跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機科學(xué)及技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體芯片制造的集成度不斷提高，現(xiàn)有光刻技術(shù)由于自身固有的局限性已經(jīng)無法滿足高效率和高精密度的要求，因此，提出了納米壓印技術(shù)。但是在大面積壓印技術(shù)應(yīng)用中，要實現(xiàn)大行程或者超大行程、較高的運行速度和定位精度，目前高速條件下電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等的慣性問題仍然難以解決；另一方面大行程或超大行程范圍內(nèi)機械系統(tǒng)的平面度、平行度等系統(tǒng)寄生誤差必然會使納米級定位精度的實現(xiàn)變得極為困難。
[0003]目前，業(yè)界普遍采用宏-微定位技術(shù)來實現(xiàn)高精度的定位，由宏動平臺實現(xiàn)大行程、粗精度定位，由微動平臺實現(xiàn)微行程、高精度的定位。但是由于大行程和高精度之間存在的矛盾，現(xiàn)有的宏動平臺大多行程較小(<=300mm),本發(fā)明設(shè)計的直線電機直接驅(qū)動的H型機械結(jié)構(gòu)的運動平臺，采用串聯(lián)機構(gòu)設(shè)計思路，能夠?qū)崿F(xiàn)500_的大行程，同時具有高的運行速度和定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有宏微兩級定位平臺的宏動臺所存在的大行程和高定位精度不能同時兼顧的問題而發(fā)明一種基于直線電機直接驅(qū)動、H型串聯(lián)結(jié)構(gòu)的跨尺度二維運動平臺，能夠同時實現(xiàn)大行程、高速、高精度，且剛度高，承載能力大，有利于提高微納領(lǐng)域的生產(chǎn)制造精度。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的思路如下:
由于H型串聯(lián)結(jié)構(gòu)具有搭建方便、控制簡單、剛性大、承載能力高等諸多優(yōu)勢，因此，本發(fā)明設(shè)計了基于H型串聯(lián)結(jié)構(gòu)的定位平臺；要實現(xiàn)大行程或超大行程，傳統(tǒng)的伺服電機加滾珠絲杠驅(qū)動難以滿足要求，因此選用直線電機直接驅(qū)動，能實現(xiàn)大的推重比，行程不受限制，且省去中間傳動環(huán)節(jié)造成的傳動誤差；速度的提高會帶來平臺的微振動，本發(fā)明采用大理石材料作為平臺，具有較好的平面特性、抗振性和較小的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點。
[0006]基于以上思路，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺，包括一個上層Y向工作臺、一個下層X向雙邊驅(qū)動工作臺、大理石平臺及支架，所述上層Y向工作臺與下層X向雙邊驅(qū)動工作臺以串聯(lián)方式連接，置于大理石平臺上；所述上層Y向工作臺由一個Y向直線電機驅(qū)動，兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，并通過一個Y向光柵尺完成Y方向位置反饋；上層Y向工作臺通過XY轉(zhuǎn)接板固定在下層X向雙邊驅(qū)動工作臺上；所述下層X向雙邊驅(qū)動工作臺由兩個X向直線電機同步驅(qū)動，兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，并通過兩個X向光柵尺完成X方向雙邊位置反饋；下層X向雙邊驅(qū)動工作臺通過螺釘固定在大理石平臺上；大理石平臺由支架支撐，所述支架包括四個調(diào)節(jié)螺栓、四個支承座、四個支架梁及四個支撐腳墊，支架通過四個調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整大理石平臺的高度，使其與地面保持平行。
[0007]所述上層Y向工作臺包括:操作臺、防塵蓋板、Y向工作臺、一個Y向直線電機、兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌、四個Y向?qū)к壔瑝K、一個Y向光柵尺、一個Y向讀數(shù)頭、一個L型支架、一個柵尺墊板、XY轉(zhuǎn)接板、兩個防塵罩擋板、四個Y向機械限位、一個Y向坦克鏈及四個魚腹梁，操作臺、防塵蓋板及Y向工作臺之間分別用螺釘連接，防塵蓋板選用不銹鋼材料，在工作中起到防塵作用，Y向工作臺通過螺釘固定在四個Y向?qū)к壔瑝K上，在Y向直線電機動子驅(qū)動下沿兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌實現(xiàn)Y向運動，Y向直線電機的定子、兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌均通過螺釘固定在XY轉(zhuǎn)接板上，Y向讀數(shù)頭與L型支架連接，L型支架固定在Y向工作臺上，實現(xiàn)操作臺的Y向位置信息的實時反饋，四個Y向機械限位實現(xiàn)對操作臺的Y向運動限位功能，四個魚腹梁分別兩兩對稱固定在XY轉(zhuǎn)接板兩邊，用來提高XY轉(zhuǎn)接板的剛度。
[0008]所述下層X向雙邊驅(qū)動工作臺包括兩個X向直線電機、兩個X向電機連接板、四個X向電機墊板、兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌、四個X向?qū)к壔瑝K、兩個X向光柵尺、兩個X向讀數(shù)頭、兩個讀數(shù)頭連接塊、兩個Z型柵尺防塵蓋板、四個X向機械限位、兩個X向坦克鏈、兩個X向坦克鏈連接、四個X向坦克鏈限位板、四個風(fēng)琴罩、四個第一風(fēng)琴罩擋板及四個第二風(fēng)琴罩擋板；所述XY轉(zhuǎn)接板通過螺釘固定在四個X向?qū)к壔瑝K上，在兩個X向直線電機的動子同步驅(qū)動下沿兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌實現(xiàn)X向精密定位，兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌在安裝時必須保證平行，兩個X向直線電機通過四個X向直線電機墊板固定在大理石平臺上，兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌通過螺釘固定在大理石平臺上，兩個X向電機連接板與兩個讀數(shù)頭連接塊連接，兩個讀數(shù)頭連接塊與兩個X向讀數(shù)頭連接，從而實現(xiàn)X向雙邊位置信息的反饋，兩個Z型防塵蓋板與XY轉(zhuǎn)接板連接，其由不銹鋼材料制成，用于實現(xiàn)對兩個X向光柵尺的保護作用，兩個X向柵尺固定在大理石平臺上且必須保證同時與兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌和兩個X向直線電機的定子平行，四個X向機械限位實現(xiàn)X向限位功能，兩個X向坦克鏈通過兩個X向坦克鏈連接與XY轉(zhuǎn)接板連接，沿X方向運動，四個風(fēng)琴罩由四個第二風(fēng)琴罩擋板和四個第一風(fēng)琴罩擋板前后限位，工作過程中對電機、導(dǎo)軌等部件起防塵作用。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點:
本發(fā)明采用直線電機驅(qū)動、光柵尺反饋、滾動導(dǎo)軌導(dǎo)向的二維運動平臺，結(jié)構(gòu)簡單，剛度高，承載能力大，定位精度高，可以實現(xiàn)二維大行程高速高精度的運動。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的上層Y向運動平臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的XY轉(zhuǎn)接板及Y向光柵測量結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為本發(fā)明一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的下層X向雙邊驅(qū)動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5為本發(fā)明一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的X向光柵測量結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6為本發(fā)明一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺的支架結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0017]如圖1和圖6所示，一種跨尺度二維大行程高速高精度運動平臺，包括一個上層Y向工作臺1、一個下層X向雙邊驅(qū)動工作臺2、大理石平臺3及支架4，所述上層Y向工作臺I與下層X向雙邊驅(qū)動工作臺2以串聯(lián)方式連接，置于大理石平臺3上；所述上層Y向工作臺I由一個Y向直線電機25驅(qū)動，兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌8導(dǎo)向，并通過一個Y向光柵尺28完成Y方向位置反饋；上層Y向工作臺I通過XY轉(zhuǎn)接板5固定在下層X向雙邊驅(qū)動工作臺2上；所述下層X向雙邊驅(qū)動工作臺2由兩個X向直線電機6同步驅(qū)動，兩個X向高速滾動直線導(dǎo)軌7導(dǎo)向，并通過兩個X向光柵尺13完成X方向雙邊位置反饋；下層X向雙邊驅(qū)動工作臺2通過螺釘固定在大理石平臺3上；大理石平臺3由支架4支撐，所述支架4包括四個調(diào)節(jié)螺栓37、四個支承座35、四個支架梁36及四個支撐腳墊38，支架4通過四個調(diào)節(jié)螺栓37調(diào)整大理石平臺3的高度，使其與地面保持平行。
[0018]如圖2和圖3所示，所述上層Y向工作臺I包括:操作臺22、防塵蓋板23、Y向工作臺24、一個Y向直線電機25、兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌8、四個Y向?qū)к壔瑝K27、一個Y向光柵尺28、一個Y向讀數(shù)頭30、一個L型支架26、一個柵尺墊板29、XY轉(zhuǎn)接板5、兩個防塵罩擋板31、四個Y向機械限位32、一個Y向坦克鏈33及四個魚腹梁34，操作臺22、防塵蓋板23及Y向工作臺24之間分別用螺釘連接，防塵蓋板23選用不銹鋼材料，在工作中起到防塵作用，Y向工作臺24通過螺釘固定在四個Y向?qū)к壔瑝K27上，在Y向直線電機25動子驅(qū)動下沿兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌8實現(xiàn)Y向運動，Y向直線電機25的定子、兩個Y向高速滾動直線導(dǎo)軌8均通過螺釘固定在XY轉(zhuǎn)接板5上，Y向讀數(shù)頭30與L型支架26連接，L型支架26固定在Y向工作臺24上，實現(xiàn)操作臺22的Y向位置