一種z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，包括Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)、用于保護(hù)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的基座、位于Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)包括若干柔性臂、固定在柔性臂兩側(cè)的平行板、連接柔性臂與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的輸出件、壓電陶瓷安裝件以及與基座連接固定的底盤，所述平行板通過(guò)柔性鉸鏈與柔性臂柔性連接，位于所述平行板之間、所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)下方、所述底盤上方的空間內(nèi)設(shè)置有壓電陶瓷，所述壓電陶瓷通過(guò)設(shè)置在兩側(cè)的平行板上的壓電陶瓷安裝件固定。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的放大定位平臺(tái)具有行程范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、剛度大、靈敏度高、分辨率高、納米級(jí)、適宜作微動(dòng)平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及為利用新型放大原理在Z軸實(shí)現(xiàn)負(fù)向放大一維精密定位的微驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)，宇航，生物工程等學(xué)科的迅速發(fā)展，正式進(jìn)入了 “亞微米-納米”時(shí)代。在電子，光學(xué)，機(jī)械制造等眾多【技術(shù)領(lǐng)域】中，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的微定位系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)高精度的研宄，微定位技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)、納米制造技術(shù)、微電子及納米電子技術(shù)、納米生物工程等眾多高科技領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來(lái)越重要的作用。用以直接工作或配合其他儀器設(shè)備完成高精度的研宄和使用。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)微定位的界定也從以前的mm級(jí)到現(xiàn)在的亞um—nm級(jí)進(jìn)化，以后的發(fā)展方向?qū)⑹莵唍m級(jí)(<10-9m)。對(duì)高精密系統(tǒng)的研宄，以美國(guó)、德國(guó)和日本走在世界的前列，比如在基于壓電陶瓷納米定位方面，能夠達(dá)到lnm的分辨率、10nm左右的定位精度、10_以上的形程。目前我國(guó)在微定位【技術(shù)領(lǐng)域】的研宄還相對(duì)落后，因此，開展微定位平臺(tái)的相關(guān)研宄，對(duì)于縮小同國(guó)內(nèi)外同行的差距，促進(jìn)我國(guó)的國(guó)防軍工以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有著重大而深遠(yuǎn)的意義。
[0004]一維精密定位平臺(tái)，主要功能是實(shí)現(xiàn)被操作樣件或被觀測(cè)樣件的一維精密運(yùn)動(dòng)和定位，以及微探針的一維操作等。其微動(dòng)工作原理在于利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)彈性鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微位移傳動(dòng)，以達(dá)到一精密定位的要求。它相對(duì)于其他驅(qū)動(dòng)方式的一維維精密定位技術(shù)，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)、記憶合金驅(qū)動(dòng)及磁滯伸縮驅(qū)動(dòng)方式等，其基本原理實(shí)現(xiàn)方便、控制簡(jiǎn)單，并具有分辨率高、傳動(dòng)無(wú)間隙、易微小化、運(yùn)動(dòng)精度高和重復(fù)定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。微位移驅(qū)動(dòng)器是微定位平臺(tái)的關(guān)鍵部分，驅(qū)動(dòng)器的特性和精度對(duì)定位平臺(tái)系統(tǒng)的性能有著重要影響。微位移驅(qū)動(dòng)器是微定位平臺(tái)的關(guān)鍵部分，驅(qū)動(dòng)器的特性和精度對(duì)定位平臺(tái)系統(tǒng)的性能有著重要影響。
[0005]微動(dòng)工作臺(tái)由微位移驅(qū)動(dòng)器和導(dǎo)軌兩部分組成。根據(jù)導(dǎo)軌形式和驅(qū)動(dòng)方式可分為五類:柔性支撐、壓電或電致伸縮微位器驅(qū)動(dòng)；滾動(dòng)導(dǎo)軌，壓電陶瓷或電致伸縮微位移器驅(qū)動(dòng):滑動(dòng)導(dǎo)軌，機(jī)械式驅(qū)動(dòng)；平行彈性導(dǎo)軌，機(jī)械式或電磁、壓電、電致伸縮微位移器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；氣浮導(dǎo)軌，伺服電機(jī)或直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通常的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微位移工作臺(tái)以柔性鉸鏈作支承導(dǎo)軌，以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作驅(qū)動(dòng)元件。
[0006]柔性鉸鏈包括正圓型、直角型、橢圓型、雙曲線型。正圓型:準(zhǔn)確性較低，應(yīng)力集中小，靈活性最好，加工方便；直角型:具有最大的集中應(yīng)力，靈活性較好，強(qiáng)度不足；橢圓型:應(yīng)力集中最小，精確性較低；雙曲線型:精度較高，應(yīng)力集中較低，加工困難。柔性機(jī)構(gòu)包括位移Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)、位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、柔性鉸鏈。柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):1、無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)間隙2、免于磨損、提高壽命3、高精度運(yùn)動(dòng)4、免于潤(rùn)滑、避免污染；缺點(diǎn):1、運(yùn)動(dòng)范圍有限2、很難實(shí)現(xiàn)大行程3、剛性低。(如專利號(hào)為CN201420081663.6的專利)。
[0007]精密定位平臺(tái)位移Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)包括杠桿機(jī)構(gòu)、四邊形機(jī)構(gòu)、八桿機(jī)構(gòu)、Scott機(jī)構(gòu)、橋式機(jī)構(gòu)。杠桿機(jī)構(gòu):優(yōu)點(diǎn):剛度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制造，缺點(diǎn):位移放大倍數(shù)小、存在位移耦合；四邊形機(jī)構(gòu):優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)對(duì)稱、消除了位移耦合，缺點(diǎn):位移放大倍數(shù)小；八桿機(jī)構(gòu):優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、消除了位移耦合，缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易制造；Scott機(jī)構(gòu):優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、位移放大倍數(shù)大，缺點(diǎn):放大比非線性；橋式機(jī)構(gòu):優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、位移放大倍數(shù)大，缺點(diǎn):剛度太低。
[0008]上述一維精密定位平臺(tái)在一維實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和位移放大方式上有所不同，在實(shí)現(xiàn)一維大行程精密定位的過(guò)程中都會(huì)因?yàn)闄C(jī)構(gòu)類型的原因在一維大行程精密定位中引起誤差，最終影響運(yùn)動(dòng)精度，而且為一維大行程精密定位平臺(tái)帶來(lái)累積誤差和角度誤差、耦合位移等技術(shù)難題。(如專利號(hào)為 CN201310603633.7、CN201310068434.0 的專利)。
[0009]因此，有必要找到一種能夠有效提高運(yùn)動(dòng)范圍放大倍數(shù)，同時(shí)能夠減小精密定位平臺(tái)體積，而且避免角度誤差的精密定位平臺(tái)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種利用新型Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，該種新型Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)在加工過(guò)程中容易保證其加工精度，使工件的對(duì)稱性有很大提高，這樣就避免了新型Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的耦合位移。
[0011]—種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:包括Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)、用于保護(hù)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的基座、位于Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)包括若干柔性臂、固定在柔性臂兩側(cè)的平行板、連接柔性臂與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的輸出件、壓電陶瓷安裝件以及與基座連接固定的底盤，所述平行板通過(guò)柔性鉸鏈與柔性臂柔性連接，位于所述平行板之間、所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)下方、所述底盤上方的空間內(nèi)設(shè)置有壓電陶瓷，所述壓電陶瓷通過(guò)設(shè)置在兩側(cè)的平行板上的壓電陶瓷安裝件固定。
[0012]優(yōu)選地，所述壓電陶瓷安裝件包括預(yù)緊螺母以及鋼珠，與壓電陶瓷柔性連接。
[0013]優(yōu)選地，所述預(yù)緊螺母采用細(xì)牙螺紋。
[0014]優(yōu)選地，所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)為4倍。
[0015]優(yōu)選地，位于所述壓電陶瓷下方的底盤上設(shè)置有容納屏蔽線的保護(hù)套。
[0016]優(yōu)選地，所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)與基座螺釘連接。
[0017]優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上表面設(shè)置有用于安裝運(yùn)動(dòng)件的連接螺紋。
[0018]優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)外圍設(shè)置有上蓋板，所述上蓋板架設(shè)于所述基座上。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](1)本發(fā)明中采用基座保護(hù)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)，使Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)不受外界干擾，以保證精密定位工作臺(tái)正常工作，同時(shí)在橫向方向上擁有更大的空間，結(jié)構(gòu)更加緊湊，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的運(yùn)動(dòng)。
[0021](2)本發(fā)明中采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，體積小、位移分辨率高、響應(yīng)速度快、輸出力大、換能效率高、靜態(tài)不發(fā)熱，有效提高定位平臺(tái)運(yùn)作的穩(wěn)定性。
[0022](3)本發(fā)明中對(duì)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的預(yù)緊裝置也有了很大程度上的改進(jìn)，與以往的預(yù)緊裝置相比，本發(fā)明的預(yù)緊裝置的預(yù)緊螺母采用細(xì)牙螺紋，采用細(xì)牙螺紋防松防振效果好、可以精確微調(diào)預(yù)緊力，避免壓電陶瓷在安裝過(guò)程中的間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差和壓電陶瓷的損壞。
[0023](4)在本發(fā)明一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中，Z軸負(fù)向的運(yùn)動(dòng)由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，通過(guò)新型Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)，將壓電陶瓷運(yùn)動(dòng)范圍放大，其中平行板柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)起到導(dǎo)向和輔助回復(fù)的作用，并且在柔性鉸鏈的保護(hù)下，平臺(tái)保持運(yùn)動(dòng)方向的一致性，而避免了垂直于運(yùn)動(dòng)方向的任何運(yùn)動(dòng)，以及外力的破壞。
[0024](5)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)具有行程范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、剛度大、靈敏度高、分辨率極高、納米級(jí)、適宜作微動(dòng)平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)，在微機(jī)電系統(tǒng)、光學(xué)調(diào)整、超精密加工、STM(Scanning Tunneling Microscope，掃描隧道顯微鏡)和 AFM(AtomicForce Microscope，原子力顯微鏡)掃描平臺(tái)、微納操作、微小型機(jī)器人以及生物微操作等領(lǐng)域因其結(jié)構(gòu)緊湊和易大范圍精確定位而擁有廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]為了更清晰地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖簡(jiǎn)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(lái)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。
[0026]圖1為本發(fā)明一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)俯視圖；
[0028]圖3為本發(fā)明一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中:
[0030]1、基座； 2、Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)；
[0031]21、輸出件； 22、柔性臂； 23、壓電陶瓷安裝件； 24、底盤； 25、平行板；
[0032]3、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)； 31、連接螺紋；
[0033]4、上蓋板； 5、柔性鉸鏈； 6、壓電陶瓷；
[0034]71?72、預(yù)緊螺母； 8、鋼珠； 9、保護(hù)套。

【具體實(shí)施方式】
[0035]為了改善Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)的輸出性能，本發(fā)明公開了一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，在一個(gè)平面內(nèi)采用Z軸負(fù)向一維的精密定位，并采用Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)，有效得提高運(yùn)動(dòng)范圍放大倍數(shù)，減小精密定位平臺(tái)體積，使其更加緊湊，而且避免其他Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的角度誤差。
[0036]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0037]一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，包括Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2、用于保護(hù)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2的基座1、位于Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)1上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3，以及設(shè)置在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3外圍的上蓋板4。其中，Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2通過(guò)螺紋孔與Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中基座1連接；z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2是由線切割而成并且優(yōu)選地具有八個(gè)鉸鏈點(diǎn)，Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3處有用于安裝運(yùn)動(dòng)件的連接螺紋31。
[0038]如圖1?圖3所示，上述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2包括若干柔性臂22、固定在柔性臂22兩側(cè)的平行板25、連接柔性臂22與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的輸出件21、壓電陶瓷安裝件23以及與基座1連接固定的底盤24。其中，所述平行板25通過(guò)柔性鉸鏈5與柔性臂22實(shí)現(xiàn)柔性連接，位于所述平行板25之間、所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2下方、所述底盤24上方的空間內(nèi)設(shè)置有壓電陶瓷6，所述壓電陶瓷6通過(guò)設(shè)置在兩側(cè)的平行板25上的壓電陶瓷安裝件23固定。Z軸負(fù)向的運(yùn)動(dòng)由壓電陶瓷6驅(qū)動(dòng)，通過(guò)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2，將壓電陶瓷6運(yùn)動(dòng)范圍放大。其中，平行板25與柔性鉸鏈5的連接結(jié)構(gòu)起到導(dǎo)向和輔助回復(fù)的作用，并且在柔性鉸鏈5的保護(hù)下，平臺(tái)保持運(yùn)動(dòng)方向的一致性，而避免了垂直于運(yùn)動(dòng)方向的任何運(yùn)動(dòng)，以及外力的破壞。
[0039]優(yōu)選地，如圖3所示，本發(fā)明Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中壓電陶瓷6通過(guò)Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中預(yù)緊螺母71?72、鋼珠8調(diào)整預(yù)緊力安裝于Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)的Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)4之中，使得壓電陶瓷6在Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2中準(zhǔn)確定位。與以往的預(yù)緊裝置相比，本發(fā)明中的預(yù)緊螺母71?72采用細(xì)牙螺紋，采用細(xì)牙螺紋防松防振效果好、可以精確微調(diào)預(yù)緊力，避免壓電陶瓷6在安裝過(guò)程中的間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差和壓電陶瓷6自身的損壞。
[0040]如圖1?圖3所示，位于所述壓電陶瓷6下方的底盤24上設(shè)置有容納屏蔽線的保護(hù)套9，與上述壓電陶瓷6連接的屏蔽線通過(guò)該保護(hù)套9穿出，該Z軸負(fù)向一維精密定位平臺(tái)中壓電陶瓷6的形變通過(guò)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2放大，由柔性鉸鏈5傳遞給運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3輸出放大位移。
[0041]如圖3所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2，通過(guò)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2的底盤24與Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中基座1連接。通過(guò)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2的柔性臂22，將壓電陶瓷6的位移放大輸出到Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2的輸出件21，輸出件21與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3連接，并將位移放大輸出運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3。而本Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2中的壓電陶瓷安裝件23又包括預(yù)緊螺母71?72和鋼珠8，壓電陶瓷安裝件23通過(guò)該預(yù)緊螺母71?72和鋼珠8為壓電陶瓷6提供足夠的預(yù)緊力，避免壓電陶瓷6在安裝過(guò)程中的間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。
[0042]優(yōu)選地，本Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中新型Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2的放大倍數(shù)約為4倍，大大提高了原有杠桿Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的位移放大倍數(shù)。
[0043]本發(fā)明中Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)中之所以采用柔性臂22、柔性鉸鏈5這樣的柔性設(shè)計(jì)，一方面是因?yàn)槿嵝詸C(jī)構(gòu)會(huì)有一定的彈性反力產(chǎn)生，使得Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2的輸出位移相應(yīng)的減少；另一方面柔性鉸鏈5是由于材料的彈性形變產(chǎn)生的位移，所以在形變過(guò)程中有一部分能量被材料本身吸收，同時(shí)會(huì)使壓電陶瓷6受較大的載荷，使其提供的驅(qū)動(dòng)位移亦有減小。當(dāng)外形尺寸受限，壓電陶瓷確定的情況下，此結(jié)構(gòu)能夠獲得更大的位移輸出比。
[0044]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中基座1、柔性鉸鏈2、Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)4優(yōu)選輕密度金屬材料(如鋁合金、鈦合金等)，預(yù)緊螺母71?72優(yōu)選重密度金屬材料(如不銹鋼、銅等)，壓電陶瓷6 —般為PZT5類似硬壓電陶瓷材料等組成。
[0045]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，為了結(jié)構(gòu)的合理性，加工的可行性、成本等綜合因素的考慮，本發(fā)明中的基座1和Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2是分開的，即由同種材質(zhì)不同加工工藝加工而成。這樣結(jié)構(gòu)緊湊，且當(dāng)外形尺寸受限且壓電陶瓷確定的情況下，此結(jié)構(gòu)能夠獲得更大的位移輸出比。使用本精密定位工作臺(tái)時(shí)，當(dāng)給壓電陶瓷6加上一個(gè)電壓激勵(lì)時(shí)壓電陶瓷6即會(huì)發(fā)生形變，同時(shí)頂住鋼珠8帶動(dòng)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2向軸向運(yùn)動(dòng)，Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)安裝在其運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3上部的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0047](1)本發(fā)明中采用基座保護(hù)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)，使Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)不受外界干擾，以保證精密定位工作臺(tái)正常工作，同時(shí)在橫向方向上擁有更大的空間，結(jié)構(gòu)更加緊湊，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的運(yùn)動(dòng)。
[0048](2)本發(fā)明中采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，體積小、位移分辨率高、響應(yīng)速度快、輸出力大、換能效率高、靜態(tài)不發(fā)熱，有效提高定位平臺(tái)運(yùn)作的穩(wěn)定性。
[0049](3)本發(fā)明中對(duì)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的預(yù)緊裝置也有了很大程度上的改進(jìn)，與以往的預(yù)緊裝置相比，本發(fā)明的預(yù)緊裝置的預(yù)緊螺母采用細(xì)牙螺紋，采用細(xì)牙螺紋防松防振效果好、可以精確微調(diào)預(yù)緊力，避免壓電陶瓷在安裝過(guò)程中的間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差和壓電陶瓷的損壞。
[0050](4)在本發(fā)明一種Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)中，Z軸負(fù)向的運(yùn)動(dòng)由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，通過(guò)新型z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)，將壓電陶瓷運(yùn)動(dòng)范圍放大，其中平行板柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)起到導(dǎo)向和輔助回復(fù)的作用，并且在柔性鉸鏈的保護(hù)下，平臺(tái)保持運(yùn)動(dòng)方向的一致性，而避免了垂直于運(yùn)動(dòng)方向的任何運(yùn)動(dòng)，以及外力的破壞。
[0051](5)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)具有行程范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、剛度大、靈敏度高、分辨率極高、納米級(jí)、適宜作微動(dòng)平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)，在微機(jī)電系統(tǒng)、光學(xué)調(diào)整、超精密加工、STM(Scanning Tunneling Microscope，掃描隧道顯微鏡)和 AFM(AtomicForce Microscope，原子力顯微鏡)掃描平臺(tái)、微納操作、微小型機(jī)器人以及生物微操作等領(lǐng)域因其結(jié)構(gòu)緊湊和易大范圍精確定位而擁有廣泛的應(yīng)用前景。
[0052]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(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)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(shuō)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。
[0053]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)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(shuō)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(shuō)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Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:包括Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)、用于保護(hù)Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的基座、位于Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)包括若干柔性臂、固定在柔性臂兩側(cè)的平行板、連接柔性臂與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的輸出件、壓電陶瓷安裝件以及與基座連接固定的底盤，所述平行板通過(guò)柔性鉸鏈與柔性臂柔性連接，位于所述平行板之間、所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)下方、所述底盤上方的空間內(nèi)設(shè)置有壓電陶瓷，所述壓電陶瓷通過(guò)設(shè)置在兩側(cè)的平行板上的壓電陶瓷安裝件固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:所述壓電陶瓷安裝件包括預(yù)緊螺母以及鋼珠，與壓電陶瓷柔性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:所述預(yù)緊螺母采用細(xì)牙螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)為4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:位于所述壓電陶瓷下方的底盤上設(shè)置有容納屏蔽線的保護(hù)套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:所述Z軸負(fù)向放大機(jī)構(gòu)與基座螺釘連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上表面設(shè)置有用于安裝運(yùn)動(dòng)件的連接螺紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺(tái)，其特征在于:所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)外圍設(shè)置有上蓋板，所述上蓋板架設(shè)于所述基座上。
【文檔編號(hào)】G12B5/00GK104464838SQ201410784590
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】鐘博文, 王振華, 金子祺, 陳林森, 錢哲, 李宗偉, 孫立寧 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)