專利名稱：超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高真空狀態(tài)下的精密調(diào)節(jié)裝置及方法，特別是超高真空中壓電陶瓷 驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置及方法。
背景技術(shù)：
在超高真空中用于機(jī)械傳動(dòng)精密調(diào)節(jié)光學(xué)腔中光學(xué)元件是比較難實(shí)現(xiàn)，特別是高 精度調(diào)節(jié)就更難以實(shí)現(xiàn)。以往超高真空光學(xué)腔中光學(xué)元件調(diào)節(jié)均采用機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)位移或 轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)中的摩擦導(dǎo)致其傳動(dòng)效率低，特別是機(jī)械摩擦在超高真空中的潤(rùn)滑問(wèn)題難 以解決、機(jī)械傳動(dòng)中回差帶來(lái)的重復(fù)精度低等缺點(diǎn)使機(jī)械精密傳動(dòng)在超高真空應(yīng)用帶來(lái)了 難度。因此，研制出一種能在超真空環(huán)境下調(diào)節(jié)精度高的裝置勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的就在于提供超高真空中 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置及方法，可以有效解決超真空環(huán)境下機(jī)械摩擦潤(rùn)滑 不便、調(diào)節(jié)精度低的問(wèn)題。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的 精密調(diào)節(jié)裝置，包括光學(xué)元件座和光學(xué)元件，光學(xué)元件固定在光學(xué)元件座中，該精密調(diào)節(jié)裝 置還包括柔性鉸鏈座、第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸 鏈，柔性鉸鏈座中心處開(kāi)有對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件座的通孔，所說(shuō)的柔性鉸鏈座包括固定板、第一 調(diào)節(jié)動(dòng)板和第二調(diào)節(jié)動(dòng)板，光學(xué)元件座被固定在第二調(diào)節(jié)動(dòng)板對(duì)應(yīng)的通孔內(nèi)，第一調(diào)節(jié)動(dòng) 板與第二調(diào)節(jié)動(dòng)板通過(guò)第二柔性鉸鏈相連，固定板與第一調(diào)節(jié)動(dòng)板通過(guò)第一柔性鉸鏈相 連，固定板上開(kāi)有對(duì)應(yīng)于第一壓電陶瓷的第一壓電孔，第一壓電陶瓷固定在第一壓電孔內(nèi)， 所說(shuō)的第一柔性鉸鏈裝在固定板的一端，與第一壓電孔呈三角形布置，所說(shuō)的第一調(diào)節(jié)動(dòng) 板與固定板結(jié)構(gòu)相同，第一調(diào)節(jié)動(dòng)板上的第二壓電孔與第一壓電孔呈垂直布置，所說(shuō)的第 二調(diào)節(jié)動(dòng)板水平方向上開(kāi)有與通孔相連同的兩個(gè)互相垂直的固定孔，固定孔與壓電孔對(duì) 應(yīng)。本發(fā)明的應(yīng)用于超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置的方法具體 步驟如下1)超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置接上電源，改變第一壓電陶 瓷支座中第一壓電陶瓷的電信號(hào)使其發(fā)生伸縮，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈座內(nèi)第二柔性鉸鏈沿著Z軸 方向移動(dòng)并沿著X軸旋轉(zhuǎn)；2)改變第二壓電陶瓷支座中第二壓電陶瓷的電信號(hào)使其發(fā)生伸縮，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈 座內(nèi)第一柔性鉸鏈沿著Z軸方向移動(dòng)并沿著Y軸旋轉(zhuǎn)；3)根據(jù)超高真空中光學(xué)元件座中光學(xué)元件的空間位置要求再重復(fù)以上操作，調(diào)節(jié) 光學(xué)元件座中光學(xué)元件的空間位置達(dá)到要求。本發(fā)明的有益效果是在超高真空光學(xué)腔中使光學(xué)元件快速獲得精密調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確實(shí)用，成本較低，便于推廣。


圖1是本發(fā)明的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置的主視圖。圖2是圖1的B-B剖視圖。圖3是圖1的A-A剖視圖。圖4是本發(fā)明的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置的立體圖。圖中1、柔性鉸鏈座，2、第一壓電陶瓷支座，3、第一壓電陶瓷，4、光學(xué)元件座，5、光 學(xué)元件，6、第二壓電陶瓷支座，7、真空絕緣導(dǎo)線，8、第二真空密封接線座，9、第二真空窺入 密封管道，10、第二壓電陶瓷，11、第一不銹鋼球，12、第一柔性鉸鏈，13、固定板，14、第二柔 性鉸鏈，15、第一調(diào)節(jié)動(dòng)板，16、第二調(diào)節(jié)動(dòng)板，17、第一壓電孔，18、第二壓電孔，19、第二不 銹鋼球，20、第一真空密封接線座，21、第一真空窺入密封管道，22、固定孔，23、通孔。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說(shuō)明。由圖1至圖4所示，本發(fā)明的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置 包括光學(xué)元件座4和光學(xué)元件5，光學(xué)元件5固定在光學(xué)元件座4中，其特征在于，該精密 調(diào)節(jié)裝置還包括柔性鉸鏈座1、第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第一柔性鉸鏈12、 第二柔性鉸鏈14，柔性鉸鏈座1中心處開(kāi)有對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件座4的通孔23，所說(shuō)的柔性鉸 鏈座1包括固定板13、第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15和第二調(diào)節(jié)動(dòng)板16，光學(xué)元件座4被固定在第二調(diào) 節(jié)動(dòng)板16對(duì)應(yīng)的通孔23內(nèi)，第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15與第二調(diào)節(jié)動(dòng)板16通過(guò)第二柔性鉸鏈14相 連，固定板13與第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15通過(guò)第一柔性鉸鏈12相連，固定板13上開(kāi)有對(duì)應(yīng)于第一 壓電陶瓷3的第一壓電孔17，第一壓電陶瓷3固定在第一壓電孔17內(nèi)，所說(shuō)的第一柔性鉸 鏈12裝在固定板13的一端，與第一壓電孔17呈三角形布置，所說(shuō)的第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15與固 定板13結(jié)構(gòu)相同，第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15上的第二壓電孔18與第一壓電孔17呈垂直布置，所說(shuō) 的第二調(diào)節(jié)動(dòng)板16水平方向上開(kāi)有與通孔23相連同的兩個(gè)互相垂直的固定孔22，固定孔 22與壓電孔對(duì)應(yīng)。所說(shuō)的第二柔性鉸鏈14裝在第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15的另一端，與第二壓電孔18呈三角 形布置，第一柔性鉸鏈12和第二柔性鉸鏈14也呈垂直布置。所說(shuō)的第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)包括第一壓電陶瓷支座2、第一壓電陶瓷3、第一不銹鋼 球11、第一真空密封接線座20和第一真空窺入密封管道21，第一壓電陶瓷3固定在第一壓 電陶瓷支座2的下端，第一不銹鋼球11裝在第一壓電陶瓷3下端，第一不銹鋼球11與第二 調(diào)節(jié)動(dòng)板16接觸，真空絕緣導(dǎo)線7裝在第一真空密封接線座20里，與第一壓電陶瓷3的上 端相連，真空絕緣導(dǎo)線7穿過(guò)第一壓電陶瓷3的上端并通過(guò)第一真空窺入密封管道21導(dǎo)出 真空外；所說(shuō)的第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)包括第二壓電陶瓷支座6、第二壓電陶瓷10、第二不銹鋼 球19、第二真空密封接線座9和第二真空窺入密封管道8，第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與第一 壓電陶瓷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，第二不銹鋼球19與第一調(diào)節(jié)動(dòng)板15接觸。本發(fā)明的應(yīng)用于超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置的方法具體 步驟如下
1)超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置接上電源，改變第一壓電陶 瓷支座2中第一壓電陶瓷3的電信號(hào)使其發(fā)生伸縮，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈座1內(nèi)第二柔性鉸鏈14 沿著Z軸方向移動(dòng)并沿著X軸旋轉(zhuǎn)；2)改變第二壓電陶瓷支座6中第二壓電陶瓷10的電信號(hào)使其發(fā)生伸縮，驅(qū)動(dòng)柔性 鉸鏈座1內(nèi)第一柔性鉸鏈12沿著Z軸方向移動(dòng)并沿著Y軸旋轉(zhuǎn)；3)根據(jù)超高真空中光學(xué)元件座4中光學(xué)元件5空間位置要求再重復(fù)以上操作調(diào)節(jié) 光學(xué)元件座4中光學(xué)元件5空間位置達(dá)到要求。所說(shuō)的柔性鉸鏈座可由鈹青銅制作，第一壓電陶瓷支座、光學(xué)元件座、第二壓電陶 瓷支座、真空窺入密封管道、真空密封接線座均可由ICrlSNiOTi加工。所說(shuō)的固定孔內(nèi)可以裝緊固螺釘，也可以裝別的緊固裝置。本發(fā)明解決超高真空中機(jī)械摩擦潤(rùn)滑問(wèn)題及機(jī)械傳動(dòng)回差帶來(lái)的重復(fù)精度低等 缺點(diǎn)，使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)方法在超高真空光學(xué)腔中使光學(xué)元件快速獲 得精密調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確實(shí)用，成本較低，便于推廣。
權(quán)利要求
超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置，包括光學(xué)元件座(4)和光學(xué)元件(5)，光學(xué)元件(5)固定在光學(xué)元件座(4)中，其特征在于，該精密調(diào)節(jié)裝置還包括柔性鉸鏈座(1)、第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第一柔性鉸鏈(12)、第二柔性鉸鏈(14)，柔性鉸鏈座(1)中心處開(kāi)有對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件座(4)的通孔(23)，所說(shuō)的柔性鉸鏈座(1)包括固定板(13)、第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)和第二調(diào)節(jié)動(dòng)板(16)，光學(xué)元件座(4)被固定在第二調(diào)節(jié)動(dòng)板(16)對(duì)應(yīng)的通孔(23)內(nèi)，第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)與第二調(diào)節(jié)動(dòng)板(16)通過(guò)第二柔性鉸鏈(14)相連，固定板(13)與第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)通過(guò)第一柔性鉸鏈(12)相連，固定板(13)上開(kāi)有對(duì)應(yīng)于第一壓電陶瓷(3)的第一壓電孔(17)，第一壓電陶瓷(3)固定在第一壓電孔(17)內(nèi)，所說(shuō)的第一柔性鉸鏈(12)裝在固定板(13)的一端，與第一壓電孔(17)呈三角形布置，所說(shuō)的第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)與固定板(13)結(jié)構(gòu)相同，第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)上的第二壓電孔(18)與第一壓電孔(17)呈垂直布置，所說(shuō)的第二調(diào)節(jié)動(dòng)板(16)水平方向上開(kāi)有與通孔(23)相連通的兩個(gè)互相垂直的固定孔(22)，固定孔(22)與壓電孔對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置，其特征 在于，所說(shuō)的第二柔性鉸鏈(14)裝在第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)的另一端，與第二壓電孔(18)呈 三角形布置，第一柔性鉸鏈(12)和第二柔性鉸鏈(14)也呈垂直布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置，其特 征在于，所說(shuō)的第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)包括第一壓電陶瓷支座(2)、第一壓電陶瓷(3)、第一不 銹鋼球(11)、第一真空密封接線座(20)和第一真空窺入密封管道(21)，第一壓電陶瓷(3) 固定在第一壓電陶瓷支座(2)的下端，第一不銹鋼球(11)裝在第一壓電陶瓷(3)下端，第 一不銹鋼球(11)與第二調(diào)節(jié)動(dòng)板(16)接觸，真空絕緣導(dǎo)線(7)裝在第一真空密封接線座 (20)里，與第一壓電陶瓷(3)的上端相連，真空絕緣導(dǎo)線(7)穿過(guò)第一壓電陶瓷(3)的上端 并通過(guò)第一真空窺入密封管道(21)導(dǎo)出真空外；所說(shuō)的第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)包括第二壓電 陶瓷支座(6)、第二壓電陶瓷(10)、第二不銹鋼球(19)、第二真空密封接線座(9)和第二真 空窺入密封管道(8)，第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，第二不銹 鋼球(19)與第一調(diào)節(jié)動(dòng)板(15)接觸。
4.權(quán)利要求1所述的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用方法， 其特征在于，具體步驟如下1)超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置接上電源，改變第一壓電陶瓷支 座(2)中第一壓電陶瓷(3)的電信號(hào)使其發(fā)生伸縮，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈座(1)內(nèi)第二柔性鉸鏈 (14)沿著Z軸方向移動(dòng)并沿著X軸旋轉(zhuǎn)；2)改變第二壓電陶瓷支座(6)中第二壓電陶瓷(10)的電信號(hào)使其發(fā)生伸縮，驅(qū)動(dòng)柔性 鉸鏈座(1)內(nèi)第一柔性鉸鏈(12)沿著Z軸方向移動(dòng)并沿著Y軸旋轉(zhuǎn)；3)根據(jù)超高真空中光學(xué)元件座(4)中光學(xué)元件(5)的空間位置要求再重復(fù)以上操作， 調(diào)節(jié)光學(xué)元件座(4)中光學(xué)元件(5)的空間位置達(dá)到要求。
全文摘要
本發(fā)明的超高真空中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈的精密調(diào)節(jié)裝置及方法，涉及精密調(diào)節(jié)領(lǐng)域，該裝置包括光學(xué)元件座、光學(xué)元件、柔性鉸鏈座、第一壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第二壓電陶瓷機(jī)構(gòu)、第一柔性鉸鏈和第二柔性鉸鏈，柔性鉸鏈座包括固定板、第一調(diào)節(jié)動(dòng)板和第二調(diào)節(jié)動(dòng)板。柔性鉸鏈組布置采用兩層相互垂直一塊料加工成型的疊加方式，并且每層柔性鉸鏈組與壓電陶瓷形變方向構(gòu)成等腰三角形支撐，在壓電陶瓷伸縮變形中驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈組實(shí)現(xiàn)精密調(diào)節(jié)，精度達(dá)到微米級(jí)。本發(fā)明應(yīng)用到超高真空及光譜技術(shù)領(lǐng)域中光學(xué)元件的精密調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確實(shí)用，效率高，成本低，便于推廣。
文檔編號(hào)G02B7/00GK101907757SQ20101022406
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者盧啟鵬, 彭忠琦, 馬磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所