[发明专利]一种固定音圈电机直驱式X-Y微动平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定音圈电机直驱式X-Y微动平台。该微动平台具有运动部件解耦的特点使其快速响应、准确定位和高可靠性的性能较一般联动式X-Y微动平台更加优越，可应用于电子与半导体加工设备和激光加工设备及其高速自动化加工设备等领域。

技术背景

近年来，随着精密制造技术、微电子技术和数控技术等先进制造技术迅速发展，高速度、高精度的需求日益紧迫，成为当前先进制造技术发展的主要趋势。以X-Y二维微动平台为例，在实际应用中多数采用联动式的X-Y二维微动平台，即旋转电机-丝杠-螺母机构、旋转电机-齿轮齿条机构等形式，这些中间传动机构通常都有结构复杂、传动间隙大、摩擦力大、传动效率低、速度和加速度较小等问题，旋转电机-丝杠-螺母机构最大加速度受到限制。而采用高精度、高速度的直线电机，不仅可以省去了中间传动环节，避免了中间传动环节带来的诸多问题，而且直接驱动还可以获得高精度、高速度和高稳定性的位移运动，最大加速度是旋转电机-丝杠-螺母机构的2-3倍以上。另一方面，常见的联动式X-Y二维电机驱动平台通常是一台(维)电机静止，另一台(维)电机是随运动平台随动的，这样无疑会增加X-Y二维电机驱动平台的运动惯量，影响到高速度、高精度和高稳定性等性能。而通过部件解耦，采用两直线电机都固定的方式，即在X-Y二维直线电机驱动平台运动过程中X-Y二维直线电机各自都是处于静止不动的，仅是二维直线电机各自的动子作直线运动，这样能够显著地降低X-Y二维直线电机驱动平台的运动惯量，降低了其对X-Y二维微动平台高速度、高精度和高稳定性的影响。

发明内容

本发明提出了一种固定音圈电机直驱式X-Y微动平台，该微动平台结构简单，减小了微动平台的运动惯量，改善了微动平台的动态特性，并且具有效率高、精度高、响应速度快的特点。

本发明提供的一种固定音圈电机直驱式X-Y微动平台，其特征在于，它主要包括底座、X向音圈直线电机、Y向音圈直线电机、X向运动平台、Y向运动平台、解耦部件、X向直线光栅尺尺带、X向光栅读头、Y向直线光栅尺尺带、Y向光栅读头；

X向运动平台由X向运动平台基板和两个直线导轨副组成，两个直线导轨副平行于X轴向安装；Y向运动平台由Y向运动平台基板和两个直线导轨副组成，两个直线导轨副平行于Y轴向安装；解耦部件由解耦部件基板和两个直线导轨副组成，两个直线导轨副平行于X轴向安装；

X向音圈直线电机和Y向音圈直线电机都固定安装在底座上；X向运动平台通过支撑座固定安装在底座上，其中X向运动平台基板与支承座和直线导轨副中的导轨固结；第一联轴器联接X向推力板和X向音圈直线电机，X向推力板与连接板固接；X向运动平台只能在X向做往复运动；

Y向运动平台通过Y向运动平台基板安装在X向运动平台上，直线导轨副中的导轨与连接板固结，滑块与Y向运动平台基板固结；解耦部件位于Y向运动平台上方，直线导轨副的导轨与工件平台固结，滑块与解耦部件基板固结，工作平台与连接板固结；第二联轴器联接Y向推力板和Y向音圈直线电机，Y向推力板固接在解耦部件基板上；

X向音圈直线电机的轴末端安装X向直线光栅尺尺带和X向光栅读头，Y向音圈直线电机的轴末端安装Y向直线光栅尺尺带和Y向光栅读头。

在X-Y微动平台运动过程中X向和Y向音圈电机均固定不动的，音圈直线电机直接驱动工作台，有两个自由度，即X方向和Y方向的直线往返运动，行程范围为±5mm。具体而言，本发明具有以下技术特点：

(1)采用音圈直线电机直接驱动X-Y微动平台，省去了旋转电机驱动方式的中间传动环节，简化了机械结构，提高了X-Y微动平台的效率、响应速度和精度。

(2)采用解耦部件，保证了X向和Y向音圈直线电机在X-Y微动平台运动过程中是静止的，只有电机轴在相应方向做往返直线运动。与传统X-Y工作平台相比，减小了微动平台的运动惯量，改善了微动平台的动态特性。

(3)采用直线光栅作为位置反馈元件，实时检测X-Y微动平台的位置，形成闭环控制，保证了X-Y微动平台的高速、高精度运动。

附图说明

图1是固定音圈电机直驱式X-Y微动平台俯视结构图；

图2是固定音圈电机直驱式X-Y微动平台侧视结构图；

图3是X向光栅尺安装结构框图；

图4是X向光栅尺支架和支架安装示意图，其中，(4.1)为装配前，(4.2)为装配后。

具体实施方式