Способ позиционирования подвижного элемента относительно базовой системы координат
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к прецизионным позиционирующим средствам, и может быть использовано в прецизионных станках, высокоточных копирующих устройствах, а также в фотолитографических комплексах для электронной промышленности. Техническим результатом предложенного способа является обеспечение нанометрической точности позиционирования посредством повышения достоверности результатов измерения при контрольных замерах положения подвижного элемента. Способ включает формирование электропроводящего покрытия на выполненных из диэлектрического материала базовой поверхности направляющей и в зонах концевых участков базовой поверхности подвижного элемента и, после перемещения подвижного элемента в заданное положение, контроль величины зазора между базовой поверхностью направляющей и концевыми участками соответствующей базовой поверхности подвижного элемента посредством емкостных датчиков, причем контроль положения подвижного элемента относительно базовой системы координат осуществляют после сравнения и обеспечения равенства величин вышеуказанных зазоров. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к прецизионным позиционирующим средствам, и может быть широко использовано, например, в прецизионных станках, высокоточных копирующих устройствах, а также в фотолитографических комплексах для электронной промышленности.
Из уровня техники известен способ позиционирования подвижного элемента относительно базовой системы координат, согласно которому установленный в прямолинейных направляющих подвижный элемент перемещают в заданное положение с обеспечением постоянства зазора между оппозитно расположенными вдоль направления перемещения базовыми поверхностями подвижного элемента и направляющих и контролируют положение подвижного элемента относительно базовой системы координат посредством соответствующих средств измерения (Н.С. Ачеркан, "Расчет и конструирование металлорежущих станков", Машгиз, 1952 г., cтp.181, фиг.160). Основным недостатком данного известного из уровня техники способа позиционирования подвижного элемента относительно базовой системы координат является недостаточная точность позиционирования. Объясняется это тем, что в результате циклического перемещения подвижного элемента происходит износ направляющих. Следовательно, при контрольном замере положения подвижного элемента он может быть несколько развернут (в пределах образовавшегося в процессе износа зазора) относительно направления перемещения. В результате этого, например, при измерении расстояния в направлении перемещения от некоторой базовой плоскости отсчета до торцевой поверхности подвижного элемента, различные участки упомянутой торцевой поверхности будут находиться на разных расстояниях относительно плоскости отсчета, что делает результат контрольного измерения положения относительно недостоверным. Наиболее остро вышеуказанный недостаток проявляется при больших габаритах подвижного элемента. В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого способа позиционирования подвижного элемента относительно базовой системы координат, в котором обеспечивалась бы возможность позиционирования с нанометрической точностью посредством повышения достоверности результатов измерения при контрольных замерах положения подвижного элемента. Поставленная задача обеспечивается посредством того, что в способе позиционирования подвижного элемента относительно базовой системы координат, согласно которому установленный в прямолинейных направляющих подвижный элемент перемещают в заданное положение с обеспечением постоянства зазора между оппозитно расположенными вдоль направления перемещения базовыми поверхностями подвижного элемента и, по меньшей мере, одной направляющей и контролируют положение подвижного элемента относительно базовой системы координат посредством соответствующих средств измерения, согласно изобретения, на упомянутых диэлектрических базовой поверхности направляющей и в зоне концевых участков базовой поверхности подвижного элемента формируют электропроводящее покрытие, после перемещения подвижного элемента в заданное положение осуществляют контроль величин зазоров между базовой поверхностью направляющей и концевыми участками соответствующей базовой поверхности подвижного элемента посредством емкостных датчиков, а контроль положения подвижного элемента относительно базовой системы координат осуществляют после сравнения и обеспечения равенства величин вышеуказанных зазоров. Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где в плане показана принципиальная схема реализации патентуемого способа (пунктиром показано положение подвижного элемента после его позиционирования в заданном положении перед выравниванием величин соответствующих зазоров). Заявленный способ позиционирования подвижного элемента относительно базовой системы координат реализуется следующим образом. Перед началом осуществления процесса позиционирования на диэлектрических базовой поверхности 1, по меньшей мере, одной направляющей 2 и в зоне концевых участков базовой поверхности 3 подвижного элемента 4 формируют электропроводящее покрытие 5. Электропроводящее покрытие 5 на базовой поверхности 1 направляющей 2 может быть сформировано как в виде сплошного слоя, так и в виде равномерно расположенных по длине направляющей 2 полос с заданным шагом (см. графические материалы). В последнем случае это покрытие функционально может быть использовано и в качестве линейки для грубого позиционирования (т. е. с точностью шага расположения полос покрытия) подвижного элемента 4 в заданном положении. Затем установленный в прямолинейных направляющих 2 подвижный элемент 4 перемещают в заданное положение, преимущественно, с обеспечением постоянства зазора между оппозитно расположенными вдоль направления перемещения базовыми поверхностями 3 и 1 подвижного элемента 4 и направляющей 2, соответственно. Перемещение подвижного элемента 4 может осуществляться любыми известными из уровня техники средствами, важно только, чтобы точная ступень этих средств обеспечивала заданную точность позиционирования. После перемещения подвижного элемента 4 в заданное положение осуществляют контроль и сравнение величин зазоров![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
- минимальный шаг перемещения (позиционирования) - 0,01 нм;
- диапазон перемещения - до 1000 мм;
- динамический диапазон - 1011;
- усилие на исполнительном органе при его перемещении - 104 Н;
- потребляемая при работе привода мощность - до 5 Вт;
- отсутствие энергопотребления при фиксации положения исполнительного органа. На данной экспериментальной установке были достигнуты следующие эксплуатационные показатели. Размер минимального элемента измерения (т.е. минимального дискретного шага перемещения /позиционирования/ при обработке изделия) не более 5 нм. Скорость перемещения каретки по осям "X" и "Y" варьируется от 0 до 10 мм/с. При подходе к заданной координате обеспечивается плавное торможение с ускорением не более 5 мм/с2. Средняя квадратичная погрешность определения защитой координаты по всему полю перемещения каретки составляет не более одного элемента измерения (пиксела), т.е. не более 5 нм. Таким образом позиционирующие устройства, промышленно реализующие патентуемый способ с точностью позиционирования, не более 5 не обеспечивают достижение принципиально новых технологических возможностей в области микроэлектроники, оптического приборостроения, прецизионного машиностроения и т.п. и могут стать основой для создания нового поколения суперпрецизионного оборудования дня технологических процессов резания, гравирования, фрезерования и т. д. , а также оборудования для фотолитографических и рентгенолитографических комплексов, используемых в микроэлектронной и полиграфической промышленности.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1