一种紧凑式多轴精密运动台

本发明涉及精密运动台，特别涉及一种紧凑式多轴精密运动台。

背景技术：

1、随着光学检测设备集成度提高、尺寸不断微缩，对检测技术及检测精度提出更高要求。聚焦离子束检测(fib)/电子束检测(ebi)因检测速度快、检测灵敏度高的优势，而被新一代光学检测器件重视。在光学检测设备高精度定位系统中，运动台行程通常在数十毫米量级，而精度达到纳米及亚纳米级，同时受限于工作真空空间、工作功耗、工作稳定性、结构轻量化等因素，因此对多轴运动台结构布置及致动方式提出新要求。

2、光学检测设备内部通常包括多轴运动台，以实现调整检测台精度动态补偿和调平调焦曝光。最大限度的利用工作空间以实现大行程运动，兼顾运动台工作工况和运动平台控制精度，设计空间利用率高的紧凑式多轴精密运动台具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决多轴精密运动台空间有限且大运动行程的设计要求，本发明的目的在于提供一种应用于双束检测设备中的紧凑式多轴精密运动台，其可以实现x轴、y轴、z轴直线运动、以及rx轴、rz轴旋转运动。本发明的运动台具有结构紧凑、运动行程大、体积占用小、安装适应性强的特点，其采用压电致动器作为驱动模块使得在各运动轴上具有高运动精度和高鲁棒性，同时具有低功耗、无磁低热和高可靠性。

2、本发明的技术方案具体介绍如下。

3、一种紧凑式多轴精密运动台，包括一级运动台、二级运动台和三级运动台，同时包括底部框架、中部框架、旋转框架和顶部框架；

4、一级运动台包括两条x向直线导轨，x向直线驱动模块和x向陶瓷块；x向直线导轨为交叉滚子导轨，每套交叉滚子导轨中的两幅导轨分别和中部框架和底部框架固定连接，两幅导轨之间用交叉滚子连接，以实现中部框架和底部框架之间的滑动连接，x向陶瓷块固定安装在中部框架的底部，x向直线驱动模块固定安装在底部框架上，x向直线驱动模块与x向陶瓷块之间通过接触摩擦实现中部框架相对于底部框架在x方向上的移动；

5、二级运动台包括旋转支架，两个旋转支座，rx向旋转驱动模块，两条内弧型导轨，两条外弧型导轨和旋转陶瓷块；旋转支架与中部框架固定连接，旋转支架上固定安装两条内弧型导轨，旋转陶瓷块和旋转框架固定连接，旋转陶瓷块上安装两条外弧型导轨，两条内弧型导轨和两条外弧型导轨之间通过交叉辊子安装，形成两套交叉滚子导轨，使得内弧型导轨和外弧型导轨之间形成滑动连接；旋转支座安装在中部框架的两侧，rx向旋转驱动模块分别安装在旋转支座上，，rx向旋转驱动模块分别和旋转陶瓷块之间接触摩擦实现旋转框架相对于中部框架在rx方向的弧形旋转；

6、三级运动台包括第一y向直线内导轨，第二y向直线内导轨，y向直线驱动模块，y向陶瓷块，z向直线导轨，z向运动滑块，z向直线驱动模块，z向陶瓷块，弹簧牵引机构和rz向旋转驱动模块；

7、y向直线内导轨和y向陶瓷块安装在旋转框架上，y向直线内导轨和y向直线驱动模块安装在顶部框架上；y向直线内导轨和y向直线内导轨之间通过交叉辊子连接，形成两套交叉滚子导轨，使得旋转框架和顶部框架之间形成滑动连接，y向直线驱动模块与y向陶瓷块之间通过接触摩擦实现顶部框架相对于旋转框架在y方向的移动；

8、z向直线导轨和z向直线驱动模块安装在顶部框架上；z向直线导轨上安装有z向运动滑块，z向运动滑块上安装z向陶瓷块和rz向旋转驱动模块，z向直线驱动模块和z向陶瓷块之间通过接触摩擦实现z向运动滑块相对于顶部框架在z方向的移动，弹簧牵引机构和z向运动滑块相连，弹簧牵引机构的出力方向与z向运动滑块运动方向平行，防止z向运动滑块发生偏摆或卡死，rz向旋转驱动模块为rz向旋转电机。

9、本发明中，内弧型导轨由两段小弧形导轨组成。

10、本发明中，弹簧牵引机构包括发条弹簧、发条弹簧支架和弹簧夹块，发条弹簧一端固定于发条弹簧支架，另一端固定于顶部框架底部的弹簧夹块上，弹簧夹块与z向运动滑块相连。

11、本发明中，顶部框架上还布置有z向限位块。

12、本发明中，x向直线驱动模块，rz向旋转驱动模块，y向直线驱动模块，z向直线驱动模块以及rz向旋转驱动模块采用压电致动器。

13、本发明中，还设有对一级运动台、二级运动台、和三级运动台的直线运动和旋转运动中分别产生的直线位移或者角位移进行检测的光栅尺。

14、和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

15、本发明多轴运动台结构中，在实现大行程运动需求下，充分利用工作空间，同时兼顾轻量化设计需求和工作功耗要求，结构设计紧凑，具有高运动精度和稳定性；具有良好的经济效益和社会效益。

技术特征：

1.一种紧凑式多轴精密运动台，其特征在于，包括一级运动台(1)、二级运动台(2)和三级运动台(3)，同时包括底部框架(11)、中部框架(13)、旋转框架(22)和顶部框架(34)；

2.根据权利要求1所述的紧凑式多轴精密运动台，其特征在于，内弧型导轨(15)由两段小弧形导轨(151)(152)组成。

3.根据权利要求1所述的紧凑式多轴精密运动台，其特征在于，弹簧牵引机构(37)包括发条弹簧(371)、发条弹簧支架(372)和弹簧夹块(362)，发条弹簧(371)一端固定于发条弹簧支架(372)，另一端固定于顶部框架34底部的弹簧夹块(362)上，弹簧夹块(362)与z向运动滑块(36)相连。

4.根据权利要求1所述的紧凑式多轴精密运动台，其特征在于，顶部框架(34)上还布置有z向限位块(345)。

5.根据权利要求1所述的紧凑式多轴精密运动台，其特征在于，x向直线驱动模块(16)，rz向旋转驱动模块(211)(212)，y向直线驱动模块(31)，z向直线驱动模块(32)以及rz向旋转驱动模块(33)采用压电致动器。

6.根据权利要求1所述的紧凑式多轴精密运动台，其特征在于，还设有对一级运动台(1)、二级运动台(2)、和三级运动台(3)的直线运动和旋转运动中分别产生的直线位移或者角位移进行检测的光栅尺。

技术总结
本发明公开了一种紧凑式多轴精密运动台；其自下而上包括一级运动台、二级运动台和三级运动台。其中一级运动台为x轴直线运动台，二级运动台为Rx旋转运动台，三级运动台为Y、Z直线运动台和Rz旋转运动台。本发明的运动台具有结构紧凑、运动行程大、体积占用小、安装适应性强的特点，布置合适致动器作为驱动使得在各运动轴上具有高运动精度和高鲁棒性，同时具有低功耗、无磁低热和高可靠性。

技术研发人员：徐云浪,阮智伟,郭亮,杨晓峰
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12