一种多自由度运动和定位装置制造方法及图纸

一种多自由度运动和定位装置，它由调平轴、柔性块、轨迹板和由立柱框架、提升旋转分离机构、导轨、导轨平台、电机平台、运动平台共同构成的支撑机构所组成；该调平轴旋合在立柱框架上，通过旋转调平轴来精确调整其支撑的调整平台；该轨迹板固定在立柱框架上，而轨迹销则固定在运动平台上，该提升旋转分离机构的上主轴通过压紧螺母固定在导轨平台底部。其结构紧凑，支承荷载大，可减轻冲击，高度、水平可调节，具有多个自由度，并且能按预定轨迹准确运动，且运动平稳，可靠性高，并能实现机构的提升、旋转及分离。特别是在光刻设备制造中，用于支撑光刻机掩模台并使掩模台按预定轨迹运动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多自由度运动和定位装置，它用于实现水平、高度的精确定位，并按预定轨迹运动，在检修时实现平移、提升、旋转分离多自由度运动。特别是在光刻设备制造中，用于支撑光刻机掩模台并使掩模台按预定轨迹运动。
技术介绍
目前使用的运动定位装置多用在建筑、船舶等重型设备中或用于光学细微定位设备中。在重型设备中其结构多是在油缸或者链条作用下沿固定轴平移、旋转。如果用于实现集成电路制造设备光刻机的掩模台运动、定位、提升支撑及旋转分离，上述装置表现出装置结构复杂，占用空间大，需要专用的系统控制运动，并需要外部动力源维持装置位置，而且不能按预定轨迹运动，不易实现装置的准确、快速运动，且装置的水平和高度定位精确低，无法满足掩模台对装置高度和水平可调定位的要求，以及无法满足光刻设备掩模台维修时为避免干涉而要求的提升旋转的功能及运动的准确位置。细微调节设备的结构多是通过导杆平移以及千分螺母微量调节定位的。这种可调装置功能单一，无法实现多自由度运动，支撑面积和承载能力小，且不具有缓冲功能，无法支撑光刻设备掩模台400～500Kg的重量及长行程电机瞬时加速度产生的冲击力，而且无法满足光刻设备掩模台提升旋转功能及准确的运动位置要求。
技术实现思路
针对上述运动和定位装置的不足，本专利技术的目的是提供了一种多自由度运动和定位装置，解决上述运动和定位装置的不足，其结构紧凑，支承荷载大，可减轻冲击，高度、水平可调节，具有多个自由度，并且能按预定轨迹准确运动，且运动平稳，可靠性高，并能实现机构的提升、旋转及分离。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的一种多自由度运动和定位装置，其特征在于它由调平轴、柔性块、轨迹板和由立柱框架、提升旋转分离机构、导轨、导轨平台、电机平台、运动平台共同构成的支撑机构所组成；其中，该调平轴旋合在立柱框架上，通过旋转调平轴来精确调整其支撑的调整平台；该轨迹板固定在立柱框架上，而轨迹销则固定在运动平台上，该提升旋转分离机构的主轴通过压紧螺母固定在导轨平台底部。该提升旋转分离机构由圆锥滚子轴承、蜗轮箱、蜗杆、蜗轮、螺纹轴、螺纹套、圆筒、钢球、密植滚珠保持架、上主轴、导筒、压紧螺母、圆柱销和导向槽构成，蜗轮箱上设有蜗杆，在与蜗杆轴线垂直方向上设有蜗轮组成蜗轮蜗杆传动，与蜗轮通过键连接的螺纹轴，在蜗轮箱与螺纹轴之间安装用于定位螺纹轴并承受轴向载荷的圆锥滚子轴承，与螺纹轴螺纹配合连接的螺纹套，与螺纹套公差配合并限制其圆周方向运动的圆柱销，圆柱销在圆筒上的导向槽中滑动，螺纹套上设有可产生与上主轴实现点(或线)接触并自动分离的钢球，上主轴与导筒之间设有让上主轴运动自如的密植滚珠保持架，上主轴穿过调整平台并使用压紧螺母固定在导轨平台上。一支撑垫装配在调平轴环形凹槽里，柔性块安装支撑在支撑垫上。该柔性块具有球面结构朝上的冠状结构。一拖杆与运动平台固定，与线性推进间隙配合可以在其中平稳自如滑动。该调平轴具有内通孔外螺纹结构，外螺纹采用螺距小的细牙螺纹。上述多自由度运动和定位装置各部分的作用和工作原理是当在非工作状态时，装置处在静止支撑状态，由于三点构成一个平面，故可通过三个调平轴及三个柔性块来定位整个装置的水平、高度。调平轴具有内通孔外螺纹结构，外螺纹采用螺距小的细牙螺纹易实现精确调节定位，故通过调整三个调平轴可使装置的水平和高度都易于精确定位，同时调平轴的中间通孔结构可以使螺钉能穿过调平轴预紧，从而增加了连接的可靠性。调平轴具有环形凹槽结构，易于调平轴调整时旋转灵活，也易于支撑垫承载、限位。柔性块具有冠状结构能有效利用自身弹性变形来抵消外部的瞬时冲击力，同时柔性块的球面结构使其与调平轴始终保持球面接触，保证支撑的接触面积，从而可避免应力集中又简化结构。装置支撑机构由立柱框架、导轨、平台、提升旋转分离机构等组成。立柱框架起主要支撑作用。导轨不仅起支撑作用也同时形成一个方向平移的自由度。拖杆一端被约束在支撑机构中滑动平移，可以防止装置平移提升时由于倾覆力矩导致装置倾覆。在工作状态时装置需实现提升旋转功能。提升机构主要由蜗杆、蜗轮、螺纹轴、蜗轮套及圆柱销构成，旋转分离机构主要由钢球、上主轴、密植滚珠保持架及压紧螺母构成。采用传动稳定的蜗杆、蜗轮传动使旋转轴方向改变90°。为实现机构的旋转运动变为直线运动，在螺纹套与蜗轮上的螺纹轴之间采用螺纹连接，并用只能在圆筒的导向槽中滑动的圆柱销限制其圆周方向运动。在螺纹套与上主轴之间用钢球联接，钢球与上主轴之间为点(或线)接触可实现上主轴自由旋转，同时能实现非工作状态与螺纹套自动分离便于机构定位。在导筒与上主轴之间用密植滚珠保持架导向使上主轴运动灵活。在本装置运动轨迹的实现方法中，将运动轨迹直接体现在轨迹板上，然后通过轨迹销与轨迹板的相对运动实现了装置按预定轨迹运动。首先通过轨迹槽形式将预定运动轨迹直接反映在轨迹板上，再将轨迹板固定在立柱框架上处于静止状态，然后将轨迹销联结在运动平台上固定，当运动平台按预定轨迹运动时会带动轨迹销一起运动，并且由于轨迹销约束在轨迹槽中相对滑动，故约束了运动平台按预定轨迹运动。本专利技术结构紧凑、可靠性高，重复定位精度高，能按运动轨迹准确运动，装置变形量小，运动平稳，能满足在常温下光刻机设备的严格要求，同时光刻设备在工作状态即检修时实现提升旋转，非工作状态时实现机构的自动脱离以便准确定位。附图说明图1是本专利技术多自由度运动和定位装置的主视图。图2是本专利技术多自由度运动和定位装置的左视图。图3是本专利技术中提升旋转分离机构的结构示意图。图4是本专利技术中轨迹板和轨迹销运动位置关系图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术多自由度运动和定位装置作进一步的描述。如图1-4所示，该装置由调平轴2、柔性块5、轨迹板102和由立柱框架1、提升旋转分离机构3、导轨8、导轨平台7、电机平台9、运动平台12共同构成的支撑机构所组成。其中，该调平轴2旋合在立柱框架1上，通过旋转调平轴2来精确调整其支撑的调整平台6；该轨迹板102固定在立柱框架1上，而轨迹销101则固定在运动平台12上，该提升旋转分离机构3的上主轴310通过压紧螺母312固定在导轨平台7底部。如图1，该调平轴2旋合在立柱框架1上，调平轴2与立柱框架1之间是螺纹联接，该调平轴2具有内通孔外螺纹结构，外螺纹采用螺距小的细牙螺纹易实现精确调节定位，通过旋转调平轴2来精确调整其支撑的调整平台6的水平定位及高度定位并支撑调整平台6，在调平轴2侧面大圆柱面上有4个φ6的通孔可以便于旋转调平轴2。支撑垫4装配在调平轴2环形凹槽里，其环形结构易于支撑和限位。柔性块5安装支撑在支撑垫4上，其球面结构朝上使得调整平台6在调整时始终保持球面接触，其冠状结构使得支撑在其上的调整平台6在受到外部冲击力时能利用柔性块5自身变形起缓冲作用。在非工作状态即不运动时，图中立柱框架1、调整平台6、导轨8、导轨平台7、电机平台9共同构成了支撑机构，此时机构被锁紧不能运动。在工作状态即运动时，则由提升旋转分离机构3、导轨8、导轨平台7、电机平台9共同构成了支撑机构，此时机构可做多自由度运动。此支撑机构结构简单，承载力大，可以在一个方向上平移，易于实现装置在工作和非工作状态下的机构分离，从而实现了在不同的状态下使用不同的支撑机构。在图2中，拖杆10与运动平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多自由度运动和定位装置，其特征在于：它由调平轴（２）、柔性块（５）、轨迹板（１０２）和由立柱框架（１）、提升旋转分离机构（３）、导轨（８）、导轨平台（７）、电机平台（９）、运动平台（１２）共同构成的支撑机构所组成；其中，该调平轴（２）旋合在立柱框架（１）上，通过旋转调平轴（２）来精确调整其支撑的调整平台（６）；该轨迹板（１０２）固定在立柱框架（１）上，而轨迹销（１０１）则固定在运动平台（１２）上，该提升旋转分离机构（３）的上主轴（３１０）通过压紧螺母（３１２）固定在导轨平台（７）底部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育，郭麒，朱岳彬，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]