[发明专利]具有偏转补偿的开放框架并联式双轴柔性平台

说明书

本发明公开了一种平台系统，包括：至少一个柔性框架，其具有固定的中心和能移动的远端，至少一个柔性框架构造为使与至少一个柔性框架能操作地连接的台面沿着至少一条运动轴线位移；以及至少两个致动器，其包括定位在至少一个柔性框架内的第一致动器和第二致动器。第一致动器以从至少一个柔性框架的至少一个梁偏转的第一角度定位在至少一个柔性框架内，并且第二致动器以从至少一个梁偏转的第二角度定位在至少一个柔性框架内。至少两个致动器构造为随着至少两个致动器从第一收缩位置伸展到第二伸展位置而产生补偿位移以抵消偏转误差。

技术领域

本发明所公开的实施例总体上涉及具有致动器和移动台面的平台系统，该平台系统通过产生补偿差异位移以抵消偏转误差来补偿和校正台面位移期间的偏转误差。

背景技术

小尺寸定位系统(即，纳米定位器)广泛用于许多研究和工业领域，包括生物医学工程、电子制造和半导体制造。这些定位系统必须具有在微小距离内的精心受控运动，以便可以使检查或组装既快速又精确。小尺寸定位系统的一个特别重要的实施方式是使用柔性平台。柔性平台使用部署在柔性框架中的致动器来控制移动台面的位移。可使用单个致动器使台面沿着轴线移动，但致动器可能产生较小的位移误差，除非致动器被其他元件锚固或引导。

图1示出了每条轴线具有单个致动器的一个这样的现有技术的直接驱动柔性平台系统。图中示出了开放框架并联式运动柔性平台，其包括固定基准框架102、移动台面104、两个正交致动器106和两个位置传感器108。致动器106在通电时沿其长度伸展，从而移动台面104。位置传感器108感测由致动器106引起的位移。通过将每个致动器106连接到由计算机软件控制的不同的电子放大器(未示出)来产生运动。致动器106和传感器108并联，这意味着它们都直接连接到固定框架102。这种平台的预期用途是将附接到台面104上的样品定位成具有两个自由度，以便可以通过传感器测量样品或由机床操作样品。台面104中的孔允许从两侧接近样品。由于通过与另一轴线的致动机构的交叉联接而在每条轴线中引入的几何误差，因此该现有技术的平台系统不精确。

可以部署两个或更多个致动器以减少单个致动器的误差。当将两个致动器一起部署在柔性框架内以产生沿着单条轴线的运动时，可以实现更精确的运动。然而，串联致动器可能由于延长致动器而产生的横向反作用力从而依然产生小误差。具体地说，反作用力可能产生围绕与台面垂直的轴线的旋转，这被称为偏转误差。由于偏转误差而引起的位移误差在台面的中心可能较小，但是小的旋转误差可能导致台面边缘处的更大位移误差，这可能导致制造成本增加、生产效率降低或甚至因错误组装的产品而造成的浪费。

图2示出了每条运动轴线具有两个致动器106的现有技术平台系统。柔性框架110中的位于图2底部处的致动器106构造为引起沿轴线A的位移，而柔性框架110中的位于图2右侧的致动器106构造为引起沿轴线B的位移。每条运动轴线彼此垂直。采用延伸臂112将台面104连接到柔性框架110。该设计固有的是围绕轴线C的旋转误差，即通过用柔性框架110致动致动器106而产生的偏转误差。如图所示，当图2底部的用于轴线A的致动器106伸展时，系统从状态“a”移位到状态“b”。延伸臂112与容纳有用于轴线A的致动器106的柔性框架110连接且使台面104从104a偏转到104b。如图所示，用电信号激活用于轴线A的未伸展的致动器106a，使得它们伸展到106b，并将柔性框架110从110a位移到110b，并且将延伸臂112从112a位移到112b。对于作为压电致动器的致动器，电信号可以是施加的电压，使得压电致动器与施加的电压成正比地伸展。偏转误差使系统元件(包括用于轴线B的未伸展的致动器106及其相应的柔性框架110)位置偏离。如图2所示，偏转误差可能在纳米级检查或制造过程中造成有害的不精确性。

因此，在本领域中需要一种具有致动器且能够在台面位移期间补偿和校正偏转误差的平台系统。

发明内容

总的来说，本发明提供了一种这样的平台系统：其用于使用柔性框架内的至少两个致动器来沿着至少一个运动轴线移动台面，并且通过至少两个致动器的定位来消除偏转(yaw，也称为“偏航”)误差。