[发明专利]基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台

说明书

本发明公开了基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台，包括底座和工作台，底座上依次平行设置有直线导轨、直线电机、用于定位支撑直线电机的支撑板、侧挡板；直线导轨上装配有两个滑块，每个滑块和工作台之间均装有柔性体；侧挡板上设置有光栅编码器定尺，工作台上设置有与光栅编码器定尺相配合的光栅编码器滑尺。本发明基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台，具有低成本、高精度和高敏捷度的特点，集成了结构设计优化与智能材料应用的优势，可有效解决目前滚柱或滚珠式超精密工作台的高速精准定位问题。

技术领域

本发明属于机械设计与制造技术领域，具体涉及一种基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台。

背景技术

超精密工作台是微机电系统监测、微纳加工及微量增材制造等检测或加工过程中最重要的机械驱动部件。近年来，国内外学者关于高速超精密驱动问题进行了大量研究，采用了包括柔性结构体、静压导轨、磁悬浮导轨或滚珠、滚柱滑块等导向零部件，以期实现高速、精确的移动位置控制，但到目前为止，尚未得到很好的解决。一般说来，柔性体工作台具有结构紧凑、成本低廉且不存在摩擦力的优势，但受柔性结构自身工作行程和承载能力的限制，使其很难应用于大行程或中、高载荷工况，例如纳米光刻机。与之相比，磁悬浮式工作台具有较高的承载能力，但由于其制造成本过高且控制复杂，因而仅应用于高端装备领域，例如半导体制造。此外，静压导轨也具有较大行程时的精准定位能力，可是受工作原理的限制，使其难以满足超洁净室或真空环境的需求。目前，滚柱、滚珠滑块式工作台是使用最为广泛且有效的驱动形式，它可以在各种工况环境下实现较为精确的移动定位，无论是洁净室或是真空环境(例如扫描电子显微镜和聚焦离子束系统)并具有较低的制造成本。然而，由于预滑阶段摩擦力的非线性特征，在点对点纳米级定位方式下必须消耗大量的时间到达指定位置，因而极大地约束了驱动台的工作效率和产品生产能力。

由此可见，在高效、低成本的前提下，解决滚柱、滚珠滑块式超精密驱动台预滑阶段摩擦力的补偿问题，对推动超精密驱动领域的创新开发和发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台，解决了现有滚柱或滚珠滑块式超精密驱动台预滑非线性摩擦力带来的定位误差的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台，包括底座和工作台，底座上依次平行设置有直线导轨、直线电机、用于定位支撑直线电机的支撑板、侧挡板；直线导轨上装配有两个滑块，每个滑块和工作台之间均装有柔性体；侧挡板上设置有光栅编码器定尺，工作台上设置有与光栅编码器定尺相配合的光栅编码器滑尺。

本发明的特点还在于：

滑块为滚珠式滑块或者滚柱式滑块。

柔性体包括通过交叉铰接板连接的U型框架和矩形块，U型框架上开有螺栓孔a，U型框架与滑块通过穿过螺栓孔a的螺栓连接，矩形块上开有螺栓孔b，矩形块与工作台通过穿过螺栓孔b的螺栓连接，交叉铰接板上装有压电柱。

底座两端对称设置有端面挡板，端面挡板上设置有缓冲器。

工作台通过连接板与拖链连接，拖链内穿有用于连接光栅编码器滑尺的电缆。

本发明的有益效果是：本发明基于柔性结构的次纳米级精密驱动工作台，具有低成本、高精度和高敏捷度的特点，集成了结构设计优化与智能材料应用的优势，有效解决了目前滚柱式超精密工作台的精准定位问题。

附图说明

图1是本发明次纳米级精密驱动工作台的结构示意图一；

图2是本发明次纳米级精密驱动工作台的结构示意图二；

图3是本发明次纳米级精密驱动工作台中柔性体的结构示意图一；

图4是本发明次纳米级精密驱动工作台中柔性体的结构示意图二。