[实用新型]带有减少移动质量的直驱XYZ轴定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种XYZ轴贴片系统，其用于微型装置的选择和安装，例如半导体、LED以及光学元件，特别是涉及一种带有减少移动质量的直驱XYZ轴定位系统。

背景技术

直驱执行器(例如直线电机)近年来已经得到普及，特别是用于制造电子元件和半导体的设备。众所周知，采用直驱的优势是高加速度，高速度，高精度，减少移动质量，没有复杂传输系统的简化设计，同时移动部件与传输机制也没有任何磨损和裂缝，具有较好的可靠性。

然而，效果不太明显或不太注意的一个优点就是通过使用直驱增加了运动系统的刚性。没有传输装置例如滚珠丝杆，皮带或者联轴器，直接驱动负载改进了运动系统的刚性。更好的刚性效果导致较短的整定时间，实质上它在运动系统的性能里是一个重要的参数。例如，移动一个负载5mm的短距离并且加速度为6G，位置公差在目标位置上要在正负10微米里，如果需要17ms时间来完成运动，一个刚性系统可以使整定时间在大约在1ms，尽管一个更兼容或者更灵活的系统能使整定时间在10ms，相对于刚性系统来说要10倍的时间。一个柔性系统往往有震动，特别是在运动的结束，系统需要带有非常急剧的减速度而停下。这就是刚性系统和柔性系统性能的不同点，但也是非常重要的，并且这样的一个性能上的巨大区别最终会影响到制造业中一台机器的生产力。

因此，一个直驱的理想设计(例如一个直线电机系统)是能到达尽可能高的刚性。除了最好材料(受限于成本)的选择来实现较高的刚性，应该在设计中使用最小的部件，因为更多的连接件意味着更好的柔度和灵活度。与一个系统的刚性相关，另一个在设计中考虑的重要领域是采用通过或者关闭负载质量的重心定位力线。这会降低在高加速度和减速度之间的瞬间负荷的效果。当驱动力和负载的质心通过一个大距离互相抵消，产生一个巨大的力矩并且它会导致系统弯曲和震动，因此增加了需要运动的整定时间。一个刚性的系统会被这种力矩负载减少影响，并且一个带有更多连接件的柔性系统会有更多的不利影响。刚性并且系统在驱动力效果方面被设计的程度如何，称为系统闭环带宽。很多通常可得到的运动控制卡包括运算和功能，其允许我们作一个系统上的频率响应测试来获得系统闭环带宽。一个带有负载的刚性系统靠近重心驱动，趋向于有较高的带宽并且这样一个系统运动的整定时间也会较短。

直驱的优势例如直线电机是明确的并且令人信服的，不像滚珠丝杆驱动系统或者带滑轮的皮带驱动系统，一个直驱系统有一个不利之处就是没有任何机械上的优势，也就是说它必须直接驱动负载。直驱的限制和特点意味着移动质量应该被尽可能的减少，从而尽可能的达到更高的动态性能。

一个使用减少负载质量的方法是通过执行器的解耦。“解耦”意思是在结构里分离2个执行器，它会使2个执行器同时工作并且一个执行器的整个重量是没有被另一个支撑或者支持。有效解耦不能降低执行器的数量。这仅仅是一个较好的方法来安排执行器和引导运动的轴承。代替安装整个执行器在另一个执行器移动的支撑架上，它将意味着要支持整个重量。当另一部分安装在一个固定支承上，解耦效果执行器意味着仅仅执行器的重量部分被支撑着。很多机制在以前已开发了解耦执行器，如图1所示的，在一个XYZ轴定位系统通过3个执行器进行解耦。

在图1中，一个笛卡尔坐标系的坐标轴是带有X，Y，Z轴的记号。3个直线电机配置来提供X，Y，Z轴的运动。在后端的设备是X直线电机。X直线电机15是固定在一个基座，线圈(图中暂未表示)在X轴方向移动X工作台16(形状为长方形的)。X工作台16是为了Y轴的支撑结构，它连接Y轴到X轴。Y轴的导轨固定在X工作台16上，并且Y轴的滑块沿着这个导轨滑动，并连接到Y工作台17。Y工作台17是另一个连接件或支撑结构。它也是连接到Y轴电机线圈。Y轴直线电机定子18是固定在固定机座19上。Y轴工作台17也是支撑着Z轴导轨。固定在这些导轨上的是滑块和Z轴的Z工作台20。末端效应器21和Z电机线圈是旋转连接到Z轴工作台20。Z电机定子22是固定在固定机座19上。

每个线圈的摘要，以及它们连接件和需要驱动的部件如下面表一所示。

表一

力如何通过下一个接口/连接件从每个电机线圈来传送到末端效应器的摘要，如下面表二所示。

表二