專利名稱：帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)xyz軸定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種MZ軸貼片系統(tǒng)，其用于微型裝置的選擇和安裝，例如半導(dǎo)體、LED以及光學(xué)元件，特別是涉及一種帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直驅(qū)執(zhí)行器(例如直線電機(jī))近年來已經(jīng)得到普及，特別是用于制造電子元件和半導(dǎo)體的設(shè)備。眾所周知，采用直驅(qū)的優(yōu)勢是高加速度，高速度，高精度，減少移動(dòng)質(zhì)量，沒有復(fù)雜傳輸系統(tǒng)的簡化設(shè)計(jì)，同時(shí)移動(dòng)部件與傳輸機(jī)制也沒有任何磨損和裂縫，具有較好的可靠性。然而，效果不太明顯或不太注意的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是通過使用直驅(qū)增加了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的剛性。沒有傳輸裝置例如滾珠絲桿，皮帶或者聯(lián)軸器，直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載改進(jìn)了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的剛性。更好的剛性效果導(dǎo)致較短的整定時(shí)間，實(shí)質(zhì)上它在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的性能里是一個(gè)重要的參數(shù)。例如，移動(dòng)一個(gè)負(fù)載5mm的短距離并且加速度為6G，位置公差在目標(biāo)位置上要在正負(fù) 10微米里，如果需要17ms時(shí)間來完成運(yùn)動(dòng)，一個(gè)剛性系統(tǒng)可以使整定時(shí)間在大約在lms，盡管一個(gè)更兼容或者更靈活的系統(tǒng)能使整定時(shí)間在10ms，相對(duì)于剛性系統(tǒng)來說要10倍的時(shí)間。一個(gè)柔性系統(tǒng)往往有震動(dòng)，特別是在運(yùn)動(dòng)的結(jié)束，系統(tǒng)需要帶有非常急劇的減速度而停下。這就是剛性系統(tǒng)和柔性系統(tǒng)性能的不同點(diǎn)，但也是非常重要的，并且這樣的一個(gè)性能上的巨大區(qū)別最終會(huì)影響到制造業(yè)中一臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)力。因此，一個(gè)直驅(qū)的理想設(shè)計(jì)(例如一個(gè)直線電機(jī)系統(tǒng))是能到達(dá)盡可能高的剛性。 除了最好材料(受限于成本)的選擇來實(shí)現(xiàn)較高的剛性，應(yīng)該在設(shè)計(jì)中使用最小的部件，因?yàn)楦嗟倪B接件意味著更好的柔度和靈活度。與一個(gè)系統(tǒng)的剛性相關(guān)，另一個(gè)在設(shè)計(jì)中考慮的重要領(lǐng)域是采用通過或者關(guān)閉負(fù)載質(zhì)量的重心定位力線。這會(huì)降低在高加速度和減速度之間的瞬間負(fù)荷的效果。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力和負(fù)載的質(zhì)心通過一個(gè)大距離互相抵消，產(chǎn)生一個(gè)巨大的力矩并且它會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)彎曲和震動(dòng)，因此增加了需要運(yùn)動(dòng)的整定時(shí)間。一個(gè)剛性的系統(tǒng)會(huì)被這種力矩負(fù)載減少影響，并且一個(gè)帶有更多連接件的柔性系統(tǒng)會(huì)有更多的不利影響。剛性并且系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力效果方面被設(shè)計(jì)的程度如何，稱為系統(tǒng)閉環(huán)帶寬。很多通常可得到的運(yùn)動(dòng)控制卡包括運(yùn)算和功能，其允許我們作一個(gè)系統(tǒng)上的頻率響應(yīng)測試來獲得系統(tǒng)閉環(huán)帶寬。一個(gè)帶有負(fù)載的剛性系統(tǒng)靠近重心驅(qū)動(dòng)，趨向于有較高的帶寬并且這樣一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的整定時(shí)間也會(huì)較短。直驅(qū)的優(yōu)勢例如直線電機(jī)是明確的并且令人信服的，不像滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者帶滑輪的皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)直驅(qū)系統(tǒng)有一個(gè)不利之處就是沒有任何機(jī)械上的優(yōu)勢，也就是說它必須直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。直驅(qū)的限制和特點(diǎn)意味著移動(dòng)質(zhì)量應(yīng)該被盡可能的減少，從而盡可能的達(dá)到更高的動(dòng)態(tài)性能。一個(gè)使用減少負(fù)載質(zhì)量的方法是通過執(zhí)行器的解耦?！敖怦睢币馑际窃诮Y(jié)構(gòu)里分離 2個(gè)執(zhí)行器，它會(huì)使2個(gè)執(zhí)行器同時(shí)工作并且一個(gè)執(zhí)行器的整個(gè)重量是沒有被另一個(gè)支撐或者支持。有效解耦不能降低執(zhí)行器的數(shù)量。這僅僅是一個(gè)較好的方法來安排執(zhí)行器和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)的軸承。代替安裝整個(gè)執(zhí)行器在另一個(gè)執(zhí)行器移動(dòng)的支撐架上，它將意味著要支持整個(gè)重量。當(dāng)另一部分安裝在一個(gè)固定支承上，解耦效果執(zhí)行器意味著僅僅執(zhí)行器的重量部分被支撐著。很多機(jī)制在以前已開發(fā)了解耦執(zhí)行器，如

圖1所示的，在一個(gè)MZ軸定位系統(tǒng)通過3個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行解耦。在圖1中，一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸是帶有X，Y，Z軸的記號(hào)。3個(gè)直線電機(jī)配置來提供X，Y，Z軸的運(yùn)動(dòng)。在后端的設(shè)備是X直線電機(jī)。X直線電機(jī)15是固定在一個(gè)基座，線圈(圖中暫未表示)在X軸方向移動(dòng)X工作臺(tái)16(形狀為長方形的)。X工作臺(tái)16 是為了 Y軸的支撐結(jié)構(gòu)，它連接Y軸到X軸。Y軸的導(dǎo)軌固定在X工作臺(tái)16上，并且Y軸的滑塊沿著這個(gè)導(dǎo)軌滑動(dòng)，并連接到Y(jié)工作臺(tái)17。Y工作臺(tái)17是另一個(gè)連接件或支撐結(jié)構(gòu)。 它也是連接到Y(jié)軸電機(jī)線圈。Y軸直線電機(jī)定子18是固定在固定機(jī)座19上。Y軸工作臺(tái) 17也是支撐著Z軸導(dǎo)軌。固定在這些導(dǎo)軌上的是滑塊和Z軸的Z工作臺(tái)20。末端效應(yīng)器 21和Z電機(jī)線圈是旋轉(zhuǎn)連接到Z軸工作臺(tái)20。Z電機(jī)定子22是固定在固定機(jī)座19上。每個(gè)線圈的摘要，以及它們連接件和需要驅(qū)動(dòng)的部件如下面表一所示。
電機(jī)線圈驅(qū)動(dòng)的部件/移動(dòng)負(fù)載的質(zhì)量X電機(jī)線圈X電機(jī)線圈，χ軸滑塊，X工作臺(tái)，Y軸導(dǎo)軌，Y工作臺(tái)，Y電機(jī)線圈，Z軸導(dǎo)軌，Z軸滑塊，Z工作臺(tái)， 末端效應(yīng)器和Z電機(jī)線圈。Y電機(jī)線圈Y電機(jī)線圈，Y軸滑塊，Y工作臺(tái)，Z軸導(dǎo)軌，Z軸滑塊，Z工作臺(tái)，末端效應(yīng)器和Z電機(jī)線圈。Z電機(jī)線圈Z電機(jī)線圈，Z軸滑塊，Z工作臺(tái)和末端效應(yīng)器。表一力如何通過下一個(gè)接口 /連接件從每個(gè)電機(jī)線圈來傳送到末端效應(yīng)器的摘要，如下面表二所示。
權(quán)利要求1.一種帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，包括 一平面電機(jī)；和一Z軸電機(jī)；所述平面電機(jī)包括一 X線圈電機(jī)和一 Y直線無刷電機(jī)，分別對(duì)應(yīng)提供X方向和Y方向上的力，Z軸電機(jī)提供Z方向上的力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，所述線圈在尺寸上小于磁鐵，每個(gè)軸在完成所需要的行程或移動(dòng)時(shí)具有以下關(guān)系Sx = Lxl-Cxl ； Sy = Lyl-Cyl ；是X軸的最大行程； Sy是Y軸的最大行程； Lxl是在X方向兩排磁鐵邊緣之間的距離； Lyl是在Y方向兩個(gè)極端磁鐵邊緣之間的距離； Cxl是在X方向上的X線圈的寬度； Cyl是在Y方向上的Y線圈的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，所述線圈在尺寸上小于磁鐵，其必須滿足以下關(guān)系Lx2-Cx2 彡 Sy ；Lx2是X磁鐵每排的總長；Cx2是在Y方向上X線圈的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位，其特征在于，所述線圈在尺寸上小于磁鐵，其必須滿足以下關(guān)系Ly2-Cy2 ^ SxLy2是每個(gè)Y磁鐵的總長度； Cy2是在X方向上Y線圈的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，所述平面電機(jī)直接連接到所述Z軸電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括一氣浮軸承，通過所述氣浮軸承引導(dǎo)X方向和Y方向上的運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)CTZ軸定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括一直線軸承，所述直線軸承用于引導(dǎo)在X方向和Y方向上所述平面電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有減少移動(dòng)質(zhì)量的直驅(qū)XYZ軸定位系統(tǒng)，包括一平面電機(jī)；和一Z軸電機(jī)；所述平面電機(jī)包括一X線圈電機(jī)和一Y直線無刷電機(jī)，分別對(duì)應(yīng)提供X方向和Y方向上的力，Z軸電機(jī)提供Z方向上的力。本實(shí)用新型不像是常規(guī)的XYZ軸定位系統(tǒng)，無論軸是否耦合或者解耦，其使用了平面電機(jī)代替了兩個(gè)執(zhí)行器，簡化了設(shè)計(jì)，使它更緊湊。制作一個(gè)平面電機(jī)的成本也低于制作兩個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行器并且更少的材料需求。而且由于本實(shí)用新型所需連接件的減少，也減少了制造和裝配的投入，因?yàn)樵诮M裝時(shí)的加工誤差，校直誤差和堆棧誤差也會(huì)減少。
文檔編號(hào)H05K13/04GK202085441SQ20112014121
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者吳彩鳴, 廖永平, 林浩元, 江永明 申請(qǐng)人:雅科貝思精密機(jī)電(上海)有限公司