有減少移動質量的直驅XYZ軸定位系統

有效

• 申請號: 201120141214.2
• 申請日: 2011-05-05
• 公開（公告）號: CN202085441U
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 林浩元;吳彩鳴;江永明;廖永平
• 申請（專利權）人: 雅科貝思精密機電(上海)有限公司
• 主分類號: H05K13/04
• 分類號: H05K13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種XYZ軸貼片系統，其用于微型裝置的選擇和安裝，例如半導體、LED以及光學元件，特別是涉及一種帶有減少移動質量的直驅XYZ軸定位系統。

背景技術

直驅執行器(例如直線電機)近年來已經得到普及，特別是用于制造電子元件和半導體的設備。眾所周知，采用直驅的優勢是高加速度，高速度，高精度，減少移動質量，沒有復雜傳輸系統的簡化設計，同時移動部件與傳輸機制也沒有任何磨損和裂縫，具有較好的可靠性。

然而，效果不太明顯或不太注意的一個優點就是通過使用直驅增加了運動系統的剛性。沒有傳輸裝置例如滾珠絲桿，皮帶或者聯軸器，直接驅動負載改進了運動系統的剛性。更好的剛性效果導致較短的整定時間，實質上它在運動系統的性能里是一個重要的參數。例如，移動一個負載5mm的短距離并且加速度為6G，位置公差在目標位置上要在正負10微米里，如果需要17ms時間來完成運動，一個剛性系統可以使整定時間在大約在1ms，盡管一個更兼容或者更靈活的系統能使整定時間在10ms，相對于剛性系統來說要10倍的時間。一個柔性系統往往有震動，特別是在運動的結束，系統需要帶有非常急劇的減速度而停下。這就是剛性系統和柔性系統性能的不同點，但也是非常重要的，并且這樣的一個性能上的巨大區別最終會影響到制造業中一臺機器的生產力。

因此，一個直驅的理想設計(例如一個直線電機系統)是能到達盡可能高的剛性。除了最好材料(受限于成本)的選擇來實現較高的剛性，應該在設計中使用最小的部件，因為更多的連接件意味著更好的柔度和靈活度。與一個系統的剛性相關，另一個在設計中考慮的重要領域是采用通過或者關閉負載質量的重心定位力線。這會降低在高加速度和減速度之間的瞬間負荷的效果。當驅動力和負載的質心通過一個大距離互相抵消，產生一個巨大的力矩并且它會導致系統彎曲和震動，因此增加了需要運動的整定時間。一個剛性的系統會被這種力矩負載減少影響，并且一個帶有更多連接件的柔性系統會有更多的不利影響。剛性并且系統在驅動力效果方面被設計的程度如何，稱為系統閉環帶寬。很多通常可得到的運動控制卡包括運算和功能，其允許我們作一個系統上的頻率響應測試來獲得系統閉環帶寬。一個帶有負載的剛性系統靠近重心驅動，趨向于有較高的帶寬并且這樣一個系統運動的整定時間也會較短。

直驅的優勢例如直線電機是明確的并且令人信服的，不像滾珠絲桿驅動系統或者帶滑輪的皮帶驅動系統，一個直驅系統有一個不利之處就是沒有任何機械上的優勢，也就是說它必須直接驅動負載。直驅的限制和特點意味著移動質量應該被盡可能的減少，從而盡可能的達到更高的動態性能。

一個使用減少負載質量的方法是通過執行器的解耦。“解耦”意思是在結構里分離2個執行器，它會使2個執行器同時工作并且一個執行器的整個重量是沒有被另一個支撐或者支持。有效解耦不能降低執行器的數量。這僅僅是一個較好的方法來安排執行器和引導運動的軸承。代替安裝整個執行器在另一個執行器移動的支撐架上，它將意味著要支持整個重量。當另一部分安裝在一個固定支承上，解耦效果執行器意味著僅僅執行器的重量部分被支撐著。很多機制在以前已開發了解耦執行器，如圖1所示的，在一個XYZ軸定位系統通過3個執行器進行解耦。

在圖1中，一個笛卡爾坐標系的坐標軸是帶有X，Y，Z軸的記號。3個直線電機配置來提供X，Y，Z軸的運動。在后端的設備是X直線電機。X直線電機15是固定在一個基座，線圈(圖中暫未表示)在X軸方向移動X工作臺16(形狀為長方形的)。X工作臺16是為了Y軸的支撐結構，它連接Y軸到X軸。Y軸的導軌固定在X工作臺16上，并且Y軸的滑塊沿著這個導軌滑動，并連接到Y工作臺17。Y工作臺17是另一個連接件或支撐結構。它也是連接到Y軸電機線圈。Y軸直線電機定子18是固定在固定機座19上。Y軸工作臺17也是支撐著Z軸導軌。固定在這些導軌上的是滑塊和Z軸的Z工作臺20。末端效應器21和Z電機線圈是旋轉連接到Z軸工作臺20。Z電機定子22是固定在固定機座19上。

每個線圈的摘要，以及它們連接件和需要驅動的部件如下面表一所示。

表一

力如何通過下一個接口/連接件從每個電機線圈來傳送到末端效應器的摘要，如下面表二所示。

表二