串并联两坐标精密运动定位平台制造技术

一种串并联两坐标精密运动定位平台，由支撑平台组件、第一直线轴承、第二直线轴承、基座、第一驱动支链、第二驱动支链、工作平台、第一连接铰耳和第二连接铰耳组成，第一、第二驱动支链以正交的方式分别通过第一连接铰耳、第一直线轴承和第二连接铰耳、第二直线轴承与工作平台连接，所述的第一驱动支链与第一连接铰耳连接，第一连接铰耳与第一直线轴承中的第一轴承体连接，第一直线轴承中的第一轴承座与工作平台连接，第二驱动支链与第二连接铰耳连接，第二连接铰耳与第二直线轴承中的第二轴承体连接，第二直线轴承中的第二轴承座与工作平台连接，工作平台由支撑平台组件支撑，支撑平台组件和第一、第二驱动支链均固定在基座上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种串并联两坐标精密运动定位平台，该平台的构型原理是基于一种二 自由度的并联解耦机构，属于传动机构领域。二
技术介绍
目前，在芯片封装、激光加工及光电检测等工业领域，随着对产品的使用性能、质 量及制造周期等方面要求的提高，直接与生产效率和产品质量相关联的高速度和高精度 定位及操作的系统和装备的要求日益突出。这类系统和装备的显著特点是，其运动定位 机构除了要求具有高速度及高精度的定位性能之外，同时，还要求其工作范围大、运动 部件质量轻、高可靠性及低功耗等。比如在微电子制造领域的芯片封装中，随着科学技 术的发展，IC封装的主流方向是轻、薄、短、小、高密度及细间距等，这对芯片封装装备(如引线键合机等)的定位精度、速度和加速度提出了更高的要求。但是，设备定位 精度与速度的提高是相互矛盾的。运动速度、加速度的提高，使得定位机构的惯性力增 大，惯性力变化的频率也随之加大，系统易于产生弹性变形和振动现象，既破坏机构的 运动精度，又影响构件的疲劳强度，并加剧运动副间的磨损。因此，机构形式和驱动方 式是影响定位机构运动性能的重要因素。当前广泛应用的两坐标平面运动平台采用的是滚珠丝杠等作为相对运动部分的串 联方式，即电机-丝杠-螺母机构形式，在传统的滚珠丝杠驱动方式下，伺服电机的旋转 运动通过丝杠转为直线运动，由于存在中间传动环节，使得机构的运动副间存在着运动 间隙，运动部件的惯量大，由此限制了设备的定位精度、速度和加速度的提高。因此， 开发基于新的驱动方式和机构形式(如低摩擦机构、运动解耦机构)的高速精密定位系 统已成为芯片封装、激光加工及光电检测等精密定位工程领域的重要研究内容。三
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统两坐标定位平台中滚珠丝杠(齿轮、齿条)传动中的反 向间隙、摩擦力和刚度不足等缺点，而提供了一种基于二自由度并联解耦机构的串并联 两坐标精密运动定位平台，并釆用了一种无偏置的曲柄滑块机构直接驱动气浮支撑式工 作平台的驱动方式。该定位平台具有结构紧凑、低阻尼及运动解耦特点，本专利技术适合于 芯片封装、激光加工及光电检测等精密定位工程领域所需的高速度和高精度定位的两坐 标运动定位平台。本专利技术采用如下解释方案一种串并联两坐标精密运动定位平台的构型原理基于一种二自由度并联解耦机构(2-PP构型)。本专利技术涉及一种串并联两坐标精密运动定位平台，该平台由支撑平台组件、第一直 线轴承、第二直线轴承、基座、第一驱动支链、第二驱动支链、工作平台、第一连接铰 耳和第二连接铰耳组成，第一、第二驱动支链以正交的方式分别通过第一连接铰耳、第 一直线轴承和第二连接铰耳、第二直线轴承与工作平台连接，所述的第一驱动支链与第 一连接铰耳连接，第一连接铰耳与第一直线轴承中的第一轴承体连接，第一直线轴承中 的第一轴承座与工作平台连接，第二驱动支链与第二连接铰耳连接，第二连接铰耳与第 二直线轴承中的第二轴承体连接，第二直线轴承中的第二轴承座与工作平台连接，工作 平台由支撑平台组件支撑，支撑平台组件和第一、第二驱动支链均固定在基座上。本专利技术定位平台的支撑平台组件由支撑板、连接螺柱、导向板、涡流传感器、空气 轴承和气缸组成，空气轴承和气缸固定在支撑板上，涡流传感器安装在导向板上，支撑 板和导向板通过所述的连接螺柱相连，在导向板上设有导向窗口，导向窗口位于空气轴 承的上方，在导向板上设有供气缸活塞杆进出的导向孔。本专利技术的定位平台在运动方式上，通过驱动支链端的精密伺服电机D12/D22带动曲 柄D15/D25的旋转用以驱动摇杆D17/D27的往复摆动，摇杆D17/D27末端通过第二转动 关节D18/D28和连接铰耳Fl/F2与直线轴承Bl/B2的轴承体B12/B22相连，直线轴承 B1/B2与工作平台E相连，进而通过精密伺服电机D12/D22的转动，实现工作平台E的 直线移动。直线轴承B1/B2由轴承座B11/B21、轴承体B12/B22和导杆B13/B23组成， 轴承座B11/B21固定安装在工作平台E上，轴承体B12/B22与连接铰耳F1/F2相连。支 撑平台组件A的中间部件是一个真空载荷空气轴承A5，工作平台E静止时，由安装在支 撑板A1上的两组紧凑型气缸A6进行支撑；工作平台E运动时，为减小工作台E的运动 摩擦，气缸A6排气卸压，工作台采用空气轴承A5支撑，空气轴承A5支撑面与工作台E 底面间的空气间隙由安装在导向板A3上的涡流传感器A4检测，进行气压的反馈控制。本专利技术的一种串并联两坐标精密运动定位平台在驱动方式上直接采用两个驱动支 链Dl/D2驱动，两个驱动支链Dl/D2以正交的方式，采用螺栓分别固定安装在基座C上， 驱动支链Dl/D2为一种无偏置的曲柄滑块机构，曲柄D15/D25 —端与精密伺服电机 D13/D23通过联轴器D14/D24相连，另一端与第一转动关节D16/D26和摇杆D17/D27相 连，摇杆D17/D27另一端通过连接铰耳F1/F2与直线轴承B1/B2相连。通过对两个伺服4电机D13/D23的控制来驱动定位平台，伺服电机D13/D23的驱动方式可以根据定位的需 要，进行单电机的运动或双电机的联动，进而驱动工作平台E做平面直线运动。无偏置 的曲柄滑块机构驱动的直线运动简化了传动定位的中间环节，并且实现了由转动到直线 移动的"零间隙"转换，具有较高的精度和动态性能，在定位平台实际的应用中，可根 据需要选取不同规格要求的精密伺服电机(如根据定位精度等级、推力、行程等)。本专利技术的一种串并联两坐标精密运动定位平台在机构构型方式上依据的是一种二 自由度并联解耦机构，并联机构具有刚度大、承载能力强、位置精度高、响应快等许多 串联机构所没有的优点，其应用前景十分广阔。 一般的并联机构各支链间存在耦合的现 象，这使得机构的控制复杂，而本专利技术的精密定位平台基于一种并联解耦机构，定位平 台的两个驱动支链D1/D2的运动解耦、控制方式简单、工作空间连续。本专利技术的一种串并联两坐标精密运动定位平台的所有部件均选用标准螺栓、螺钉固 定安装，定位平台亦可单独整体使用，也可改装在专用设备上使用。整个定位平台构件间连接可靠、结构紧凑、传动关系简单、拆卸方便。 本专利技术的具体优点如下机构形式和驱动方式是影响定位机构运动性能的重要因素，目前，两坐标平面运动 平台广泛应用在芯片封装的关键设备(键合机、装片机等)中，除了传统的以电机-滚 珠丝杠-螺母组成串联机构的方式以外，以并联机构方式为主，采用直线电机驱动的气 浮定位平台的研究已有一些成果，但多数的定位平台机构仍存在一些不足，比如运动气 浮部件加工工艺复杂、成本高、运动部件惯量大等。本专利技术在机构形式和驱动方式及平 台结构设计上进行了一些改进，在机构形式上基于的是一种完全解耦的二自由度并联机 构，可实现两驱动支链的完全解耦控制，使得电机的控制方式简单；采用了一种无偏置 的曲柄滑块机构直接驱动的方式，驱动电机的选型范围广、成本低。使得平台结构紧凑， 易于实现机构间的"零间隙"，另外，在平台运动时，以空气轴承作为定位平台的Z向支 撑，实现了工作平台与支撑平台间的低阻尼运动。本专利技术除了具有结构紧凑、低阻尼及 运动解耦等特点外，在平台的制造成本上也可以得到一些控制，其关键部件如空气轴承、 直线空气轴承组件可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串并联两坐标精密运动定位平台，其特征在于该平台由支撑平台组件（Ａ）、第一直线轴承（Ｂ１）、第二直线轴承（Ｂ２）、基座（Ｃ）、第一驱动支链（Ｄ１）、第二驱动支链（Ｄ２）、工作平台（Ｅ）、第一连接铰耳（Ｆ１）和第二连接铰耳（Ｆ２）组成，第一、第二驱动支链（Ｄ１、Ｄ２）以正交的方式分别通过第一连接铰耳（Ｆ１）、第一直线轴承（Ｂ１）和第二连接铰耳（Ｆ２）、第二直线轴承（Ｂ２）与工作平台（Ｅ）连接，所述的第一驱动支链（Ｄ１）与第一连接铰耳（Ｆ１）连接，第一连接铰耳（Ｆ１）与第一直线轴承（Ｂ１）中的第一轴承体（Ｂ１２）连接，第一直线轴承（Ｂ１）中的第一轴承座（Ｂ１１）与工作平台（Ｅ）连接，第二驱动支链（Ｄ２）与第二连接铰耳（Ｆ２）连接，第二连接铰耳（Ｆ２）与第二直线轴承（Ｂ２）中的第二轴承体（Ｂ２２）连接，第二直线轴承（Ｂ２）中的第二轴承座（Ｂ２１）与工作平台（Ｅ）连接，工作平台（Ｅ）由支撑平台组件（Ａ）支撑，支撑平台组件（Ａ）和第一、第二驱动支链（Ｄ１、Ｄ２）均固定在基座（Ｃ）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志胜，郑建勇，史金飞，王长梁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]