CN102723299B - 一种压电陶瓷抑振的xy精密运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电陶瓷抑振的XY精密运动平台，在底板(5)上安装有X轴直线电机组件(2)、Y轴直线电机组件(3)、运动连接体组件(4)，在X轴直线电机组件(2)中的X轴直线电机动子(16)的上、下表面上分别设有X轴动子压电陶瓷膜(15)，在Y轴直线电机组件(3)中的Y轴直线电机动子(21)的上、下表面上分别设有Y轴动子压电陶瓷膜(20)。本发明对直线电机动子的机构振颤反应迅速、并以智能方式预以消除或减小直线电机动子的机构振颤，提高机构刚度；此外还具有重量轻、体积小等优势，适用在生产流水线等狭小空间进行的半导体集成芯片的高速封装作业。

Description

一种压电陶瓷抑振的XY精密运动平台

技术领域

本发明涉及半导体芯片封装设备，具体地涉及一种与传统的XY运动平台相比较，对直线电机动子的振颤具有反应迅速、并以智能方式预以消减的XY精密运动平台，适用在生产流水线等狭小空间进行的半导体集成芯片的高速封装作业。

背景技术

在XY运动平台中，最薄弱、最易产生机构振颤的部位，是直线电机的动子线圈组件。这是因为：

1、直线电机动子线圈组件一般以悬臂梁的方式从直线电机壳中伸出，而运动连接机构一般采用两组具有悬臂梁方式的滚子导轨进行滑动连接，这种结构本身易产生振颤，造成系统刚度较低；

2、直线电机动子线圈组件所通的驱动电流，一般是具有一定频率和波形的脉冲电流，因此线圈中产生的驱动力也是和脉冲电流相对应的脉动力，这种脉动力体身就会在直线电机动子线圈组件的输出端造成振颤。

因此，直线电机的动子线圈组件产生振颤是不可避免的，如何减小甚至消除振颤对运动平台系统精度的影响，是运动平台设计及制造工艺中的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理，对直线电机动子的振颤具有反应迅速、并以智能方式预以消减的XY精密运动平台。

本发明的发明目的是这样实现的：一种压电陶瓷抑振的XY精密运动平台，底板组件包括底板，在底板上安装有X轴直线电机组件、Y轴直线电机组件、运动连接体组件；其中，X轴直线电机组件通过X轴直线电机安装座螺钉安装在底板的X轴安装平面上；Y轴直线电机组件通过Y轴直线电机安装座螺钉安装在底板的Y轴安装平面上；X轴精密运动导轨和Y轴精密运动导轨均由固定轨和滑动轨组成；在运动连接体组件中，X轴精密运动导轨中的固定轨通过X轴精密运动导轨固定轨安装螺钉安装在底板的X轴导轨的安装平面上；

在底板组件中，X轴光栅尺读数头角架通过X轴光栅尺读数头角架安装螺钉安装在底板的X轴导轨的安装平面的外侧面；X轴光栅尺读数头通过X轴光栅尺读数头安装螺钉安装在X轴光栅尺读数头角架的相应位置；

在X轴直线电机组件中，X轴直线电机安装座通过X轴直线电机安装座螺钉安装在底板的X轴安装平面上；X轴直线电机定子及壳体通过定位镶嵌安装在X轴直线电机安装座的安装平面上；X轴直线电机动子组件安装在X轴直线电机定子及壳体内；在X轴直线电机动子的上、下表面上分别设有X轴动子压电陶瓷膜；X轴直线电机动子的外露端上开有连接X轴运动连接架的连接孔；

在Y轴直线电机组件中，Y轴直线电机安装座通过Y轴直线电机安装座螺钉安装在底板的Y轴安装平面上；Y轴直线电机定子及壳体通过定位镶嵌安装在Y轴直线电机安装座的安装平面上；Y轴直线电机动子组件安装在Y轴直线电机定子及壳体内；在Y轴直线电机动子的上、下表面上分别设有Y轴动子压电陶瓷膜；Y轴直线电机动子的外露端上开有连接Y轴运动连接架的连接孔；

在运动连接体组件中，X轴运动连接架通过X轴方向连接螺钉与X轴直线电机动子相连接；X轴运动连接架通过X轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉与X轴精密运动导轨中的滑动轨相连接；通过Y轴精密运动导轨固定轨安装螺钉将Y轴精密运动导轨的固定轨安装在在X轴运动连接架上相应的定位平面上；Y轴运动连接架通过Y轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉与Y轴精密运动导轨的滑动轨相连接；Y轴运动连接架的连接端通过Y轴方向连接螺钉与Y轴直线电机动子相连接；Y轴光栅尺架通过Y轴光栅尺架安装螺钉安装在Y轴运动连接架的侧面上；Y轴光栅尺读数头角架通过Y轴光栅尺读数头角架安装螺钉安装在X轴运动连接架上侧靠外的平面上；Y轴光栅尺读数头通过Y轴光栅尺读数头安装螺钉安装在Y轴光栅尺读数头角架的相应位置上。

优选地，除线圈和钢芯部分外，X轴直线电机动子组件的其余部件由碳素纤维制成。

优选地，除线圈和钢芯部分外，Y轴直线电机动子组件的其余部件由碳素纤维制成。

优选地，X轴动子压电陶瓷膜预制在X轴直线电机动子的上、下表面上，并且Y轴动子压电陶瓷膜预制在Y轴直线电机动子的上、下表面上。

优选地，X轴精密运动导轨和Y轴精密运动导轨分别有两组。

优选地，X轴直线电机组件是普通直线电机，其动子只能沿X轴方向在一定范围内进行直线运动。

优选地，安装在底板组件上的X轴直线电机组件由X轴直线电机动子提供驱动力，驱动X轴运动连接架沿X方向进行运动。

优选地，Y轴直线电机组件是自适应解耦式直线电机，其动子除沿Y轴方向在一定范围内进行直线运动外，还可以被动的在X轴方向在一定范围内进行任意的移动。

优选地，安装在底板组件上的Y轴直线电机组件由Y轴直线电机动子提供驱动力，驱动Y轴运动连接架沿Y方向进行运动，同时也以自适应方式沿X方向进行解耦运动。

优选地，该平台的运动精度是依据安装在X轴和Y轴方向的光栅尺进行精密测量与反馈，由计算机控制完成的。

本发明的压电陶瓷抑振的XY精密运动平台相比传统的运动平台，具有如下优点：

1、由于采用计算机控制的压电陶瓷以智能方式抑振，从而提高结构刚度，因此反应迅速，特别适用于精密运动的机构；

2、由于采用自适应解耦式直线电机解耦，因此专利所述平台整体结构简单，结构尺寸小，平台的运动部分质量有明显下降；

3、由于以电子方式提高机构刚度，无需加强机械结构，因此系统结构小巧便利，适合在空间狭小的生产线上应用；

附图说明

图1为本发明一种压电陶瓷抑振的XY精密运动平台的三维示意图及所定义的XY轴方向。

图2为底板组件的三维分解图；

图3为X轴直线电机组件的三维分解图；

图4为Y轴直线电机组件的三维分解图；

图5为运动连接体组件的三维分解图。

在图1中，具体附图标记表示：1-底板组件；2-X轴直线电机组件；3-Y轴直线电机组件4-运动连接体组件；

在图2中，具体附图标记表示：5-底板、6-X轴光栅尺读数头角架安装螺钉、7-X轴光栅尺读数头角架、8-X轴光栅尺读数头、9-X轴光栅尺读数头安装螺钉、10-X轴精密运动导轨固定轨安装螺钉、11-X轴精密运动导轨、12-X轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉；

在图3中，具体附图标记表示：13-X轴直线电机安装座、14-X轴直线电机安装座螺钉、15-X轴动子压电陶瓷膜、16-X轴直线电机动子组件、17-X轴直线电机定子及壳体；

在图4中，具体附图标记表示：18-Y轴直线电机安装座、19-Y轴直线电机安装座螺钉、20-Y轴动子压电陶瓷膜、21-Y轴直线电机动子组件、22-Y轴直线电机定子及壳体；

在图5中，具体附图标记表示：23-X轴光栅尺架、24-X轴光栅尺架安装螺钉、25-X轴运动连接架、26-X轴方向连接螺钉、27-Y轴精密运动导轨固定轨安装螺钉、28-Y轴精密运动导轨、29-Y轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉、30-Y轴运动连接架、31-Y轴方向连接螺钉、32-Y轴光栅尺读数头安装螺钉、33-Y轴光栅尺读数头、34-Y轴光栅尺读数头角架、35-Y轴光栅尺读数头角架安装螺钉、36-Y轴光栅尺架安装螺钉、37-Y轴光栅尺架。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明：

参照附图所示，本发明的压电陶瓷抑振的XY精密运动平台包括：底板组件1、X轴直线电机组件2、Y轴直线电机组件3、运动连接体组件4、底板5、X轴光栅尺读数头角架安装螺钉6、X轴光栅尺读数头角架7、X轴光栅尺读数头8、X轴光栅尺读数头安装螺钉9、X轴精密运动导轨固定轨安装螺钉10、X轴精密运动导轨11、X轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉12、X轴直线电机安装座13、X轴直线电机安装座螺钉14、X轴动子压电陶瓷膜15、X轴直线电机动子组件16、X轴直线电机定子及壳体17、Y轴直线电机安装座18、Y轴直线电机安装座螺钉19、Y轴动子压电陶瓷膜20、Y轴直线电机动子组件21、Y轴直线电机定子及壳体22、X轴光栅尺架23、X轴光栅尺架安装螺钉24、X轴运动连接架25、X轴方向连接螺钉26、Y轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉27、Y轴精密运动导轨28、Y轴精密运动导轨固定轨安装螺钉29、Y轴运动连接架30、Y轴方向连接螺钉31、Y轴光栅尺读数头安装螺钉32、Y轴光栅尺读数头33、Y轴光栅尺读数头角架34、Y轴光栅尺读数头角架安装螺钉35、Y轴光栅尺架安装螺钉36、Y轴光栅尺架37。

底板组件1包括底板5，在底板5上安装有X轴直线电机组件2、Y轴直线电机组件3、运动连接体组件4；其中，X轴直线电机组件2通过X轴直线电机安装座螺钉14安装在底板5的X轴安装平面上；Y轴直线电机组件3通过Y轴直线电机安装座螺钉19安装在底板5的Y轴安装平面上；X轴精密运动导轨11和Y轴精密运动导轨28均由固定轨和滑动轨组成；在运动连接体组件4中，在X轴精密运动导轨11中的固定轨上设有安装孔，利用X轴精密运动导轨固定轨安装螺钉10将固定轨安装在底板5的X轴导轨的安装平面上。

在底板组件1中，X轴光栅尺读数头角架7通过X轴光栅尺读数头角架安装螺钉6安装在底板5的X轴导轨的安装平面的外侧面；X轴光栅尺读数头8通过X轴光栅尺读数头安装螺钉9安装在X轴光栅尺读数头角架7的相应位置；两组X轴精密运动导轨11中的固定轨通过X轴精密运动导轨固定轨安装螺钉10安装在底板5的X轴导轨的安装平面上。

在X轴直线电机组件2中，X轴直线电机安装座13通过X轴直线电机安装座螺钉14安装在底板5的X轴安装平面上；X轴直线电机定子及壳体17通过定位镶嵌安装在X轴直线电机安装座13的安装平面上；X轴直线电机动子组件16安装在X轴直线电机定子及壳体17内；两组X轴动子压电陶瓷膜15分别预制在X轴直线电机动子16的上、下表面上；X轴直线电机动子16的外露端上开有连接X轴运动连接架25的连接孔；X轴直线电机组件2的动子只能沿X轴方向在一定范围内进行直线运动。除线圈和钢芯部分外，X轴直线电机动子组件16的其余部件由碳素纤维制成。

在Y轴直线电机组件3中，Y轴直线电机安装座18通过Y轴直线电机安装座螺钉19安装在底板5的Y轴安装平面上；Y轴直线电机定子及壳体22通过定位镶嵌安装在Y轴直线电机安装座18的安装平面上；Y轴直线电机动子组件21安装在Y轴直线电机定子及壳体22内；两组Y轴动子压电陶瓷膜20分别预制在Y轴直线电机动子21的上、下表面上；Y轴直线电机动子21的外露端上开有连接Y轴运动连接架30的连接孔；Y轴直线电机组件3是自适应解耦式的直线电机，其动子除沿Y轴方向在一定范围内进行直线运动外，还可以以自适应的方式，被动的在X轴方向的一定范围内进行任意的移动，并以此种方式作为本专利的解耦方式。除线圈和钢芯部分外，Y轴直线电机动子组件21的其余部件由碳素纤维制成。

在运动连接体组件4中，X轴运动连接架25通过X轴方向连接螺钉26与X轴直线电机动子16相连接；X轴运动连接架25通过X轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉12与两组X轴精密运动导轨11中的滑动轨相连接，可使X轴运动连接架25经X轴直线电机动子16的驱动，沿X方向进行运动；在X轴运动连接架25上，通过Y轴精密运动导轨固定轨安装螺钉29将两组Y轴精密运动导轨28的固定轨安装在相应的定位平面上；Y轴运动连接架30通过Y轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉27与两组Y轴精密运动导轨28的滑动轨相连接；Y轴运动连接架30的连接端通过Y轴方向连接螺钉31与Y轴直线电机动子21相连接，可使Y轴运动连接架30经Y轴直线电机动子21的驱动，沿Y方向进行运动；由于Y轴直线电机组件3所特有的解耦特性，能够在X轴直线电机动子16驱动X轴运动连接架25沿X方向进行运动的同时，Y轴运动连接架30可由Y轴直线电机动子21的驱动，沿Y方向进行运动，并沿X方向进行解耦运动；Y轴光栅尺架37通过Y轴光栅尺架安装螺钉36安装在Y轴运动连接架30的侧面上；Y轴光栅尺读数头角架34通过Y轴光栅尺读数头角架安装螺钉35安装在X轴运动连接架25上侧靠外的平面上；Y轴光栅尺读数头32通过Y轴光栅尺读数头安装螺钉33安装在Y轴光栅尺读数头角架34的相应位置上。

本发明的压电陶瓷抑振的XY精密运动平台的工作原理为：无论是X轴直线电机组件2中的X轴直线电机动子16，还是Y轴直线电机组件3中的Y轴直线电机动子21，当发生机构振颤时，必然要沿动子剖面的中线，一侧产生拉伸运动，另一侧产生压缩运动；此时，预制在动子碳素纤维上下两面的压电陶瓷膜中，下面的压电陶瓷膜作为传感器使用，一旦感知到在动子的下端面发生拉伸或压缩运动，就立即将电信号反馈给控制计算机；控制计算机发出指令向动子上端面的压电陶瓷施加相反的电流，使动子上端面的压电陶瓷产生反向作用力，以减小或抵消下端面发生的拉伸或压缩运动，实现了以智能方式对直线电机动子的振颤作出迅速反应并达到消减振颤的目的；安装在底板组件1上的X轴直线电机组件2，由X轴直线电机动子16提供驱动力，驱动X轴运动连接架25沿X方向进行运动；安装在底板组件1上的Y轴直线电机组件3是自适应式解耦直线电机，由Y轴直线电机动子21提供驱动力，驱动Y轴运动连接架30沿Y方向进行运动的同时，也以自适应方式沿X方向进行解耦运动；Y轴运动连接架30是安装在X轴运动连接架25之上，并可沿Y轴方向进行滑动，由于上述X轴与Y轴的运动组件，从而使运动连接体组件4上装夹的工件，可以达到运动范围内XY平面上的任一点；平台的运动精度是依据安装在X轴和Y轴方向的光栅尺进行精密测量与反馈，由计算机控制完成的。

Claims (10)

1.一种压电陶瓷抑振的XY精密运动平台，其特征在于，底板组件(1)包括底板(5)，在底板(5)上安装有X轴直线电机组件(2)、Y轴直线电机组件(3)、运动连接体组件(4)；其中，X轴直线电机组件(2)通过X轴直线电机安装座螺钉(14)安装在底板(5)的X轴安装平面上；Y轴直线电机组件(3)通过Y轴直线电机安装座螺钉(19)安装在底板(5)的Y轴安装平面上；X轴精密运动导轨(11)和Y轴精密运动导轨(28)均由固定轨和滑动轨组成；在运动连接体组件(4)中，X轴精密运动导轨(11)中的固定轨通过X轴精密运动导轨固定轨安装螺钉(10)安装在底板(5)的X轴导轨的安装平面上；

在底板组件(1)中，X轴光栅尺读数头角架(7)通过X轴光栅尺读数头角架安装螺钉(6)安装在底板(5)的X轴导轨的安装平面的外侧面；X轴光栅尺读数头(8)通过X轴光栅尺读数头安装螺钉(9)安装在X轴光栅尺读数头角架(7)的相应位置；

在X轴直线电机组件(2)中，X轴直线电机安装座(13)通过X轴直线电机安装座螺钉(14)安装在底板(5)的X轴安装平面上；X轴直线电机定子及壳体(17)通过定位镶嵌安装在X轴直线电机安装座(13)的安装平面上；X轴直线电机动子组件(16)安装在X轴直线电机定子及壳体(17)内；在X轴直线电机动子组件(16)的上、下表面上分别设有X轴动子压电陶瓷膜(15)；X轴直线电机动子组件(16)的外露端上开有连接X轴运动连接架(25)的连接孔；

在Y轴直线电机组件(3)中，Y轴直线电机安装座(18)通过Y轴直线电机安装座螺钉(19)安装在底板(5)的Y轴安装平面上；Y轴直线电机定子及壳体(22)通过定位镶嵌安装在Y轴直线电机安装座(18)的安装平面上；Y轴直线电机动子组件(21)安装在Y轴直线电机定子及壳体(22)内；在Y轴直线电机动子组件(21)的上、下表面上分别设有Y轴动子压电陶瓷膜(20)；Y轴直线电机动子组件(21)的外露端上开有连接Y轴运动连接架(30)的连接孔；

在运动连接体组件(4)中，X轴运动连接架(25)通过X轴方向连接螺钉(26)与X轴直线电机动子组件(16)相连接；X轴运动连接架(25)通过X轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉(12)与X轴精密运动导轨(11)中的滑动轨相连接；通过Y轴精密运动导轨固定轨安装螺钉(29)将Y轴精密运动导轨(28)的固定轨安装在在X轴运动连接架(25)上相应的定位平面上；Y轴运动连接架(30)通过Y轴精密运动导轨滑动轨安装螺钉(27)与Y轴精密运动导轨(28)的滑动轨相连接；Y轴运动连接架(30)的连接端通过Y轴方向连接螺钉(31)与Y轴直线电机动子组件(21)相连接；Y轴光栅尺架(37)通过Y轴光栅尺架安装螺钉(36)安装在Y轴运动连接架(30)的侧面上；Y轴光栅尺读数头角架(34)通过Y轴光栅尺读数头角架安装螺钉(35)安装在X轴运动连接架(25)上侧靠外的平面上；Y轴光栅尺读数头(32)通过Y轴光栅尺读数头安装螺钉(33)安装在Y轴光栅尺读数头角架(34)的相应位置上。

2.如权利要求1所述的XY精密运动平台，其特征在于，除线圈和钢芯部分外，X轴直线电机动子组件(16)的其余部件由碳素纤维制成。

3.如权利要求1所述的XY精密运动平台，其特征在于，除线圈和钢芯部分外，Y轴直线电机动子组件(21)的其余部件由碳素纤维制成。

4.如权利要求1所述的XY精密运动平台，其特征在于，X轴动子压电陶瓷膜(15)预制在X轴直线电机动子组件(16)的上、下表面上，并且Y轴动子压电陶瓷膜(20)预制在Y轴直线电机动子组件(21)的上、下表面上。

5.如权利要求1所述的XY精密运动平台，其特征在于，X轴精密运动导轨(11)和Y轴精密运动导轨(28)分别有两组。

6.如权利要求1所述的XY精密运动平台，其特征在于，X轴直线电机组件(2)是普通直线电机，其动子只能沿X轴方向在一定范围内进行直线运动。

7.如权利要求6所述的XY精密运动平台，其特征在于，安装在底板组件(1)上的X轴直线电机组件(2)由X轴直线电机动子组件(16)提供驱动力，驱动X轴运动连接架(25)沿X方向进行运动。

8.如权利要求1所述的XY精密运动平台，其特征在于，Y轴直线电机组件(3)是自适应解耦式直线电机，其动子除沿Y轴方向在一定范围内进行直线运动外，还可以被动的在X轴方向在一定范围内进行任意的移动。

9.如权利要求8所述的XY精密运动平台，其特征在于，安装在底板组件(1)上的Y轴直线电机组件(3)由Y轴直线电机动子组件(21)提供驱动力，驱动Y轴运动连接架(30)沿Y方向进行运动，同时也以自适应方式沿X方向进行解耦运动。

10.如权利要求1-9中的一项所述的XY精密运动平台，其特征在于，该平台的运动精度是依据安装在X轴和Y轴方向的光栅尺进行精密测量与反馈，由计算机控制完成的。