一种运动解耦的XY向精密定位平台制造技术

一种运动解耦的ＸＹ向精密定位平台，平台由基座、第一、第二音圈直线电机、第一、第二连接法兰、第一、第二直线轴承组件、工作平台和支撑平台组件组成，第一、第二音圈直线电机以正交方式分别通过第一连接法兰、第一直线轴承组件和第二连接法兰、第二直线轴承组件与工作平台连接，第一音圈直线电机与第一连接法兰连接，第一连接法兰与第一直线轴承组件的第一轴承体连接，第一直线轴承组件的第一轴承座与工作平台连接，第二音圈直线电机与第二连接法兰连接，第二连接法兰与第二直线轴承组件的第二轴承体连接，第二直线轴承组件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、第二音圈直线电机在基座上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于二自由度并联解耦机构的XY向平面运动定位平台，采用音圈 直线电机直接驱动，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、高加速和高精度定位的要求，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、高加速 度和高精度的运动控制系统的重要性也日益突出，这迫切需要能够在微米级、亚微米级， 甚至在纳米级精度上进行定位及操作的系统和装备。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、高加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XY向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、速度和加速度的进一步提 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 精密定位系统己成为芯片封装、激光加工及光电检测等精密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XY向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，并采用快 速、精密的音圈直线电机直接驱动的运动解耦的XY向精密定位平台。该定位平台具有结 构紧凑、低阻尼及运动解耦等特点，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、高加速和高精度定位的XY运动定位平台。 本专利技术采用如下解释方案一种运动解耦的XY向精密定位平台的运动原理基于一种二自由度并联解耦机构 (2-PP构型)。本专利技术的一种运动解耦的XY向精密定位平台由基座、第一音圈直线电机、第二音 圈直线电机、第一连接法兰、第二连接法兰、第一直线轴承组件、第二直线轴承组件、 工作平台和支撑平台组件组成，第一、第二音圈直线电机以正交的方式分别通过第一连 接法兰、第一直线轴承组件和第二连接法兰、第二直线轴承组件与工作平台连接，所述 的第一音圈直线电机与第一连接法兰连接，第一连接法兰与第一直线轴承组件中的第一 轴承体连接，第一直线轴承组件中的第一轴承座与工作平台连接，第二音圈直线电机与 第二连接法兰连接，第二连接法兰与第二直线轴承组件中的第二轴承体连接，第二直线 轴承组件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、第二音圈直线电机均固定在基座上。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。直线轴承组件由轴承座、导杆和轴承体组成，轴承座固定安装在工作台上，轴承体 与连接法兰相连。本专利技术的XY向精密定位平台在驱动方式上直接采用高速、高精度的音圈直线电机 驱动，两个音圈直线电机以正交的方式，采用螺栓分别固定安装在基座上，音圈直线电 机的输出轴与连接法兰以键的传递方式相连，通过对两个音圈直线电机的控制来驱动定 位平台，音圈直线电机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，进而驱动工作平台沿XY向做平面运动。音圈直线电机驱动的直线运动简化了传 动定位的中间环节，实现了 "零传动"，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音圈直线电机(如根据定位精度等级、推力、 行程等)。另外，在支撑平台组件的中间部件是一个真空载荷空气轴承，为防止音圈直 线电机输出轴的径向微小变形，工作平台静止时，由安装在支撑板上的气缸进行支撑； 工作平台运动时，为减小工作台的运动摩擦，气缸排气卸压，工作台采用空气轴承支撑， 空气轴承支撑面与工作台底面间的空气间隙由安装在导向板上的涡流传感器检测，进行气压的反馈控制。本专利技术的XY向精密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，定位平台的各支链运动解 耦、控制方式简单、工作空间连续。本专利技术的XY向精密定位平台的所有部件均通过螺栓固定安装在基座上，平台可单独 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。适合用于芯片封装、激光加工及光电检测等精密定位工程领域 所需的高速、高加速和高精度定位的XY运动平台。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，XY向两坐标平面 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 XY向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XY向支链的完全解耦控制，使得电机的控制方式简单；采用了音圈 直线电机直接驱动的方式，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选购知名企业 的成型产品，也可委托加工，可避免自行加工造成工件成本提高、累计误差增大等不足。四附图说明图1是XY向精密定位平台的结构构型原理图。图2是XY向精密定位平台的立体结构图。图3是直线轴承组件的立体结构图。图4是连接法兰的立体结构图。图5和图6是支撑平台组件的立体结构图。五具体实施例方式5本专利技术涉及一种基于二自由度并联解耦机构的XY向平面运动定位平台，该平台由 基座、第一音圈直线电机、第二音圈直线电机、第一连接法兰、第二连接法兰、第一直 线轴承组件、第二直线轴承组件、工作平台和支撑平台组件组成。下面参照说明书附图，并在兼顾考虑平台结构优化、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动解耦的ＸＹ向精密定位平台，其特征在于平台由基座（Ａ）、第一音圈直线电机（Ｂ１）、第二音圈直线电机（Ｂ２）、第一连接法兰（Ｃ１）、第二连接法兰（Ｃ２）、第一直线轴承组件（Ｄ１）、第二直线轴承组件（Ｄ２）、工作平台（Ｅ）和支撑平台组件（Ｆ）组成，第一、第二音圈直线电机（Ｂ１、Ｂ２）以正交的方式分别通过第一连接法兰（Ｃ１）、第一直线轴承组件（Ｄ１）和第二连接法兰（Ｃ２）、第二直线轴承组件（Ｄ２）与工作平台（Ｅ）连接，所述的第一音圈直线电机（Ｂ１）与第一连接法兰（Ｃ１）连接，第一连接法兰（Ｃ１）与第一直线轴承组件（Ｄ１）中的第一轴承体（Ｄ１２）连接，第一直线轴承组件（Ｄ１）中的第一轴承座（Ｄ１１）与工作平台（Ｅ）连接，第二音圈直线电机（Ｂ２）与第二连接法兰（Ｃ２）连接，第二连接法兰（Ｃ２）与第二直线轴承组件（Ｄ２）中的第二轴承体（Ｄ２２）连接，第二直线轴承组件（Ｄ２）中的第二轴承座（Ｄ２１）与工作平台（Ｅ）连接，工作平台（Ｅ）由支撑平台组件（Ｆ）支撑，支撑平台组件（Ｆ）和第一、第二音圈直线电机（Ｂ１、Ｂ２）均固定在基座（Ａ）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，陈芳，柳俊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]