[实用新型]二平动长行程并联精密定位平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及精密定位平台，特别是一种可实现沿X、Y方向的长行程精密定位平台。适合于集成电路封装、微机电系统制造、激光加工、生物医学、微操作、微装配等精密定位工程领域。

背景技术

目前，集成电路封装、微机电系统制造、激光加工、微操作、微装配等领域对大行程、高速、高精度定位系统的需求日益迫切。因此，各种精密定位系统和装置被研制开发出来。当前广泛应用的二自由度平动定位平台采用滚珠丝杠等传统伺服传动链，由于存在中间传动环节，使得机构的运动副之间存在运动间隙，运动部件的惯量大，导致系统的响应时间、定位精度、速度和加速度难以达到精密定位要求。采用压电陶瓷、超磁致驱动器的微定位平台虽然能够达到纳米级定位，但其行程小，一般只能达到几十至几百微米；采用伺服马达、压电蠕动式电机的定位平台虽然可以达到大行程，但其运动速度太低。

现有的平面二平动定位系统，采用直线滑动导轨解耦机构（专利号200510010286.2，200620072502.6，申请号201010150708.7）或气浮解耦机构（专利号2006100114876.7，申请号200910027992.6）。前者使平台存在相对较大的摩擦力，限制了定位平台速度和精度的提高；后者结构复杂，且刚度和承载能力低。

实用新型内容

有鉴于此，有必要针对背景技术中提到的问题，克服现有平面二平动定位平台的传动中的反向间隙、摩擦力和刚度不足等缺点，提出了一种结构简单的精密定位系统。这种装置的结构特点是采用并联机构和新型全柔顺性结构。该定位平台具有结构紧凑、运动解耦、加工制造简便等优点。本实用新型适合于集成电路封装、微机电系统制造、激光加工、生物医学、微操作、微装配等精密定位工程领域所需的大行程、高速、高精度定位的二平动定位平台。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种二平动长行程并联精密定位平台，其特征在于：包括控制器、基座、固定于基座上的其间通过隔板固定的两层柔顺机构板、设置于上层柔顺机构板的中央的输出平台、与所述控制器信号连接并分别与所述两层柔顺机构板连接的两个音圈电机，以及与所述控制器信号连接并与所述基座连接的两个位移传感器。

每层柔顺机构板包括两个平行设置的分体，每一分体均由三个并排设置的复合板簧片式柔性铰链组成；该三个柔性铰链分别包括四个U型柔性板簧片，其中，位于两端的柔性铰链的柔性板簧片开口相对，位于中间的柔性铰链的柔性板簧片的开口朝向所述输出平台；每一分体的中间的柔性铰链上固定一个连接柔性板簧片的开口两端的连杆。

所述两层柔顺机构板的底部和基座之间设有四个垫片。

两个音圈电机的动子分别通过连接头连接两层柔顺机构板，与下层柔顺机构板连接的音圈电机的定子通过一个电机支架与基座连接，用于驱动下层柔顺机构板；与上层柔顺机构板连接的另一个音圈电机通过一个电机支架和设置于电机支架底部的一块垫板与基座连接，用于驱动上层柔顺机构板。

每个位移传感器通过一块定位板与基座相连，所述两个位移传感器的探头分别与所述两层柔顺机构板之间的隔板的两个相邻侧面相对，并保持测量距离。

所述控制器包括设有USB或RS232串口的计算机、与该计算机相连接的D/A数模转换器及与D/A数模转换器信号连接的两个音圈电机驱动器，该两个音圈电机驱动器分别与所述两个音圈电机连接。

所述位移传感器为激光位移传感器。

与技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型采用并联结构，将驱动部件全部置于底座上，降低了机构的运动惯量，提高了系统刚度和承载能力，改善了系统的动态特性，同时缩短了运动环节，减少了系统累计误差。

本实用新型采用新型柔顺性结构作为解耦机构和位移传递导轨，具有无间隙、无摩擦、免润滑、不发热、高精度、高稳定性、结构紧凑等优点。

本实用新型采用双层结构相同的柔顺板装配成并联机构，两层可一次性线切割加工，降低成本。

本实用新型采用音圈电机直接驱动，省去了中间传动环节，由于音圈电机行程大且在理论上具有无限分辨率、无滞后、快响应、高加速度、高速度、体积小、力特性好、控制方便等特点，激光位移传感器提供末端位置反馈，再加上良好的结构对称性，可以较好的保证系统的大行程和高速高精度。

综上所述，本实用新型的优点可总结为：

本实用新型的并联解耦全柔顺性机构：具有并联机构优点、柔顺性机构优点、解耦机构优点；双层紧凑并联机构：结构紧凑，且两层结构相同，可一次性线切割加工，降低成本。