一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著IC制造中芯片光刻與封裝、MESM制造中器件的封裝與組裝以及精密工程中精密加工及精密測量等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對定位系統(tǒng)地行程和精度都提出了越來越高的要求，宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)解決了精密定位技術(shù)中大行程與高精度兩者之間矛盾，宏微兩級驅(qū)動定位機構(gòu)在工程應(yīng)用中越來越多地被采用。
[0003]目前，在宏微兩級驅(qū)動定位技術(shù)中用作微位移驅(qū)動的器件主要有壓電驅(qū)動、音圈電機、磁致伸縮器件等，而壓電驅(qū)動又是應(yīng)用最早、技術(shù)最成熟之一。
[0004]現(xiàn)有以壓電驅(qū)動作為微位移驅(qū)動的宏微定位機構(gòu)中，大多采用串聯(lián)疊加的方式布置宏微兩級運動結(jié)構(gòu)，即在宏微滑塊上直接放置壓電驅(qū)動裝置，而壓電驅(qū)動裝置包括激發(fā)器和柔性鉸鏈機構(gòu)，激發(fā)器將電能轉(zhuǎn)化成機械能，推動柔性鉸鏈機構(gòu)的變形來實現(xiàn)行程為幾十微米、分辨率能達到納米級的微位移運動；在壓電驅(qū)動裝置的柔性機構(gòu)的變形轉(zhuǎn)化成微定位的過程中，載物臺的直線運動無法采用高精度的氣浮導(dǎo)軌導(dǎo)向，一般柔性鉸鏈機構(gòu)加工成平行四邊形結(jié)構(gòu)，理論上在微行程范圍內(nèi)，微定位運動的直線性誤差對定位結(jié)果無影響，而實際工程中總會存在加工誤差，定位精度要求越高，直線性誤差就越不能被忽略。
[0005]因此，宏微兩級運動的每一級運動均應(yīng)該有高精度的導(dǎo)軌導(dǎo)向，以保證運動精度。如果對宏微兩級運動的每一級運動都添加導(dǎo)軌進行導(dǎo)向，要求兩級導(dǎo)軌的精度一致，且每一級運動精度均要求很高，這對兩級導(dǎo)軌的制造和安裝均造成了較大難度，宏微兩級微位移定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，制造成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)直線運動無導(dǎo)軌導(dǎo)向、兩級導(dǎo)軌制造和安裝難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和制造成本高的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)包括壓電驅(qū)動器減震系統(tǒng)、基座、氣浮導(dǎo)軌、宏動定位系統(tǒng)、微動定位滑塊、支架和激光干涉測量儀；
[0008]基座通過螺釘固定連接在減震系統(tǒng)的上端面，氣浮導(dǎo)軌通過螺釘固定連接在基座安裝平面的一端上，支架通過螺釘固定連接在基座安裝平面的另一端上，激光干涉儀通過螺釘固定連接在支架上，微動定位滑塊與氣浮導(dǎo)軌間隙配合；
[0009]宏動定位系統(tǒng)包括宏動氣浮滑塊、柔性球頭鉸、間隙調(diào)整釘、宏動定位鉗制滑塊、兩根鉗制導(dǎo)軌、直線電機、鉗制導(dǎo)軌滑塊、和鉗制器；
[0010]宏動氣浮滑塊與氣浮導(dǎo)軌間隙配合，宏動氣浮滑塊與宏動定位鉗制滑塊通過柔性球頭鉸和間隙調(diào)整釘連接，直線電機的動子與宏動定位鉗制滑塊固定連接，直線電機的定子通過螺釘與基座固定連接，兩根鉗制導(dǎo)軌相對于直線電機對稱的通過螺釘固定連接在基座上，鉗制滑塊在鉗制導(dǎo)軌上滑動；
[0011]鉗制器在鉗制導(dǎo)軌上滑動，另一端通過螺釘固定連接在鉗制滑塊的安裝面上；
[0012]壓電驅(qū)動器一端與微動定位滑塊固定連接，壓電驅(qū)動器的另一端與宏動定位鉗制滑塊固定連接。
[0013]所述柔性球頭鉸包括圓柱定位面、球面、螺紋部、圓錐面和狹縫；圓柱定位面在柔性球頭鉸的上部，球面在柔性球頭鉸的下部，球面上圓周均布四條狹縫，柔性球頭鉸的中心軸位置為鏤空孔的，鏤空孔的上端有螺紋，鏤空孔的下端為圓錐面。
[0014]所述間隙調(diào)整釘?shù)纳隙藶殚g隙調(diào)整螺螺紋部，間隙調(diào)整釘?shù)南露藶殚g隙調(diào)整釘圓錐面，間隙調(diào)整釘?shù)捻敹思庸び袃?nèi)六角扳手的工作孔；間隙釘上端的螺紋與柔性球頭鉸的鏤空孔的上端的相同的螺紋；間隙調(diào)整釘圓錐面與柔性球頭鉸的鏤空孔的下端圓錐面的圓錐度相同，且間隙調(diào)整釘圓錐面的大端直徑比柔性球頭鉸的圓錐面的大端直徑大1_-2_。
[0015]所述宏動氣浮滑塊與宏動定位鉗制滑塊通過柔性球頭鉸和間隙調(diào)整釘連接具體為柔性球頭鉸的上部圓柱面定位到宏動氣浮滑塊上，柔性球頭鉸的下部球面與宏動定位鉗制滑塊上端的球面配合形成球鉸；間隙調(diào)整釘?shù)南露藞A錐面與柔性球頭鉸的圓錐面配合，間隙螺釘上端的螺紋部與柔性球頭鉸的螺紋部旋合。
[0016]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:激光干涉儀是位置閉環(huán)元件，為宏微兩級運動提供位置反饋，當開始宏動定位時，直線電機的動子將動力傳遞給宏動定位鉗制滑塊，宏動定位鉗制滑塊通過柔性球頭鉸將動力傳遞給宏動氣浮滑塊，宏動氣浮滑塊通過壓電驅(qū)動器帶動微動定位滑塊運動；在宏動定位期間，壓電驅(qū)動器和鉗制器都處于不工作狀態(tài)，即壓電驅(qū)動器在宏動定位期間僅起到固定連接的作用，鉗制器在宏動定位期間隨著宏動定位鉗制滑塊一起運動；當激光干涉測量儀反饋數(shù)據(jù)顯示宏動定位精度達到微米級時，直線電機轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，鉗制器開啟工作狀態(tài)，即當宏動定位完成后，鉗制器與鉗制導(dǎo)軌抱死，通過鉗制器與鉗制導(dǎo)軌的抱死實現(xiàn)宏動定位系統(tǒng)與基座的固定，完成第一級宏動定位；第一級宏動定位完成后，壓電驅(qū)動器進入工作狀態(tài)，壓電驅(qū)動器驅(qū)動微動定位滑塊在氣浮導(dǎo)軌上運動，完成第二級亞微米級的甚至是納米級的高精度定位；第一級宏動定位運動與第二級高精度定位運動共用同一氣浮導(dǎo)軌，兩級定位運動的直線性精度高，且少了一級導(dǎo)軌，有效地降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低了制造成本；本發(fā)明的柔性球頭鉸消除了本機構(gòu)運動過程中的空回誤差，且柔性球頭鉸的萬向性允許氣浮導(dǎo)軌與鉗制導(dǎo)軌之間存在較大的不平行度誤差，因此使用柔性球頭鉸減低了鉗制導(dǎo)軌的制造精度，也有效地降低了鉗制導(dǎo)軌在基座上的安裝基面的加工精度，同時也降低了鉗制導(dǎo)軌在基座上安裝難度，從而降低了制造成本。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的宏動定位系統(tǒng)的截面圖；
[0019]圖3為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的宏動定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖4為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的柔性球頭鉸的截面圖
[0021]圖5為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的球頭鉸的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖6為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的鉗制滑塊的截面圖；
[0023]圖7為本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)的間隙調(diào)整釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖；
[0024]其中，1、減震系統(tǒng)，2、基座，3、氣浮導(dǎo)軌，4、宏動定位系統(tǒng)，5、壓電驅(qū)動器，6、微動定位滑塊，7、激光干涉測量儀，8、支架，9、宏動氣浮滑塊，10、柔性球頭鉸，1001、圓柱定位面，1002、球面，1003、螺紋部，1004、圓錐面，1005、狹縫，11、間隙調(diào)整釘，1101、間隙調(diào)整釘螺紋部，1102、間隙調(diào)整釘圓錐面，1103、內(nèi)六角扳手工作孔，12、宏動定位鉗制滑塊，1201、宏動定位鉗制滑塊球面，13、鉗制導(dǎo)軌，14、直線電機，15、鉗制導(dǎo)軌滑塊，16、鉗制器。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步闡述。
[0026]參見附圖1、附圖2、附圖3、附圖4、附圖5、附圖6和附圖7，本發(fā)明一種宏微兩級驅(qū)動精密定位機構(gòu)包括壓電驅(qū)動器5、減震系統(tǒng)1、基座2、氣浮導(dǎo)軌3、宏定動位系統(tǒng)4、微動定位滑塊6、支架8和激光干涉測量儀7 ；
[0027]基座2通過螺釘固定連接在減震系統(tǒng)I的上端面，氣浮導(dǎo)軌3通過螺釘固定連接在基座2安裝平面的一端上，支架8通過螺釘固定連接在基座2安裝平面的另一端上，激光干涉儀通過螺釘固定連接在支架8上，微動定位滑塊6在氣浮導(dǎo)軌3上滑動；
[0028]宏動定位系統(tǒng)4包括宏動氣浮滑塊9、柔性球頭較10、間隙調(diào)整釘11、宏動定位鑰'制滑塊12、兩根鉗制導(dǎo)軌13、直線電機14、鉗制導(dǎo)軌滑塊15和鉗制器16