專利名稱：基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二維微動(dòng)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)。
背景技術(shù)：
微驅(qū)動(dòng)技術(shù)是微機(jī)電系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容，應(yīng)用于精密自動(dòng)控制與微細(xì)操作等領(lǐng)域，直接影響精密、超精密切削加工水平、精密測量水平及超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在微機(jī)電系統(tǒng)的研究及微型產(chǎn)品的研制開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用。微驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在微零件裝配、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、醫(yī)學(xué)、精密光學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而微驅(qū)動(dòng)臺(tái)作為微裝配機(jī)器人的核心執(zhí)行部分，直接決定機(jī)器人的工作效果。研究具有微位移反饋檢測功能的微動(dòng)臺(tái)是微驅(qū)動(dòng)機(jī)器人研究中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，針對(duì)上述技術(shù)問題，有必要提供一種基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、并且具有精確位移反饋功能的基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下—種基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)，所述二維微動(dòng)臺(tái)包括二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和位于二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)上的二維位移傳感器，所述二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)臺(tái)基體，微動(dòng)臺(tái)基體內(nèi)設(shè)有傳感器連接臺(tái)以及位于傳感器連接臺(tái)外側(cè)的壓電陶瓷放置區(qū)和杠桿放大機(jī)構(gòu)，所述壓電陶瓷放置區(qū)與杠桿放大機(jī)構(gòu)、杠桿放大機(jī)構(gòu)與微動(dòng)臺(tái)基體、杠桿放大機(jī)構(gòu)與傳感器連接臺(tái)通過支撐柔性梁固定連接，所述二維位移傳感器為二維梳齒位移傳感器，包括傳感器基體、位于傳感器基體中間且與所述傳感器連接臺(tái)相連的連接塊以及與傳感器基體和連接塊相連的傳感器梳齒檢測區(qū)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感器梳齒檢測區(qū)設(shè)有若干梳齒組，梳齒組包括與傳感器基體相連的靜齒組和與連接塊相連的動(dòng)齒組。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)齒組與連接塊之間通過若干柔性梁固定連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述梳齒組包括若干相對(duì)垂直設(shè)置的X向梳齒組和Y向梳齒組。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二維位移傳感器為硅基MEMS電容式位移傳感器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷放置區(qū)包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向壓電陶瓷放置區(qū)，所述杠桿放大機(jī)構(gòu)包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)，所述X向壓電陶瓷放置區(qū)和X向杠桿放大機(jī)構(gòu)、Y向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)分別通過支撐柔性梁固定連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感器連接臺(tái)四周連接有與支撐柔性梁相連的用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的解耦柔性梁。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和二維位移傳感器中間通過連接板固定連接，連接板中間位置設(shè)有過孔，所述連接塊通過過孔與傳感器連接臺(tái)相連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述連接塊四個(gè)角部設(shè)有向上凸出的連接塊支撐部，用于支撐所述二維位移傳感器。本發(fā)明的有益效果是二維微動(dòng)臺(tái)器行程大，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、集成度高、精 度高的特點(diǎn)，同時(shí)在二維檢測方面實(shí)現(xiàn)了有效的解耦，所以此種結(jié)構(gòu)的微動(dòng)臺(tái)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中二維位移傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中連接二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和二維位移傳感器的連接板的立體結(jié)構(gòu)示意圖。其中I 二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái) 1-1 微動(dòng)臺(tái)基體1-2 杠桿放大機(jī)構(gòu)1-3 壓電陶瓷放置區(qū)1-4 傳感器連接臺(tái)1-5 解耦柔性梁1-6 支撐柔性梁2 二維位移傳感器2-1 傳感器基體2-2 傳感器梳齒檢測區(qū)2-3 連接塊2-4 柔性梁3 連接板3-1 連接塊支撐部3-2 過孔
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)，二維微動(dòng)臺(tái)包括二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和位于二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)上的二維位移傳感器，二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)臺(tái)基體，微動(dòng)臺(tái)基體內(nèi)設(shè)有傳感器連接臺(tái)以及位于傳感器連接臺(tái)外側(cè)的壓電陶瓷放置區(qū)和杠桿放大機(jī)構(gòu)，壓電陶瓷放置區(qū)與杠桿放大機(jī)構(gòu)、杠桿放大機(jī)構(gòu)與微動(dòng)臺(tái)基體、杠桿放大機(jī)構(gòu)與傳感器連接臺(tái)通過支撐柔性梁固定連接，二維位移傳感器為二維梳齒位移傳感器，包括傳感器基體、位于傳感器基體中間且與傳感器連接臺(tái)相連的連接塊以及與傳感器基體和連接塊相連的傳感器梳齒檢測區(qū)。優(yōu)選地，上述傳感器梳齒檢測區(qū)設(shè)有若干梳齒組，梳齒組包括與傳感器基體相連的靜齒組和與連接塊相連的動(dòng)齒組。
優(yōu)選地，上述動(dòng)齒組與連接塊之間通過若干柔性梁固定連接。優(yōu)選地，上述梳齒組包括若干相對(duì)垂直設(shè)置的X向梳齒組和Y向梳齒組。優(yōu)選地，上述二維位移傳感器為硅基MEMS電容式位移傳感器。優(yōu)選地，上述壓電陶瓷放置區(qū)包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向壓電陶瓷放置區(qū)，杠桿放大機(jī)構(gòu)包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)，X向壓電陶瓷放置區(qū)和X向杠桿放大機(jī)構(gòu)、Y向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)分別通過支撐柔性梁固定連接。優(yōu)選地，上述傳感器連接臺(tái)四周連接有與支撐柔性梁相連的用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的解耦柔性梁。優(yōu)選地，上述二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和二維位移傳感器中間通過連接板固定連接，連接板中間位置設(shè)有過孔，連接塊通過過孔與傳感器連接臺(tái)相連接。優(yōu)選地，上述連接塊四個(gè)角部設(shè)有向上凸出的連接塊支撐部，用于支撐二維位移傳感器。本發(fā)明二維微動(dòng)臺(tái)器行程大，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、集成度高、精度高的特點(diǎn)，同時(shí)在二維檢測方面實(shí)現(xiàn)了有效的解耦。 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參圖1所示，本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)，包括二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)I和位于二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)I上的二維位移傳感器2，二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)I和二維位移傳感器2中間通過連接板3固定連接。結(jié)合圖2所示，二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)I包括微動(dòng)臺(tái)基體1-1，微動(dòng)臺(tái)基體1-1內(nèi)設(shè)有傳感器連接臺(tái)1-4以及位于傳感器連接臺(tái)1-4外側(cè)的壓電陶瓷放置區(qū)1-3和杠桿放大機(jī)構(gòu)1-2，壓電陶瓷放置區(qū)1-3與杠桿放大機(jī)構(gòu)1-2、杠桿放大機(jī)構(gòu)1-2與微動(dòng)臺(tái)基體1-1、杠桿放大機(jī)構(gòu)1-2與傳感器連接臺(tái)1-4通過支撐柔性梁1-6固定連接，傳感器連接臺(tái)1-4四周連接有與支撐柔性梁1-6相連的用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的解耦柔性梁1-5。優(yōu)選地，本實(shí)施方式中支撐柔性梁1-6設(shè)置為雙圓弧形。其中，壓電陶瓷放置區(qū)1-3包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向壓電陶瓷放置區(qū)，杠桿放大機(jī)構(gòu)1-2包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)，X向壓電陶瓷放置區(qū)和X向杠桿放大機(jī)構(gòu)、Y向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)分別通過支撐柔性梁1-6固定連接。本實(shí)施方式中將X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)(相對(duì)工作臺(tái)對(duì)角線進(jìn)行對(duì)稱布置)，可以有效平衡X向和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)的不對(duì)稱剛度，進(jìn)而有效減小運(yùn)動(dòng)耦合。工作時(shí)將兩塊壓電陶瓷分別固定在壓電陶瓷放置區(qū)1-3，壓電陶瓷伸長量通過杠桿放大機(jī)構(gòu)1-2和支撐柔性梁1-6將運(yùn)動(dòng)傳遞到傳感器連接臺(tái)1-4上，傳感器連接臺(tái)1-4可以在平面內(nèi)二維運(yùn)動(dòng)，然后由解耦柔性梁1-5實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦。
參圖3所示，二維位移傳感器2為二維梳齒位移傳感器，包括傳感器基體2-1、位于傳感器基體2-1中間且與傳感器連接臺(tái)1-4相連的連接塊2-3以及與傳感器基體2-1和連接塊2-3相連的傳感器梳齒檢測區(qū)2-2。連接塊2-3的大小與傳感器連接臺(tái)1-4的大小大致相同。傳感器梳齒檢測區(qū)2-2設(shè)有4組梳齒組，梳齒組包括與傳感器基體2-1相連的靜齒組和與連接塊2-3相連的動(dòng)齒組。4組梳齒組分為相對(duì)垂直設(shè)置的2組X向梳齒組和2組Y向梳齒組，分別檢測平面內(nèi)X和Y向位移。優(yōu)選地，二維位移傳感器2為通過MEMS工藝加工的硅基MEMS電容式位移傳感器。梳齒組的動(dòng)齒組通過柔性梁2-4與連接塊2-3固定相連，當(dāng)傳感器連接臺(tái)1_4在平面內(nèi)二維運(yùn)動(dòng)時(shí)，與傳感器連接臺(tái)1-4固定相連的連接塊2-3也在平面內(nèi)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的二維運(yùn)動(dòng)，柔性梁2-4可實(shí)現(xiàn)連接塊2-3運(yùn)動(dòng)時(shí)的解耦。二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)I和二維位移傳感器2通過連接板3固定連接，結(jié)合圖4所示，連接板3中間位置設(shè)有過孔3-2，過孔3-2的大小與連接塊2-3及傳感器連接臺(tái)1_4的大小對(duì)應(yīng)設(shè)置，連接塊2-3通過過孔3-2與傳感器連接臺(tái)1-4相連接。在連接塊3四個(gè)角部設(shè)有向上凸出的連接塊支撐部3-1，用于支撐二維位移傳感器2。本發(fā)明利用MEMS工藝加工二維位移傳感器，并將二維位移傳感器(除傳感器梳齒檢測區(qū)外)邊緣尺寸做大，便于與二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行連接。既保留了 MEMS工藝加工的傳感器精度高、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二維檢測，同時(shí)解決了與機(jī)械結(jié)構(gòu)簡易連接的問題。根據(jù)上述方法設(shè)置的二維微動(dòng)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)行程20微米范圍、位移精度2nm的檢測和閉環(huán)控制。由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明二維微動(dòng)臺(tái)器行程大，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、集成度高、精度高的特點(diǎn)，同時(shí)在二維檢測方面實(shí)現(xiàn)了有效的解耦，所以此種結(jié)構(gòu)的微動(dòng)臺(tái)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述二維微動(dòng)臺(tái)包括二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和位于二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)上的二維位移傳感器，所述二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)臺(tái)基體，微動(dòng)臺(tái)基體內(nèi)設(shè)有傳感器連接臺(tái)以及位于傳感器連接臺(tái)外側(cè)的壓電陶瓷放置區(qū)和杠桿放大機(jī)構(gòu)，所述壓電陶瓷放置區(qū)與杠桿放大機(jī)構(gòu)、杠桿放大機(jī)構(gòu)與微動(dòng)臺(tái)基體、杠桿放大機(jī)構(gòu)與傳感器連接臺(tái)通過支撐柔性梁固定連接，所述二維位移傳感器為二維梳齒位移傳感器，包括傳感器基體、位于傳感器基體中間且與所述傳感器連接臺(tái)相連的連接塊以及與傳感器基體和連接塊相連的傳感器梳齒檢測區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述傳感器梳齒檢測區(qū)設(shè)有若干梳齒組，梳齒組包括與傳感器基體相連的靜齒組和與連接塊相連的動(dòng)齒組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述動(dòng)齒組與連接塊之間通過若干柔性梁固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述梳齒組包括若干相對(duì)垂直設(shè)置的X向梳齒組和Y向梳齒組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述二維位移傳感器為硅基MEMS電容式位移傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述壓電陶瓷放置區(qū)包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向壓電陶瓷放置區(qū)，所述杠桿放大機(jī)構(gòu)包括相對(duì)垂直設(shè)置的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)，所述X向壓電陶瓷放置區(qū)和X向杠桿放大機(jī)構(gòu)、Y向壓電陶瓷放置區(qū)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)分別通過支撐柔性梁固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述傳感器連接臺(tái)四周連接有與支撐柔性梁相連的用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的解耦柔性梁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和二維位移傳感器中間通過連接板固定連接，連接板中間位置設(shè)有過孔，所述連接塊通過過孔與傳感器連接臺(tái)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二維微動(dòng)臺(tái)，其特征在于，所述連接塊四個(gè)角部設(shè)有向上凸出的連接塊支撐部，用于支撐所述二維位移傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于位移傳感器的二維微動(dòng)臺(tái)，包括二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)、二維位移傳感器及連接板，二維驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)臺(tái)基體，微動(dòng)臺(tái)基體內(nèi)設(shè)有傳感器連接臺(tái)、壓電陶瓷放置區(qū)和杠桿放大機(jī)構(gòu)，二維位移傳感器為二維梳齒位移傳感器，包括傳感器基體、位于傳感器基體中間且與傳感器連接臺(tái)相連的連接塊以及與傳感器基體和連接塊相連的傳感器梳齒檢測區(qū)。本發(fā)明二維微動(dòng)臺(tái)器行程大，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、集成度高、精度高的特點(diǎn)，同時(shí)在二維檢測方面實(shí)現(xiàn)了有效的解耦，所以此種結(jié)構(gòu)的微動(dòng)臺(tái)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。
文檔編號(hào)B25J9/00GK103056868SQ20121056752
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者陳濤, 潘明強(qiáng), 劉吉柱, 王陽俊, 陳立國, 汝長海, 孫立寧, 李偉達(dá), 李娟 , 張鋒鋒, 李春光, 胡海燕 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)