[发明专利]结构新颖的大行程高精度Z轴工作台

说明书

技术领域

本发明涉及精密机械结构设计领域技术，尤其是指一种结构新颖的大行程高精度Z轴工作台。

背景技术

在微型机械、超精密加工、微型装配、半导体器件制造及纳米技术等领域，均需要高精度的定位和非常精细的运动，因此微位移驱动技术成为这些领域的关键技术支持。目前在很多应用场合，需要具有数十毫米行程、纳米级定位精度的Z轴工作台。满足大量程高精度的Z轴工作台大多采用多级驱动。大行程用步进电机驱动，其行程大但定位精度不高；然后再通过压电陶瓷的微驱动，实现高精度定位。所以结构上，导轨面之间及导轨面与工作台面之间均有较大的间距，阿贝误差不容易控制，无法满足微纳米测量和微纳米加工的要求。Z轴的驱动精度较X、Y轴的平面驱动要低很多，主要是由于往返行程的驱动不均匀导致，因此需加配重。现有工作台的配重多是采用双质量块的对称结构，很难达到重力平衡，结构也相对复杂，使得驱动控制难以均匀平稳。此外，传统Z轴工作台对驱动行程的状态也没有必要的传感器监测，因此工作台配重的状态调整也很难实时保证。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种结构新颖的大行程高精度Z轴工作台，其能有效解决现有之Z轴工作台的阿贝误差不容易控制而无法满足微纳米测量和微纳米加工要求的问题。

本发明的另一目的是提供一种结构新颖的大行程高精度Z轴工作台，其能有效解决现有之Z轴工作台难达到重力平衡、结构复杂并使得驱动控制难以均匀平稳的问题。

本发明的再一目的是提供一种结构新颖的大行程高精度Z轴工作台，其能有效解决现有之Z轴工作台缺少必要的传感器监测的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种结构新颖的大行程高精度Z轴工作台，包括有底座、第一支架、第二支架、活动支撑杆、工作台以及精密活动定位台；该第一支架和第二支架均设置于底座上；该活动支撑杆可上下活动地设置于第一支架上，该活动支撑杆上固设有竖向延伸的光栅尺，该第一支架上设置有光栅读数头；该工作台固设于活动支撑杆的上端；该精密活动定位台可上下活动地设置于第二支架上，该活动支撑杆的下端与精密活动定位台固定连接，针对该精密活动定位台设置有带动精密活动定位台上下活动的驱动装置，该活动支撑杆和工作台随精密活动定位台同步上下活动；以及，该工作台的中心、光栅尺的中心、光栅读数头的中心以及精密活动定位台的中心位于同一直线上。

作为一种优选方案，所述精密活动定位台位于第二支架的一侧，该第二支架的顶部设置有定滑轮支架，该定滑轮支架的两侧分别设置有定滑轮，其中一定滑轮位于精密活动定位台的正上方，另一定滑轮位于第二支架另一侧的上方，两定滑轮上设置有牵引绳，该牵引绳的一端与精密活动定位台连接，牵引绳的另一端连接有拉力传感器，该拉力传感器上垂直吊挂有配重块。

作为一种优选方案，所述定滑轮支架包括有纵向调节块和横向调节块；该纵向调节块上设置有纵向条形孔，一第一调节螺栓穿过该纵向条形孔与第二支架固定连接；该横向调节块上设置有横向条形孔，一第二调节螺栓穿过该横向条形孔与纵向调节块固定连接；前述定滑轮分别可转动地设置有横向调节块的两端。

作为一种优选方案，所述配重块包括有多个500g砝码、多个100g砝码以及多个50g砝码，该多个500g砝码、多个100g砝码以及多个50g砝码由下往上叠合一起。

作为一种优选方案，所述驱动装置包括有步进电机以及丝杆螺母机构，该丝杆螺母机构包括有丝杆以及与丝杆螺合的螺母，该丝杆竖向延伸并可转动地设置于第二支架上，前述精密活动定位台固定于螺母上，该步进电机通过联轴器带动丝杆转动。

作为一种优选方案，所述第一支架为L型支架，该第一支架通过螺钉固定于底座上。

作为一种优选方案，所述第二支架为L型支架，该第二支架通过螺钉固定于底座上。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

一、通过将工作台的中心、光栅尺的中心、光栅读数头的中心以及精密活动定位台的中心设置在位于同一直线上，理论上可实现系统的零阿贝误差，以最大程度地减少了系统的阿贝误差，满足微纳米测量和微纳米加工要求。

二、通过配合利用定滑轮支架、定滑轮和牵引绳以吊挂配重块而形成结构简单的单臂桥式配重设计，通过有限元Analysis对系统的重心进行分析计算，采用单配重结构，使吊臂垂直牵引在系统重心线，且通过定滑轮支架使得配重块的重心可调，通过调整牵引绳前后左右微小距离的移动，使吊臂垂直牵引在系统重心线，从而确保驱动过程的均匀平稳。