專利名稱：氣浮xy兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，可用于微電子制造中IC芯片封裝的精確定位，屬于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制中，高速高精度運(yùn)動(dòng)控制作為制造及裝配等領(lǐng)域的通用技術(shù)，一直以來(lái)都是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重要研究?jī)?nèi)容，尤其在芯片(IC)封裝的微電子制造領(lǐng)域中。當(dāng)前的封裝設(shè)備的典型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的技術(shù)水平為運(yùn)動(dòng)加速度為6～10g，定位精度5～10μm，頻帶寬度為200～300Hz。隨著科技的發(fā)展，芯片封裝尺寸不斷的減小，I/O密度的增加、封裝工藝材料的改進(jìn)，對(duì)芯片封裝裝備定位精度、速度和加速度提出了更高的要求。下一代封裝設(shè)備隨著IC集成度日益提高，功能日益增多，I/O密度的增加，必將導(dǎo)致引腳間距的減小。高速度、高加速度運(yùn)動(dòng)是生產(chǎn)效率提高的基礎(chǔ)，而高精度運(yùn)動(dòng)是芯片生產(chǎn)質(zhì)量的保證。為了滿足這一要求，芯片后封裝設(shè)備的加速度要達(dá)到12～15g，定位精度要達(dá)到1～5μm，帶寬要提高到300～400Hz。當(dāng)前的XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)都采用滾珠等作為相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分的連接方式，由于摩擦產(chǎn)生熱量使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)發(fā)熱變形從而影響定位精度，高加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生很大的摩擦阻力也很難使加速度進(jìn)一步提高。因此必須設(shè)計(jì)新型的XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)來(lái)滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分用一定剛度的氣膜隔開(kāi)，系統(tǒng)無(wú)摩擦，以顯著提高定位精度、速度和加速度，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)主要由兩個(gè)垂直放置的直線電機(jī)、三個(gè)可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)、兩組限位光耦和原點(diǎn)光耦、兩組光柵尺組成，下平臺(tái)與中間平臺(tái)之間沿X方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工作平臺(tái)與中間平臺(tái)之間沿Y方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)；下平臺(tái)與中間平臺(tái)、中間平臺(tái)與工作平臺(tái)、工作平臺(tái)與推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的Y方向驅(qū)動(dòng)連桿之間用氣浮導(dǎo)軌連接起來(lái)；工作平臺(tái)、中間平臺(tái)、下平臺(tái)疊放并通過(guò)下平臺(tái)固連到基座上；X方向直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)X方向驅(qū)動(dòng)連桿進(jìn)而推動(dòng)中間平臺(tái)沿X方向運(yùn)動(dòng)，Y方向直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)Y方向驅(qū)動(dòng)連桿進(jìn)而推動(dòng)工作平臺(tái)沿Y方向運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具體結(jié)構(gòu)為主要由基座，下平臺(tái)，中間平臺(tái)，工作平臺(tái)，第一組氣浮導(dǎo)軌、第二組氣浮導(dǎo)軌，X方向直線電機(jī)，Y方向直線電機(jī)，X方向光柵尺，Y方向光柵尺，X方向限位光耦，Y方向限位光耦，X方向原點(diǎn)光耦，Y方向原點(diǎn)光耦組成。下平臺(tái)、中間平臺(tái)及工作平臺(tái)疊放。下平臺(tái)通過(guò)螺栓與基座相連接，第一組氣浮導(dǎo)軌通過(guò)螺栓分別與下平臺(tái)和中間平臺(tái)相連接，第二組氣浮導(dǎo)軌通過(guò)螺栓分別與工作平臺(tái)和中間平臺(tái)相連接。X方向直線電機(jī)動(dòng)子通過(guò)螺栓與X方向驅(qū)動(dòng)連桿相連接，X方向驅(qū)動(dòng)連桿通過(guò)螺栓與中間平臺(tái)相連接；Y方向直線電機(jī)動(dòng)子通過(guò)螺栓與Y方向驅(qū)動(dòng)連桿相連接，Y方向驅(qū)動(dòng)連桿通過(guò)螺栓與Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌相連接，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)通過(guò)螺栓與工作平臺(tái)相連接。X方向直線電機(jī)和Y方向直線電機(jī)的定子通過(guò)螺栓固定到基座上，X方向光柵尺、X方向限位光耦和X方向原點(diǎn)光耦通過(guò)固定螺栓固定到下平臺(tái)上，Y方向光柵尺、Y方向限位光耦和Y方向原點(diǎn)光耦通過(guò)固定螺栓固定到中間平臺(tái)上。
工作時(shí)，由于X方向直線電機(jī)的動(dòng)子與X方向驅(qū)動(dòng)連桿通過(guò)螺栓相連接，X方向驅(qū)動(dòng)連桿通過(guò)螺栓與中間平臺(tái)相連接，因此可通過(guò)X方向直線電機(jī)動(dòng)子驅(qū)動(dòng)X方向驅(qū)動(dòng)連桿進(jìn)而推動(dòng)中間平臺(tái)沿X方向運(yùn)動(dòng)。同理Y方向直線電機(jī)動(dòng)子通過(guò)螺栓與Y方向驅(qū)動(dòng)連桿相連接，Y方向驅(qū)動(dòng)連桿通過(guò)螺栓與Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌相連接，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)通過(guò)螺栓與工作平臺(tái)相連接，因此，可通過(guò)Y方向直線電機(jī)動(dòng)子驅(qū)動(dòng)Y方向驅(qū)動(dòng)連桿進(jìn)而推動(dòng)工作平臺(tái)沿Y方向運(yùn)動(dòng)。由于Y方向驅(qū)動(dòng)連桿與工作平臺(tái)通過(guò)Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌相連接，所以當(dāng)X方向直線電機(jī)動(dòng)子和Y方向直線電機(jī)動(dòng)子同時(shí)工作時(shí)，可使工作平臺(tái)同時(shí)沿X方向和Y方向運(yùn)動(dòng)。首先氣浮導(dǎo)軌的進(jìn)氣孔與一定壓力的氣源相連接，使氣浮導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件被一定剛度的氣膜隔開(kāi)。然后，X方向的原點(diǎn)光耦檢測(cè)中間平臺(tái)相對(duì)于下平臺(tái)的位移是否為零，如果不為零，根據(jù)X方向光柵尺的讀數(shù)與中間平臺(tái)相對(duì)于下平臺(tái)的位移為零時(shí)光柵尺的讀數(shù)相比較，確定中間平臺(tái)相對(duì)于下平臺(tái)的位移大小和方向，控制X方向直線電機(jī)動(dòng)子沿X方向運(yùn)動(dòng)的方向和距離，使中間平臺(tái)相對(duì)于下平臺(tái)的位移為零；Y方向的原點(diǎn)光耦檢測(cè)工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)的位移是否為零，如果不為零，根據(jù)Y方向光柵尺的讀數(shù)與工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)的位移為零時(shí)光柵尺的讀數(shù)相比較，確定工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)的位移大小和方向，控制Y方向直線電機(jī)動(dòng)子沿Y方向運(yùn)動(dòng)的方向和距離，使工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)的位移為零。最后，根據(jù)工作平臺(tái)將要達(dá)到的目標(biāo)點(diǎn)，確定中間平臺(tái)相對(duì)下平臺(tái)和工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)的目標(biāo)位移，從而確定X方向直線電機(jī)動(dòng)子和Y方向直線電機(jī)動(dòng)子所需運(yùn)動(dòng)的方向和距離，控制X方向直線電機(jī)動(dòng)子和Y方向直線電機(jī)動(dòng)子分別推動(dòng)中間平臺(tái)和工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，由X方向光柵尺和Y方向光柵尺反饋中間平臺(tái)相對(duì)于下平臺(tái)和工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)的位移，直到到達(dá)指定的目標(biāo)點(diǎn)。X方向限位光耦用于限定中間平臺(tái)相對(duì)于下平臺(tái)沿X方向的運(yùn)動(dòng)范圍，Y方向限位光耦用于限定工作平臺(tái)相對(duì)于中間平臺(tái)沿Y方向的運(yùn)動(dòng)范圍。
本發(fā)明通過(guò)氣浮導(dǎo)軌將疊放的工作平臺(tái)、中間平臺(tái)和下平臺(tái)相連接，采用兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)X方向驅(qū)動(dòng)連桿和Y方向驅(qū)動(dòng)連桿從而推動(dòng)中間平臺(tái)和工作平臺(tái)沿X方向、Y方向運(yùn)動(dòng)。與普通的XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相比，系統(tǒng)的電機(jī)定子都固定在機(jī)座上，從而可以顯著減少系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣量。做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工作平臺(tái)與中間平臺(tái)之間，中間平臺(tái)與下平臺(tái)之間以及工作平臺(tái)與驅(qū)動(dòng)其沿Y方向運(yùn)動(dòng)的Y方向驅(qū)動(dòng)連桿之間用氣浮導(dǎo)軌相連，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)剛性大；無(wú)摩擦、無(wú)磨損，清潔，無(wú)需保養(yǎng)；運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)摩擦產(chǎn)生的熱量和摩擦功率損耗，定位精度高。
本發(fā)明作為高速、高加速度、高精度定位的XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，特別適合用于綁定機(jī)，光刻機(jī)及精密測(cè)量中的掃描裝置。


圖1是本發(fā)明氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理主視圖。
圖1中，基座1，下平臺(tái)2，第一組氣浮導(dǎo)軌3，中間平臺(tái)4，第二組氣浮導(dǎo)軌5，Y方向光柵尺6，工作平臺(tái)7，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌8，Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9，Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10，Y方向直線電機(jī)定子11，Y方向直線電機(jī)固定螺栓12，X方向直線電機(jī)定子13，X方向光柵尺14，X方向直線電機(jī)固定螺栓15，下平臺(tái)固定螺栓16。
圖2是本發(fā)明氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理俯視圖。
圖2中，基座1，下平臺(tái)2，工作平臺(tái)7，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌8，Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9，Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10，Y方向直線電機(jī)定子11，Y方向直線電機(jī)固定螺栓12，X方向直線電機(jī)定子13，X方向驅(qū)動(dòng)連桿17，X方向直線電機(jī)動(dòng)子18。
圖3是下平臺(tái)2，第一組氣浮導(dǎo)軌3，X方向光柵尺14，X方向限位光耦21和原點(diǎn)光耦23裝配圖。
圖3中，下平臺(tái)2，第一組氣浮導(dǎo)軌3，X方向光柵尺14，X方向光柵尺固定螺栓19，X方向限位光耦固定螺栓20，X方向限位光耦21，X方向原點(diǎn)光耦固定螺栓22，X方向原點(diǎn)光耦23。
圖4是中間平臺(tái)4，第二組氣浮導(dǎo)軌5，Y方向光柵尺6，Y方向限位光耦25和原點(diǎn)光耦27裝配圖。
圖4中，中間平臺(tái)4，第二組氣浮導(dǎo)軌5，Y方向光柵尺6，Y方向光柵尺固定螺栓24，Y方向限位光耦25，Y方向限位光耦固定螺栓26，Y方向原點(diǎn)光耦27，Y方向原點(diǎn)光耦固定螺栓28。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理主視圖。
圖1中，下平臺(tái)2通過(guò)下平臺(tái)固定螺栓16固定到基座1上。第一組氣浮導(dǎo)軌3通過(guò)螺栓分別與下平臺(tái)2和中間平臺(tái)4相連接，第二組氣浮導(dǎo)軌5通過(guò)螺栓分別與中間平臺(tái)4和工作平臺(tái)7相連接。Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10通過(guò)螺栓與Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9相連接，Y方向直線電機(jī)定子11通過(guò)Y方向直線電機(jī)固定螺栓12固定到基座1上，X方向直線電機(jī)定子13通過(guò)X方向直線電機(jī)固定螺15固定到基座1上。X方向光柵尺14測(cè)量中間平臺(tái)4相對(duì)于下平臺(tái)2的位移；Y方向光柵尺6測(cè)量工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移。
圖2是本發(fā)明氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理俯視圖。
圖2中，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌8通過(guò)螺栓分別與工作平臺(tái)7和Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9相連接，X方向驅(qū)動(dòng)連桿17通過(guò)螺栓與中間平臺(tái)4相連接，X方向直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子18通過(guò)螺栓與X方向驅(qū)動(dòng)連桿17相連接。Y方向直線電機(jī)定子11通過(guò)Y方向直線電機(jī)固定螺栓12固定到基座1上。
圖3是下平臺(tái)2，第一組氣浮導(dǎo)軌3，X方向光柵尺14，X方向限位光耦21和原點(diǎn)光耦23裝配圖。
圖3中，第一組氣浮導(dǎo)軌3通過(guò)螺栓與下平臺(tái)2相連接，X方向光柵尺14、X方向限位光耦21和原點(diǎn)光耦23分別通過(guò)其固定螺栓19、20和22固定到下平臺(tái)2上，圖4是中間平臺(tái)4，第二組氣浮導(dǎo)軌5，Y方向光柵尺6，Y方向限位光耦25和原點(diǎn)光耦27裝配圖。
圖4中，第二組氣浮導(dǎo)軌5通過(guò)螺栓與中間平臺(tái)4相連接，Y方向光柵尺6，Y方向限位光耦25和Y方向原點(diǎn)光耦27分別通過(guò)其固定螺栓24、26和28固定到中間平臺(tái)4上。
工作時(shí)，X方向直線電機(jī)動(dòng)子18通過(guò)螺栓與X方向驅(qū)動(dòng)連桿17相連，X方向驅(qū)動(dòng)連桿17通過(guò)螺栓與中間平臺(tái)4相連接，因此可通過(guò)X方向直線電機(jī)動(dòng)子18驅(qū)動(dòng)X方向驅(qū)動(dòng)連桿17進(jìn)而推動(dòng)中間平臺(tái)4沿X方向運(yùn)動(dòng)。同理，Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10通過(guò)螺栓與Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9相連接，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌8通過(guò)螺栓分別與Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9和工作平臺(tái)7相連接，因此可通過(guò)Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10驅(qū)動(dòng)Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9進(jìn)而推動(dòng)工作平臺(tái)7沿Y方向運(yùn)動(dòng)。Y方向驅(qū)動(dòng)連桿9與工作平臺(tái)7通過(guò)Y方向驅(qū)動(dòng)連接導(dǎo)軌8相連接，可使工作平臺(tái)同時(shí)沿X方向和Y方向運(yùn)動(dòng)。首先，氣浮導(dǎo)軌的進(jìn)氣孔與一定壓力的氣源相連接，使氣浮導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件被一定剛度的氣膜隔開(kāi)。X方向的原點(diǎn)光耦22檢測(cè)中間平臺(tái)4相對(duì)于下平臺(tái)2的位移是否為零，如果不為零，根據(jù)X方向光柵尺14的讀數(shù)與中間平臺(tái)4相對(duì)于與下平臺(tái)2的位移為零時(shí)光柵尺14的讀數(shù)相比較，確定中間平臺(tái)4相對(duì)于下平臺(tái)2的位移大小和方向，通過(guò)控制X方向直線電機(jī)動(dòng)子10的運(yùn)動(dòng)方向和距離，使中間平臺(tái)4相對(duì)于下平臺(tái)2的位移為零；Y方向的原點(diǎn)光耦28檢測(cè)工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移是否為零，如果不為零，根據(jù)Y方向光柵尺6的讀數(shù)與工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移為零時(shí)光柵尺6的讀數(shù)相比較，確定工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移大小和方向，通過(guò)控制Y方向直線電機(jī)動(dòng)子18的運(yùn)動(dòng)方向和距離，使工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移為零。然后根據(jù)工作平臺(tái)7將要達(dá)到的目標(biāo)點(diǎn)，確定中間平臺(tái)4相對(duì)下平臺(tái)2和工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的目標(biāo)位移，確定X方向直線電機(jī)動(dòng)子18和Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10所需的位移，從而確定X方向直線電機(jī)動(dòng)子18和Y方向直線電機(jī)動(dòng)子10所需運(yùn)動(dòng)的方向和距離，由X方向光柵尺14和Y方向光柵尺6反饋中間平臺(tái)4相對(duì)于下平臺(tái)2和工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移，直到到達(dá)指定的目標(biāo)點(diǎn)，X方向限位光耦21用于限定中間平臺(tái)4相對(duì)于下平臺(tái)2的位移空間，Y方向限位光耦用于限定工作平臺(tái)7相對(duì)于中間平臺(tái)4的位移區(qū)間。
權(quán)利要求
1.一種氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于由兩個(gè)垂直放置的直線電機(jī)、三個(gè)可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)、兩組限位光耦和原點(diǎn)光耦、兩組光柵尺組成，下平臺(tái)(2)固定在基座(1)上，第一組氣浮導(dǎo)軌(3)分別與下平臺(tái)(2)和中間平臺(tái)(4)相連接，第二組氣浮導(dǎo)軌(5)分別與中間平臺(tái)(4)和工作平臺(tái)(7)相連接，Y方向直線電機(jī)動(dòng)子(10)與Y方向驅(qū)動(dòng)連桿(9)相連接，Y方向直線電機(jī)定子(11)及X方向直線電機(jī)定子(13)固定在基座(1)上，Y方向驅(qū)動(dòng)連接氣浮導(dǎo)軌(8)分別與工作平臺(tái)(7)和Y方向驅(qū)動(dòng)連桿(9)相連接，X方向驅(qū)動(dòng)連桿(17)與中間平臺(tái)(4)相連接，X方向直線電機(jī)動(dòng)子(18)與X方向驅(qū)動(dòng)連桿(17)相連接，下平臺(tái)(2)上分別固定X方向光柵尺(14)、X方向限位光耦(21)和原點(diǎn)光耦(23)，中間平臺(tái)(4)上分別固定Y方向光柵尺(6)，Y方向限位光耦(25)和Y方向原點(diǎn)光耦(27)，X方向光柵尺(14)測(cè)量中間平臺(tái)(4)相對(duì)于下平臺(tái)(2)的位移，Y方向光柵尺(6)測(cè)量工作平臺(tái)(7)相對(duì)于中間平臺(tái)(4)的位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由兩個(gè)垂直放置的直線電機(jī)、三個(gè)可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)、兩組限位光耦和原點(diǎn)光耦、兩組光柵尺組成，工作平臺(tái)，中間平臺(tái)，下平臺(tái)疊放并與基座相連，平臺(tái)之間用氣浮導(dǎo)軌連接起來(lái)，下平臺(tái)與中間平臺(tái)之間沿X方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工作平臺(tái)與中間平臺(tái)之間沿Y方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工作平臺(tái)與直線電機(jī)用氣浮導(dǎo)軌相連接。本發(fā)明通過(guò)氣浮導(dǎo)軌將疊放的XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，XY方向由兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)的電機(jī)定子都固定在機(jī)座上，顯著減少系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣量，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件用氣浮導(dǎo)軌相連，系統(tǒng)無(wú)摩擦。本發(fā)明適合于作為高速、高加速度、高精度定位的XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
文檔編號(hào)H01L21/67GK1564317SQ20041001701
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者丁漢, 李運(yùn)堂 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)