[发明专利]大运动范围宏微双重驱动定位平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种大运动范围高速超精密定位装置，具体涉及一种大运动范围宏微双重驱动定位平台。

背景技术

高速和高精度的超精密工作台系统在现代尖端工业生产和科学研究领域占有极其重要的地位。随着集成电路(IC)制造、微型机械电子系统(MEMS)、精密测试系统和精密加工等领域的快速发展，迫切需要能够进行大运动范围、高精度、高速定位的装置。从国际上IC加工所用圆晶片尺寸及加工线宽尺度的发展状况看，超大规模集成电路(VLSI)的线宽已进入了0.1μm范围，加工的圆晶尺寸已达到300mm。现在特征尺度90nm的IC将达到量产，未来几年内采用65nm工艺的加工方式将获得极大的发展。这些领域一般要求定位范围在几十至上百毫米、定位精度在纳米级、定位速度在米/秒。但目前存在的问题是：传统采用旋转电机和滚珠丝杠传动的工作台系统，虽然能够达到大范围的运动行程，但其定位精度仅能达到微米或亚微米级。在旋转电机和滚珠丝杠的定位装置中，滚珠丝杠是一种细而长的非刚性传动元件，扭转刚度低，且运动速度增大时，滚珠丝杠转动惯量增大、机械摩擦磨损严重，使得传动误差增大。这种机构难以实现高速运动；采用压电陶瓷驱动和柔性铰链支撑的微位移运动平台虽然精度能够达到纳米级，但其行程小，一般只能达到几十微米至上百微米；采用伺服马达、压电尺蠖驱动的运动平台系统虽然可以达到大行程，高分辨率的运动性能，但其运动速度太低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种具有大运动范围、高速定位、高精度、宽平台的特点的大运动范围宏微双重定位平台。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括下平台基座以及设置在下平台基座上的上平台基座，上平台基座上经线切割加工有微动工作平台，下平台基座的两侧设置有平行导轨，上平台基座通过滚动导轨副安装在平行导轨上，直线电机定子固定于下平台基座上，直线电机动子通过直线电子动子连接架与上平台基座相连，在下平台基座的一侧安装有光栅尺，与光栅尺相配合的光栅尺读数头通过连接架与微动工作平台相连，微动工作平台的四周开有框形直通槽，微动工作平台上还开设有安装Y向压电驱动器、X向压电驱动器的Y向压电驱动器定位槽和X向压电驱动器定位槽，且在微动工作平台还开设有安装承载平台的固定螺孔。

本发明的下平台基座上还设置有光栅尺固定架，光栅尺通过光栅尺固定架固定在下平台基座上；下平台基座还设置有两个起限位保护作用的机械限位装置；上平台基座上有开设有直线电机动子固定沉孔和导轨副沉孔，直线电机动子的安装连接架及导轨副分别通过直线电机动子固定沉孔和导轨副沉孔与上平台基座相连；微动工作平台四周开设的框形直通槽的宽度为2mm；Y向、X向压电驱动器分别位于前挡块和后挡块之间，前挡块为一圆弧结构，分别与Y向、X向压电驱动器定位槽中的圆弧相切起到定位作用，Y向、X向压电驱动器预紧螺孔中的螺钉顶在后挡块上固定预紧；X向上，微动工作平台上开设有柔性铰链机构，该柔性铰链机构包括五个柔性铰链和三个柔性铰链臂；Y向上，微动工作平台上开有的两个对称的柔性铰链机构，每个柔性铰链机构包括六个柔性铰链和三个柔性铰链臂。

本发明采用粗动台和微动台相结合的方式解决现有高速高精密定位系统在行程、精度、速度方面不足的缺点。粗动台完成大范围高速运动，定位精度在微米级；微动台对粗动工作台进行定位误差及转角误差进行补偿，使定位精度达到纳米精度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是上平台基座5的正面结构示意图；

图3是压电驱动器在定位槽内的安装结构示意图；

图4是微动台7沿X方向上由柔性铰链形成的双平行四杆机构结构图；

图5是微动台7在Y方向上由柔性铰链形成的转动机构结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。