一種宏微兩級驅動精密定位機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于精密定位技術領域，具體涉及一種宏微兩級驅動精密定位機構。
【背景技術】
[0002]隨著IC制造中芯片光刻與封裝、MESM制造中器件的封裝與組裝以及精密工程中精密加工及精密測量等領域的迅速發展，對定位系統地行程和精度都提出了越來越高的要求，宏微兩級驅動精密定位機構解決了精密定位技術中大行程與高精度兩者之間矛盾，宏微兩級驅動定位機構在工程應用中越來越多地被采用。
[0003]目前，在宏微兩級驅動定位技術中用作微位移驅動的器件主要有壓電驅動、音圈電機、磁致伸縮器件等，而壓電驅動又是應用最早、技術最成熟之一。
[0004]現有以壓電驅動作為微位移驅動的宏微定位機構中，大多采用串聯疊加的方式布置宏微兩級運動結構，即在宏微滑塊上直接放置壓電驅動裝置，而壓電驅動裝置包括激發器和柔性鉸鏈機構，激發器將電能轉化成機械能，推動柔性鉸鏈機構的變形來實現行程為幾十微米、分辨率能達到納米級的微位移運動；在壓電驅動裝置的柔性機構的變形轉化成微定位的過程中，載物臺的直線運動無法采用高精度的氣浮導軌導向，一般柔性鉸鏈機構加工成平行四邊形結構，理論上在微行程范圍內，微定位運動的直線性誤差對定位結果無影響，而實際工程中總會存在加工誤差，定位精度要求越高，直線性誤差就越不能被忽略。
[0005]因此，宏微兩級運動的每一級運動均應該有高精度的導軌導向，以保證運動精度。如果對宏微兩級運動的每一級運動都添加導軌進行導向，要求兩級導軌的精度一致，且每一級運動精度均要求很高，這對兩級導軌的制造和安裝均造成了較大難度，宏微兩級微位移定位機構的結構復雜化，制造成本高。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種宏微兩級驅動精密定位機構，解決現有技術直線運動無導軌導向、兩級導軌制造和安裝難度大、結構復雜化和制造成本高的技術問題。
[0007]本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構包括壓電驅動器減震系統、基座、氣浮導軌、宏動定位系統、微動定位滑塊、支架和激光干涉測量儀；
[0008]基座通過螺釘固定連接在減震系統的上端面，氣浮導軌通過螺釘固定連接在基座安裝平面的一端上，支架通過螺釘固定連接在基座安裝平面的另一端上，激光干涉儀通過螺釘固定連接在支架上，微動定位滑塊與氣浮導軌間隙配合；
[0009]宏動定位系統包括宏動氣浮滑塊、柔性球頭鉸、間隙調整釘、宏動定位鉗制滑塊、兩根鉗制導軌、直線電機、鉗制導軌滑塊、和鉗制器；
[0010]宏動氣浮滑塊與氣浮導軌間隙配合，宏動氣浮滑塊與宏動定位鉗制滑塊通過柔性球頭鉸和間隙調整釘連接，直線電機的動子與宏動定位鉗制滑塊固定連接，直線電機的定子通過螺釘與基座固定連接，兩根鉗制導軌相對于直線電機對稱的通過螺釘固定連接在基座上，鉗制滑塊在鉗制導軌上滑動；
[0011]鉗制器在鉗制導軌上滑動，另一端通過螺釘固定連接在鉗制滑塊的安裝面上；
[0012]壓電驅動器一端與微動定位滑塊固定連接，壓電驅動器的另一端與宏動定位鉗制滑塊固定連接。
[0013]所述柔性球頭鉸包括圓柱定位面、球面、螺紋部、圓錐面和狹縫；圓柱定位面在柔性球頭鉸的上部，球面在柔性球頭鉸的下部，球面上圓周均布四條狹縫，柔性球頭鉸的中心軸位置為鏤空孔的，鏤空孔的上端有螺紋，鏤空孔的下端為圓錐面。
[0014]所述間隙調整釘的上端為間隙調整螺螺紋部，間隙調整釘的下端為間隙調整釘圓錐面，間隙調整釘的頂端加工有內六角扳手的工作孔；間隙釘上端的螺紋與柔性球頭鉸的鏤空孔的上端的相同的螺紋；間隙調整釘圓錐面與柔性球頭鉸的鏤空孔的下端圓錐面的圓錐度相同，且間隙調整釘圓錐面的大端直徑比柔性球頭鉸的圓錐面的大端直徑大1_-2_。
[0015]所述宏動氣浮滑塊與宏動定位鉗制滑塊通過柔性球頭鉸和間隙調整釘連接具體為柔性球頭鉸的上部圓柱面定位到宏動氣浮滑塊上，柔性球頭鉸的下部球面與宏動定位鉗制滑塊上端的球面配合形成球鉸；間隙調整釘的下端圓錐面與柔性球頭鉸的圓錐面配合，間隙螺釘上端的螺紋部與柔性球頭鉸的螺紋部旋合。
[0016]本發明的有益技術效果:激光干涉儀是位置閉環元件，為宏微兩級運動提供位置反饋，當開始宏動定位時，直線電機的動子將動力傳遞給宏動定位鉗制滑塊，宏動定位鉗制滑塊通過柔性球頭鉸將動力傳遞給宏動氣浮滑塊，宏動氣浮滑塊通過壓電驅動器帶動微動定位滑塊運動；在宏動定位期間，壓電驅動器和鉗制器都處于不工作狀態，即壓電驅動器在宏動定位期間僅起到固定連接的作用，鉗制器在宏動定位期間隨著宏動定位鉗制滑塊一起運動；當激光干涉測量儀反饋數據顯示宏動定位精度達到微米級時，直線電機轉子停止轉動，鉗制器開啟工作狀態，即當宏動定位完成后，鉗制器與鉗制導軌抱死，通過鉗制器與鉗制導軌的抱死實現宏動定位系統與基座的固定，完成第一級宏動定位；第一級宏動定位完成后，壓電驅動器進入工作狀態，壓電驅動器驅動微動定位滑塊在氣浮導軌上運動，完成第二級亞微米級的甚至是納米級的高精度定位；第一級宏動定位運動與第二級高精度定位運動共用同一氣浮導軌，兩級定位運動的直線性精度高，且少了一級導軌，有效地降低了結構的復雜程度，降低了制造成本；本發明的柔性球頭鉸消除了本機構運動過程中的空回誤差，且柔性球頭鉸的萬向性允許氣浮導軌與鉗制導軌之間存在較大的不平行度誤差，因此使用柔性球頭鉸減低了鉗制導軌的制造精度，也有效地降低了鉗制導軌在基座上的安裝基面的加工精度，同時也降低了鉗制導軌在基座上安裝難度，從而降低了制造成本。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的結構圖；
[0018]圖2為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的宏動定位系統的截面圖；
[0019]圖3為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的宏動定位系統的結構圖；
[0020]圖4為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的柔性球頭鉸的截面圖
[0021]圖5為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的球頭鉸的結構圖；
[0022]圖6為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的鉗制滑塊的截面圖；
[0023]圖7為本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構的間隙調整釘的結構圖；
[0024]其中，1、減震系統，2、基座，3、氣浮導軌，4、宏動定位系統，5、壓電驅動器，6、微動定位滑塊，7、激光干涉測量儀，8、支架，9、宏動氣浮滑塊，10、柔性球頭鉸，1001、圓柱定位面，1002、球面，1003、螺紋部，1004、圓錐面，1005、狹縫，11、間隙調整釘，1101、間隙調整釘螺紋部，1102、間隙調整釘圓錐面，1103、內六角扳手工作孔，12、宏動定位鉗制滑塊，1201、宏動定位鉗制滑塊球面，13、鉗制導軌，14、直線電機，15、鉗制導軌滑塊，16、鉗制器。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明作進一步闡述。
[0026]參見附圖1、附圖2、附圖3、附圖4、附圖5、附圖6和附圖7，本發明一種宏微兩級驅動精密定位機構包括壓電驅動器5、減震系統1、基座2、氣浮導軌3、宏定動位系統4、微動定位滑塊6、支架8和激光干涉測量儀7 ；
[0027]基座2通過螺釘固定連接在減震系統I的上端面，氣浮導軌3通過螺釘固定連接在基座2安裝平面的一端上，支架8通過螺釘固定連接在基座2安裝平面的另一端上，激光干涉儀通過螺釘固定連接在支架8上，微動定位滑塊6在氣浮導軌3上滑動；
[0028]宏動定位系統4包括宏動氣浮滑塊9、柔性球頭較10、間隙調整釘11、宏動定位鑰'制滑塊12、兩根鉗制導軌13、直線電機14、鉗制導軌滑塊15和鉗制器16