專利名稱：氣浮xy兩坐標平面運動平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣浮XY兩坐標平面運動平臺，可用于微電子制造中IC芯片封裝的精確定位，屬于傳動機構領域。
背景技術：
在工業控制中，高速高精度運動控制作為制造及裝配等領域的通用技術，一直以來都是工業界和學術界的重要研究內容，尤其在芯片(IC)封裝的微電子制造領域中。當前的封裝設備的典型運動平臺的技術水平為運動加速度為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，對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，必將導致引腳間距的減小。高速度、高加速度運動是生產效率提高的基礎，而高精度運動是芯片生產質量的保證。為了滿足這一要求，芯片后封裝設備的加速度要達到12～15g，定位精度要達到1～5μm，帶寬要提高到300～400Hz。當前的XY兩坐標平面運動平臺都采用滾珠等作為相對運動部分的連接方式，由于摩擦產生熱量使運動平臺發熱變形從而影響定位精度，高加速運動過程中產生很大的摩擦阻力也很難使加速度進一步提高。因此必須設計新型的XY兩坐標平面運動平臺來滿足工業生產的要求。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，設計提供一種氣浮XY兩坐標平面運動平臺，其相對運動部分用一定剛度的氣膜隔開，系統無摩擦，以顯著提高定位精度、速度和加速度，滿足工業生產的要求。
為實現這樣的目的，本發明的氣浮XY兩坐標平面運動平臺主要由兩個垂直放置的直線電機、三個可作相對運動的平臺、兩組限位光耦和原點光耦、兩組光柵尺組成，下平臺與中間平臺之間沿X方向相對運動，工作平臺與中間平臺之間沿Y方向相對運動；下平臺與中間平臺、中間平臺與工作平臺、工作平臺與推動其運動的Y方向驅動連桿之間用氣浮導軌連接起來；工作平臺、中間平臺、下平臺疊放并通過下平臺固連到基座上；X方向直線電機驅動X方向驅動連桿進而推動中間平臺沿X方向運動，Y方向直線電機驅動Y方向驅動連桿進而推動工作平臺沿Y方向運動。
本發明的氣浮XY兩坐標平面運動平臺具體結構為主要由基座，下平臺，中間平臺，工作平臺，第一組氣浮導軌、第二組氣浮導軌，X方向直線電機，Y方向直線電機，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方向原點光耦，Y方向原點光耦組成。下平臺、中間平臺及工作平臺疊放。下平臺通過螺栓與基座相連接，第一組氣浮導軌通過螺栓分別與下平臺和中間平臺相連接，第二組氣浮導軌通過螺栓分別與工作平臺和中間平臺相連接。X方向直線電機動子通過螺栓與X方向驅動連桿相連接，X方向驅動連桿通過螺栓與中間平臺相連接；Y方向直線電機動子通過螺栓與Y方向驅動連桿相連接，Y方向驅動連桿通過螺栓與Y方向驅動連接氣浮導軌相連接，Y方向驅動連接氣浮導通過螺栓與工作平臺相連接。X方向直線電機和Y方向直線電機的定子通過螺栓固定到基座上，X方向光柵尺、X方向限位光耦和X方向原點光耦通過固定螺栓固定到下平臺上，Y方向光柵尺、Y方向限位光耦和Y方向原點光耦通過固定螺栓固定到中間平臺上。
工作時，由于X方向直線電機的動子與X方向驅動連桿通過螺栓相連接，X方向驅動連桿通過螺栓與中間平臺相連接，因此可通過X方向直線電機動子驅動X方向驅動連桿進而推動中間平臺沿X方向運動。同理Y方向直線電機動子通過螺栓與Y方向驅動連桿相連接，Y方向驅動連桿通過螺栓與Y方向驅動連接氣浮導軌相連接，Y方向驅動連接氣浮導通過螺栓與工作平臺相連接，因此，可通過Y方向直線電機動子驅動Y方向驅動連桿進而推動工作平臺沿Y方向運動。由于Y方向驅動連桿與工作平臺通過Y方向驅動連接氣浮導軌相連接，所以當X方向直線電機動子和Y方向直線電機動子同時工作時，可使工作平臺同時沿X方向和Y方向運動。首先氣浮導軌的進氣孔與一定壓力的氣源相連接，使氣浮導軌相對運動部件被一定剛度的氣膜隔開。然后，X方向的原點光耦檢測中間平臺相對于下平臺的位移是否為零，如果不為零，根據X方向光柵尺的讀數與中間平臺相對于下平臺的位移為零時光柵尺的讀數相比較，確定中間平臺相對于下平臺的位移大小和方向，控制X方向直線電機動子沿X方向運動的方向和距離，使中間平臺相對于下平臺的位移為零；Y方向的原點光耦檢測工作平臺相對于中間平臺的位移是否為零，如果不為零，根據Y方向光柵尺的讀數與工作平臺相對于中間平臺的位移為零時光柵尺的讀數相比較，確定工作平臺相對于中間平臺的位移大小和方向，控制Y方向直線電機動子沿Y方向運動的方向和距離，使工作平臺相對于中間平臺的位移為零。最后，根據工作平臺將要達到的目標點，確定中間平臺相對下平臺和工作平臺相對于中間平臺的目標位移，從而確定X方向直線電機動子和Y方向直線電機動子所需運動的方向和距離，控制X方向直線電機動子和Y方向直線電機動子分別推動中間平臺和工作平臺運動，由X方向光柵尺和Y方向光柵尺反饋中間平臺相對于下平臺和工作平臺相對于中間平臺的位移，直到到達指定的目標點。X方向限位光耦用于限定中間平臺相對于下平臺沿X方向的運動范圍，Y方向限位光耦用于限定工作平臺相對于中間平臺沿Y方向的運動范圍。
本發明通過氣浮導軌將疊放的工作平臺、中間平臺和下平臺相連接，采用兩個直線電機分別驅動X方向驅動連桿和Y方向驅動連桿從而推動中間平臺和工作平臺沿X方向、Y方向運動。與普通的XY兩坐標平面運動平臺相比，系統的電機定子都固定在機座上，從而可以顯著減少系統的運動慣量。做相對運動的工作平臺與中間平臺之間，中間平臺與下平臺之間以及工作平臺與驅動其沿Y方向運動的Y方向驅動連桿之間用氣浮導軌相連，因此整個結構剛性大；無摩擦、無磨損，清潔，無需保養；運動過程無摩擦產生的熱量和摩擦功率損耗，定位精度高。
本發明作為高速、高加速度、高精度定位的XY兩坐標平面運動平臺，特別適合用于綁定機，光刻機及精密測量中的掃描裝置。
圖1是本發明氣浮XY兩坐標平面運動平臺結構原理主視圖。
圖1中，基座1，下平臺2，第一組氣浮導軌3，中間平臺4，第二組氣浮導軌5，Y方向光柵尺6，工作平臺7，Y方向驅動連接氣浮導軌8，Y方向驅動連桿9，Y方向直線電機動子10，Y方向直線電機定子11，Y方向直線電機固定螺栓12，X方向直線電機定子13，X方向光柵尺14，X方向直線電機固定螺栓15，下平臺固定螺栓16。
圖2是本發明氣浮XY兩坐標平面運動平臺結構原理俯視圖。
圖2中，基座1，下平臺2，工作平臺7，Y方向驅動連接氣浮導軌8，Y方向驅動連桿9，Y方向直線電機動子10，Y方向直線電機定子11，Y方向直線電機固定螺栓12，X方向直線電機定子13，X方向驅動連桿17，X方向直線電機動子18。
圖3是下平臺2，第一組氣浮導軌3，X方向光柵尺14，X方向限位光耦21和原點光耦23裝配圖。
圖3中，下平臺2，第一組氣浮導軌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方向原點光耦固定螺栓22，X方向原點光耦23。
圖4是中間平臺4，第二組氣浮導軌5，Y方向光柵尺6，Y方向限位光耦25和原點光耦27裝配圖。
圖4中，中間平臺4，第二組氣浮導軌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方向原點光耦27，Y方向原點光耦固定螺栓28。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。
圖1是本發明氣浮XY兩坐標平面運動平臺結構原理主視圖。
圖1中，下平臺2通過下平臺固定螺栓16固定到基座1上。第一組氣浮導軌3通過螺栓分別與下平臺2和中間平臺4相連接，第二組氣浮導軌5通過螺栓分別與中間平臺4和工作平臺7相連接。Y方向直線電機動子10通過螺栓與Y方向驅動連桿9相連接，Y方向直線電機定子11通過Y方向直線電機固定螺栓12固定到基座1上，X方向直線電機定子13通過X方向直線電機固定螺15固定到基座1上。X方向光柵尺14測量中間平臺4相對于下平臺2的位移；Y方向光柵尺6測量工作平臺7相對于中間平臺4的位移。
圖2是本發明氣浮XY兩坐標平面運動平臺結構原理俯視圖。
圖2中，Y方向驅動連接氣浮導軌8通過螺栓分別與工作平臺7和Y方向驅動連桿9相連接，X方向驅動連桿17通過螺栓與中間平臺4相連接，X方向直線驅動電機動子18通過螺栓與X方向驅動連桿17相連接。Y方向直線電機定子11通過Y方向直線電機固定螺栓12固定到基座1上。
圖3是下平臺2，第一組氣浮導軌3，X方向光柵尺14，X方向限位光耦21和原點光耦23裝配圖。
圖3中，第一組氣浮導軌3通過螺栓與下平臺2相連接，X方向光柵尺14、X方向限位光耦21和原點光耦23分別通過其固定螺栓19、20和22固定到下平臺2上，圖4是中間平臺4，第二組氣浮導軌5，Y方向光柵尺6，Y方向限位光耦25和原點光耦27裝配圖。
圖4中，第二組氣浮導軌5通過螺栓與中間平臺4相連接，Y方向光柵尺6，Y方向限位光耦25和Y方向原點光耦27分別通過其固定螺栓24、26和28固定到中間平臺4上。
工作時，X方向直線電機動子18通過螺栓與X方向驅動連桿17相連，X方向驅動連桿17通過螺栓與中間平臺4相連接，因此可通過X方向直線電機動子18驅動X方向驅動連桿17進而推動中間平臺4沿X方向運動。同理，Y方向直線電機動子10通過螺栓與Y方向驅動連桿9相連接，Y方向驅動連接氣浮導軌8通過螺栓分別與Y方向驅動連桿9和工作平臺7相連接，因此可通過Y方向直線電機動子10驅動Y方向驅動連桿9進而推動工作平臺7沿Y方向運動。Y方向驅動連桿9與工作平臺7通過Y方向驅動連接導軌8相連接，可使工作平臺同時沿X方向和Y方向運動。首先，氣浮導軌的進氣孔與一定壓力的氣源相連接，使氣浮導軌相對運動部件被一定剛度的氣膜隔開。X方向的原點光耦22檢測中間平臺4相對于下平臺2的位移是否為零，如果不為零，根據X方向光柵尺14的讀數與中間平臺4相對于與下平臺2的位移為零時光柵尺14的讀數相比較，確定中間平臺4相對于下平臺2的位移大小和方向，通過控制X方向直線電機動子10的運動方向和距離，使中間平臺4相對于下平臺2的位移為零；Y方向的原點光耦28檢測工作平臺7相對于中間平臺4的位移是否為零，如果不為零，根據Y方向光柵尺6的讀數與工作平臺7相對于中間平臺4的位移為零時光柵尺6的讀數相比較，確定工作平臺7相對于中間平臺4的位移大小和方向，通過控制Y方向直線電機動子18的運動方向和距離，使工作平臺7相對于中間平臺4的位移為零。然后根據工作平臺7將要達到的目標點，確定中間平臺4相對下平臺2和工作平臺7相對于中間平臺4的目標位移，確定X方向直線電機動子18和Y方向直線電機動子10所需的位移，從而確定X方向直線電機動子18和Y方向直線電機動子10所需運動的方向和距離，由X方向光柵尺14和Y方向光柵尺6反饋中間平臺4相對于下平臺2和工作平臺7相對于中間平臺4的位移，直到到達指定的目標點，X方向限位光耦21用于限定中間平臺4相對于下平臺2的位移空間，Y方向限位光耦用于限定工作平臺7相對于中間平臺4的位移區間。
權利要求
1.一種氣浮XY兩坐標平面運動平臺，其特征在于由兩個垂直放置的直線電機、三個可作相對運動的平臺、兩組限位光耦和原點光耦、兩組光柵尺組成，下平臺(2)固定在基座(1)上，第一組氣浮導軌(3)分別與下平臺(2)和中間平臺(4)相連接，第二組氣浮導軌(5)分別與中間平臺(4)和工作平臺(7)相連接，Y方向直線電機動子(10)與Y方向驅動連桿(9)相連接，Y方向直線電機定子(11)及X方向直線電機定子(13)固定在基座(1)上，Y方向驅動連接氣浮導軌(8)分別與工作平臺(7)和Y方向驅動連桿(9)相連接，X方向驅動連桿(17)與中間平臺(4)相連接，X方向直線電機動子(18)與X方向驅動連桿(17)相連接，下平臺(2)上分別固定X方向光柵尺(14)、X方向限位光耦(21)和原點光耦(23)，中間平臺(4)上分別固定Y方向光柵尺(6)，Y方向限位光耦(25)和Y方向原點光耦(27)，X方向光柵尺(14)測量中間平臺(4)相對于下平臺(2)的位移，Y方向光柵尺(6)測量工作平臺(7)相對于中間平臺(4)的位移。
全文摘要
本發明涉及一種氣浮XY兩坐標平面運動平臺，由兩個垂直放置的直線電機、三個可作相對運動的平臺、兩組限位光耦和原點光耦、兩組光柵尺組成，工作平臺，中間平臺，下平臺疊放并與基座相連，平臺之間用氣浮導軌連接起來，下平臺與中間平臺之間沿X方向相對運動，工作平臺與中間平臺之間沿Y方向相對運動，工作平臺與直線電機用氣浮導軌相連接。本發明通過氣浮導軌將疊放的XY運動平臺相連接，XY方向由兩個直線電機分別驅動，系統的電機定子都固定在機座上，顯著減少系統的運動慣量，相對運動的部件用氣浮導軌相連，系統無摩擦。本發明適合于作為高速、高加速度、高精度定位的XY兩坐標平面運動平臺。
文檔編號H01L21/67GK1564317SQ20041001701
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月18日 優先權日2004年3月18日
發明者丁漢, 李運堂 申請人:上海交通大學