TWI302862B - Toggle-type positioning platform and toggle-type machine center - Google Patents

Description

I3〇2^^：doc/e 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種定位平台以及工具機，且特別是 有關於一種肘節式(toggle-type)定位平台以及財節式工具 機。 【先前技術】 隨著科技的進步’各種工業產品有逐漸朝向微小精密 化的需求和趨勢’因此’近年來新興的研發主題：微型化 切削技術(Micro/Meso_Scale Manufacturing Technology)將 疋未來製造技術的關鍵所在。微型化切削技術適用於國 防、航空、電子、光學、通訊以及醫療等各領域之產品， 特別的是其更可應用於高速訊號傳輸的微光學組件、汽車 及醫學上的微制動器（micro-actuator)和微感測器 (micro-sensor)、高溫喷射引擎的微喷嘴、微小燃料電池、 光纖的微細孔以及光罩微影技術(photolithography)等等。 在工程應用上’局精密定位技術是精密加工的重要基 礎。如何提升高精密的定位，也是產業提升的重要指標。 高精密定位技術的困難之處在於不確定的因素過多，一般 在大尺度定位上不需考慮的因素，在微奈米定位上都必須 考慮進去。 目如的微米級的加工方法大多使用濕式钱刻（wet etching)、電漿|虫刻(plasma etching)、LIGA 深刻模造、電 子束或離子束等製程技術，造成近年來微機電技術 (Micro-Electro Mechanical System，MEMS)的活躍。一般而 doc/e 1302§62wf 言’ MEMS技術僅適用於2〜2 5D的开 工相對精度大多僅止M1(rl〜1〇-2真 蚀^狀加，/、加 料拉痒西七毛木。然而，對於許多相 對精度要妹⑥，且做較騎_ 3 無法滿足其需求。此外，另—㈣目"廿避化產σσ已 瓶硕則疋其無法適用於金屬 1材質。另外，奈米級等級的加工，則大 牙Γ1微鏡(STM)或原子力顯微鏡(AFM)的輔 助，其速度kfe，而且技術也尚未成熟。 在現P白段，多車由工具 立ΓΓΓ 此種類似懸臂樑(ca福㈣⑽結構， 作區間，但卻也容易因外界的負荷或本身 庚=生交形或位移。因此，若要達到高解析、高精 u t序列式機構機台的伺服系統 1 f ^鱗和高規格，才有鰣_讀米甚至是= 度。如此一來，相關的控制技術要求是非常的高， 正體5又備的成本亦是大幅度的增加。除此之外，以壓電制 12_eleetrie aetuatof)為主的機構，雖然具備了奈米級 白=又’但也存在著行程過小以及磁滞效應物伽resi_ 問題。 【發明内容】 有編^ ’本發明之目的是提供—種肘節式定位平 口’以達到南精度。 明之另—目的是提供—種卿式王具機，以提高 加工精度。 為達上述或是其他目的，本發明提出一種肘節式定位 1302§g2wf.doc/e 平台，其包括了一第一平台、一馬達、一螺桿、一第二平 台以及一連桿。其中，馬達和螺桿均配置於第一平台上， 馬達並與螺桿耦接，且馬達適於使得螺桿轉動。第二平台 配置於第一平台上，且第二平台適於沿著一預定路徑往復 移動，其中預定路徑之延伸方向與螺桿成一夾角。連桿位 於第一平台與第二平台之間，且連桿連接第二平台與螺桿 之間，其中螺桿轉動適於使連桿移動，以帶動第二平台沿 預定路徑移動。 在本發明之一實施例中，夾角可以是90度。 在本發明之一實施例中，第一平台可以是具有一導 槽，且第二平台適於沿著導槽移動。 在本發明之一實施例中，肘節式定位平台更包括一滾 珠轴承，其配置於第二平台上，並位於第一平台與第二平 台之間，且滚珠轴承適於沿著導槽移動。 在本發明之一實施例中，肘節式定位平台更包括一滚 柱轴承，其配置於第二平台上，並位於第一平台與第二平 台之間，且滾柱軸承與第一平台接觸。 在本發明之一實施例中，第一平台可以是具有一導 執，且滚柱軸承適於沿著導執移動。 為達上述或是其他目的，本發明更提出一種肘節式工 具機，其包括了一第一肘節式定位平台、一第二肘節式定 位平台以及一主軸。第一肘節式定位平台包括一第一平 台、一第一馬達、一第一螺桿、一第二平台以及一第一連 桿。其中，第一馬達和第一螺桿均配置於第一平台上，第 13〇2繼— 一馬達並與第一螺桿耦接，且第一馬達適於使得第一螺桿 轉動。第一平台配置於第一平台上，且第二平台適於沿著 一第一預定路徑往復移動，其中第一預定路徑之延伸方向 與第-螺桿成-第-夾角。第-連桿位於第一平台與第二 平台之間’且第-連桿連接第二平台與該第一螺桿之 其中第-螺桿轉動適於使第一連桿移動，以帶 口此外，第二財節式定位平台配置： vr平而第二肘節式定位平台包括-第 一馬達、一弟二螺桿、一第三 Μ — 秸弗 第二馬達和第二螺桿均配置於第口―弟二連桿。其中， 與第二螺桿柄接，且第二馬達Ski，r二馬達並 三平台配置於第二平台上，且第三平A ^螺桿轉動。第 徑往復移動，其中第二預定路徑::伸=7第二預 間’且第二連桿連接第三平台鱼第:=_第二平台之 „適於使第二連桿移動，以帶動 其：第二 疋路從移動，且第—子g # —平台沿第二予頁 於第三平㈣路徑往復移動= 且主軸適於沿著垂直 在本發明之一實施例中 在本發明之一實施例 ^可以是90度。 在本發明之一每弟一又角可以是90度。 曾在本發明以度。 ¥槽，且第二平台適於沿著第-導槽移=以具有—第— doc/e

I302S6L 在本發明之一實施例中，第一肘節式定位平台更包括 一第一滾珠軸承，其配置於第二平台上，並位於第一平台 與第二平台之間，且第一滾珠軸承適於沿著第一導槽移動。 , 在本發明之一實施例中，第一肘節式定位平台更包括 ， 一第一滾柱軸承，其配置於第二平台上，並位於第一平台 與第二平台之間，且第一滚柱軸承與第一平台接觸。 在本發明之一實施例中，第一平台可以是具有一第一 導軌，且第一滾柱轴承適於沿著第一導軌移動。 φ 在本發明之一實施例中，第二平台可以是具有一第二 導槽，且第三平台適於沿著第二導槽移動。 在本發明之一實施例中，第二肘節式定位平台更包括 一第二滾珠軸承，其配置於第三平台上，並位於第三平台 與第二平台之間，且第二滾珠轴承適於沿著第二導槽移動。 在本發明之一實施例中，第二肘節式定位平台更包括 一第二滾柱軸承，其配置於第三平台上，並位於第三平台 與第二平台之間，且第二滾柱轴承與第二平台接觸。 在本發明之一實施例中，第二平台可以是具有一第二 鲁 導軌，且第二滾柱軸承適於沿著第二導執移動。 在本發明之一實施例中，上述之肘節式工具機更包括 一第三馬達、一第三螺桿以及二第三連桿。其中，第三馬 達和第三螺桿均配置於第一平台上，而第三馬達並與第三 螺桿耦接，且第三馬達適於使得第三螺桿轉動。二第三連 桿分別連接主軸兩侧與第三螺桿之間，其中第三螺桿轉動 使得第三連桿，以帶動主軸適於沿著垂直於第三平台的路 徑往復移動。 1302魄竭 本|膝用—種以肘節式機構為 疋位的精度可以提升。另外，本發 j千口，因此 構為主的定位平台，其不需 種以財節式機 得到高，高解析度的服驅動系統即可 易懂為他目的二特徵和優點能更明顯 明如下。^土貝知例，亚配合所附圖式，作詳細說 【實施方式】 機，所提/之財節式定位平台以及肘節式工I ^其主要疋猎由肘節式機構來進行定位，以提升加工^ :發::了之說明為本發明之較佳實施例，但並非用以限ί 一圖1為本發明一實施例之一種肘節式定位平台的上 不意圖。圖2為本發明一實施例之一種肘節式定位平台的 局部側視示意圖。請同時參照圖1與圖2，本實施例:肘 =式定位平台100包括一第一平台112、一馬達12〇、一螺 桿130、一第二平台114以及一連桿14〇。其中，馬達 螺桿130和第二平台114均配置於第一平台112上。馬達 120與螺桿130耦接，且馬達12〇可使螺桿13〇轉動。第 一平台114則於第一平台η]上沿著一預定路徑15〇往復 移動，而且預定路徑15〇之延伸方向與螺桿13〇成一夾角 155。就本實施例而言，此夾角155為9〇度，然而夾角155 也可以是其他角度。連桿140位於第一平台ι12與第二平 台114之間，且連桿140連接第二平台114與螺桿130之 1302862 97-08-05 =另外’螺桿13G機將使連桿14G移動，並帶動第二 、口 114沿預定路徑150移動。 更詳細而言，第一平台112也可以具有一導槽16〇， 導平台U4適於沿著導槽160移動。在本實施例中， . 為V开>，但導槽160也可以是U形或其他形狀。 卜，肘節式定位平台100也可以包括—滾珠軸承18〇。 凌珠軸承180配置於第一平台112上，並位於第一 箱I」與第二平台114之間，因此第二平台U4能夠沿 15G移動。簡單而言’滾珠軸18G也可以是沿 著導槽160移動。 ^卜為了提阿第二平台1丨4的穩定度，肘節式定位 纺ϋ〇也可以包括一滾柱軸承190。其中，滾柱軸承刚 ”滾珠軸承18G分別位於連桿140與第二平台114之連接 處的兩側。此外，第-平台112也可以具有-導軌170， 而滾柱軸承190適於沿著導軌17G移動。以下將對於 施例之肘f卩式定位平台觸的定位方式進行詳細說明。 表1與表2為本發明一實施例之一種肘節式 的數值分析數據。如下所示丨 ° 螺桿位移量X 連桿長L Ίόοοοο 100000

99999.99996 99999.99992 99999.99988 99999.99982 單位：μηι 99999.99976 99999.99968 99999.9996

100000 100000 100000 100000 100000 100000 π 1302862 100000 10 99999.9995 0.000105 100000 11 99999.9994 0.000115 100000 12 99999.99928 0.000125 100000 13 99999.99916 0.000135 100000 14 99999.99902 0.000145 100000 15 99999.99888 0.000155 100000 16 99999.99872 0.000165 100000 17 99999.99856 0.000175 100000 18 99999.99838 0.000185 100000 19 99999.9982 0.000195 100000 20 99999.998 - 表一 單位二μιη 連桿長L 螺桿位移量X 距離Η 定位解析度Δη 100000 20 99999.998 0.0025 100000 30 99999.9955 0.0035 100000 40 99999.992 0.0045 100000 50 99999.9875 0.0055 100000 60 99999.982 0.0065 100000 70 99999.9755 0.0075 100000 80 99999.968 0.0085 100000 90 99999.9595 0.0095 100000 100 99999.95 0.0105 100000 110 99999.9395 0.0115 100000 120 99999.928 0.0125 100000 130 99999.9155 0.0135 100000 140 99999.902 0.0145 100000 150 99999.8875 0.0155 100000 160 99999.872 0.0165 100000 170 99999.8555 0.0175 100000 180 99999.838 0.0185 100000 190 99999.8195 0.0195 100000 200 99999.8 - 表2 請同時參照圖卜表1與表2，位移量X代表連桿140 之一端於螺桿130上的位移量、距離Η代表連桿140與第 12 I3〇2862 97-08^05 的連接處與螺桿130之間的距離以及紐代表 疋位解析度。此外，單位為微米（_)。 代表 由於連桿14〇長度l為已知，車 桿130上的位移| χ ★糸P 4 連梓140之一鈿在螺 以得到連三角幾何關係可 離w 口 之連接處與螺桿130之間的距 平么位移^而吕’當螺桿位移量非常小時可得到更小的 螺ί位極高的定位解析度ΛΗ，因此連桿長度、 之“二Ϊ杯和螺桿之間的夾角等皆將影響平台位移 ^析度和Μ度。換言之，增加連桿的長度便可提 位解析度。以下將就採用 疋 具進行詳細制 種肘心位平台的財節式工 圖3為本發明一實施例之—種財節式工具機 ^圖二圖4為本發明—實施例之—種財節式工具機的^ ^思圖。請夢照圖3與圖4，肘節式工具機遍包括— 二„，： 一第二肘節式定位平台以及主軸 、中’第-肘節式定位平台以及第二財節式定位 與上述之肘節狀位平台刚相似。更詳細而言，第 台312、第一馬達322、第一螺桿332、第 3 第一連桿如構成-第-肘節式定位平台Γ而第二^ 3U、第二馬達324、第二螺桿334、第三平台316 $ 二連桿344構成一第二肘節式定位平台。 乐 就第-肘節式定位平台而言，第一馬達322、第 ^ 332和第二平台3Η均配置於第一平台祀上。此外:、 第二平台314則於第-平台312上可沿著第—預定路徑 13 1302862 352^往復移動，而且第一預定路徑352之延伸方向與第一 螺桿332成一第一夾角356。就本實施例而言，此第一夾 角為90度，然而第一夾角356也可以是其他角度。此 外第一平台312也可以具有一第一導槽362和一第一導 執372，=第一肘節式定位平台也可以包括一第一滾珠轴 承382與第一滾柱軸承392。第二平台314藉由第一滾珠 ，承382以及第一滚柱軸承392分別沿著第一導槽3幻和 第一導執372而相對於第一平台312移動。 就第二肘節式定位平台而言，第二馬達324、第二螺 ^ 334和第二平台316均配置於第二平台314上。此外， 第二平台316則於第二平台314上可沿著一第二預定路徑 354往復移動，而且第二預定路徑354之延伸方向與第二 螺桿334成-第一夾角358。就本實施例而言，此第二夾 角35=為90度，然而第二夾角358也可以是其他角度。另 外，第二平台314也可以具有一第二導槽364和一第二導 軌^74’而第一肘節式定位平台更包括一第二滾珠轴承％* 與第二滾柱軸承394。因此，第三平台316藉由第二滾珠 轴承384以及第二滾柱軸承394分別沿著第二導槽兄斗和 弟一導軌374而相對於第二平台gw移動。 一另外，第二預定路徑354與第一移動路徑352成一第 二夾角360。就本實施例而言，此夾角36〇為9〇度，然而 夾角360也可以是其他角度。另外，主軸348位於第三平 台316上方，可沿著垂直於第三平台316的方向往復移動。 值得注思的是，上述之肘節機構的定位方式也可以應 14 1302862 97-08-05 :今: ，於主軸348。舉例而言，肘節式工具機更包括了 — 第三馬達326、一第三螺桿336以及二第三連桿施。其中， 二第三連桿346分別連接主軸348兩侧與第三螺桿说之 兩端。此外，第三螺桿336轉動使得二第三連桿346帶動 主軸348 ’並使主軸348沿著垂直於第三平台316的方向 往復移動。以下將就肘節式工具機獅蚊 細說明。 (丁咔 ^首先，由於第一馬達322與第一螺桿332耦接，因此 當第一馬達322帶動第一螺桿332轉動時，第一連桿μ〕 便會移動。此時，第一連桿342帶動第二平台314沿著第 一導槽362移動，也就是沿著第一預定路徑352往復移動。 就本實施例而言，此第一預定路徑352的方向即為如圖 示之Y轴的方向。 同樣地，由於第二馬達324與第二螺桿334耦接，因 此第一馬達322帶動第二螺桿334轉動時，第二連桿344 便會移動。此時，第二連桿344帶動第三平台316沿著第 二平台314移動’也就是沿著第二預定路徑354往復移動。 就本實施例而言’此第二預定路徑354的方向即為 示之X轴的方向。 此外，當第三馬達326驅使第三螺桿330轉動時，二 第三連桿346的夾角便會改變。更詳細而言，由於第三^ 桿336具有右旋螺紋與左旋螺紋，因此當第三螺桿轉 動日守，這些弟二連桿346之一端便會靠近。換言之，主軸 15 1302862 97-08-05 若第三螺桿336反轉， 348便會朝Z軸正向移動。反之， 則主軸348朝Z轴負向移動。 綜上所述， 具有下述之優點 本發明之肘節式定位平台和肘節式工具機 -'本發明之財節式定位平 到高精度和高解析度。 卩A /、栻τ以達 一 土發明採用一種以肘節式機構為主的定位平台， 其不需極高精密的贿驅⑽統即可得 ς 度的機台進給精度。 胃又Τ q鮮析 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限^本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 t耗圍内’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之:講 範圍當視後社m專利範圍所界定者為準。 …又 【圖式簡單說明】 的上視 的局部 圖1為本發明一實施例之一種財節式定位平台 不意圖。 圖2為本發明一實施例之一種肘節式定位平台 側視示意圖。 口 圖3為本發明—實施例之一種財節式工具機的 思圖。 立圖圖4為本發明—實施例之一種肘節式工具機的整體示 【主要元件符號說明】 100 :肘節式定位平台 16 1302862 97-08-05 112、312 :第一平台 114、314 :第二平台 120 :馬達 130 :螺桿 140 :連桿 150 :預定路徑 155 :夾角 160:導槽 170 :導執 180 :滾珠軸承 190 :滾柱軸承 300 :肘節式工具機 316 :第三平台 322 :第一馬達 324 :第二馬達 326 ··第三馬達 332 :第一螺桿 334 :第二螺桿 336 ··第三螺桿 342 :第一連桿 344 :第二連桿 346 ··第三連桿 348 :主轴 352 :第一預定路徑 17 1302862 >7-·05 日修(¾)止· 354 :第二預定路徑 356 :第一夾角 358 :第二夾角 360 ··第三夾角 362 :第一導槽 364 :第二導槽 372 :第一導執 374 :第二導軌 382 :第一滾珠轴承 384 :第二滾珠軸承 392 :第一滾柱轴承 394 :第二滾柱轴承 18

Claims (1)

1302862 〜97.-05 申請專利範圍： 】·一種肘節式定位平台，包括： —第一平台； —馬達，配置於該第一平台上； 該馬達適:使ίί::動T台上’並與該馬達耦接，且 ，第ί:二第該第二平台適 與該螺捍成-夾角；以^ 路控之延伸方向 桿連接j二—平台與該第二平台之間’且該連 該連桿Ϊ動桿之間，其中該螺桿轉動適於使 杆私動μ▼動疫弟二平台沿該預定路徑移動。 t如申請專利範圍第丄項所述之財節式定位平台，豆 〒该夹角為90度。 八 ^如申明專利範圍第1項所述之肘節式定位平台，其 =第彳台具有一導槽，且該第二平台適於沿著該導槽 移動。 勺 如申明專利範圍第3項所述之肘節式定位平台，更 ^括珠軸承，配置於該第二平台上，並位於該第一平 口與邊第二平台之間，且該滾珠軸承適於沿著該導槽移動。 5·如申凊專利範圍第1項所述之肘節式定位平台，更 包括一滾柱軸承，配置於該第二平台上，並位於該第一平 台與該第二平台之間，且該滾柱軸承與該第一平台接觸。 6·如申睛專利範圍第5項所述之肘節式定位平台，其 19 I3〇2862 97-08-05 中該第—平台具有— ^ 移動。 、’且該滾柱軸承適於沿著該導軌 7·—種財節式工具機，包括·· 一第一肘節式定位平台，包 —第一平台，· · 配置於該第-平台上； 馬達輕接，且該第_弓、=弟一平台上’並與該第一 —笛-ϋ 馬達適於使得該第一螺桿轉動； 台適於沿=於該第—平台上’且該第二平 定路徑二:::=動第=第-預 -第-連桿，位於m-^—巧；以及 間，且該第一連;I：曰、查杻: 平口 /、邊第一平台之 間，苴由兮干妾该第二平台與該第一螺桿之 曰/、以弟一螺桿轉動適於使該第一連桿銘叙 :ΐ該第:输該第-預定:徑:動 弟一肘筇式疋位平台， 台上，該第二肘節式定位平台包:於該弟肘印式定位平 一第二馬達，配置於 並與該第 -螺桿轉動 且該第三 -第二螺桿，配置於4:=士， 馬達耦ί，且該第二馬達適於使得該第. 一弟二平台，配置於 々— 台適於沿著一第二預定路二‘;上其ΐ:- 定路:，延伸 鱼方向與該第二螺桿成一第二夾角；二 一弟一連桿，位於該第三平台與該第二平A 20 1302862 97-0^-05 上:丨ml ----------: . Wl. ϊ.ν%ί^-νν,ί--Λ«Μ· 3 ^第—連桿連接該第三平台與該第二螺桿之 ^其中該第二螺桿轉動適於使該第二連桿移動，以 V動該第三平台沿該第二航路經移動，且該第二預 定路徨與該第一移動路徑成一第三失角；以及 古一巧，位㈣第三平台上方，且社㈣於沿著垂 直於該第三平台的路徑往復移動。 上…8·如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，其中 該第一夾角為90度。 ’、 9·如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，其中 5亥弟二失角為90度。 10.如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，盆 該弟三失角為90度。 八 該〜2·、如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，其中 二ί槽^具有—第—導槽，且該第二平台適於沿著該第 中該申請專利範圍第11項所述之肘節式工具機，其 該第^肘即式定位平台更包括-第-滾珠轴承，配置於 該第、〇上，並位於该弟一平台與該第二平台之間，且 ’袞珠軸承適於沿著該第一導槽移動。 該第如*申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，其中 第二平^即式定位平台更包括一第—滾柱軸承，配置於該 第上’並位於該第一平台與該第二平台之間，且該 展柱輛承與該第一平台接觸。 如申請專利範圍第13項所述之肘節式工具機，其 21 1302862 97-〇8-〇5 —滾柱軸承適於沿 中遠弟一平台具有一第一導軌，且該第 者该弟一導軌移動。 上斤15·如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，其中 該第二平台具有—第二導槽’且該第三平台適於沿著該第 二導槽移動。 上如申請專利範圍第15項所述之肘節式工具機，其 中，第二肘節式定位平台更包括—第二滚珠轴承二配ϊ於 該^三平台上，並位於該第三平台與該第二平台之間，且 該索二滾珠軸承適於浩著該第二導槽移動。σ 17. 如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，其中 ，第二肘節式定位平台更包括一第二滾桎軸承，/、配^於該 第二平台上，並位於該第三平台與該第二平台之間，真該 第二滾柱軸承與該第二平台接觸。 口 0 18. 如申請專利範圍第π項所述之肘節式工具機，其 中該第二平台具有—第二導執，且該第二 &通於沿 著該第二導軌移動。 釉終 19. 如申請專利範圍第7項所述之肘節式工具機，更包 一第三馬達，配置於該第一平台上； 一第三螺桿，配置於該第一平台上，教與該第三馬達 麵接’且該第三馬達適於使得該第三螺桿轉動·以及 二第三連桿，分別連接該主軸兩側與該第三嫘撣之 間，其中該第三螺桿轉動使得該些第三連椁:以^動該主 軸適於沿著垂直於該第三平台的路徑往復移動。 22