壓電驅(qū)動(dòng)二維微進(jìn)給平臺(tái)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，包括平臺(tái)基體中部的輔助平臺(tái)及進(jìn)給平臺(tái)。進(jìn)給平臺(tái)被緊固在輔助平臺(tái)中部。平臺(tái)基體的下部和輔助平臺(tái)的右側(cè)中部各自設(shè)有U形通孔i和T形通孔。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii分別置于U形通孔i和T形通孔內(nèi)并在平臺(tái)基體1下側(cè)與右側(cè)分別被螺釘ii?12和螺釘iii?8緊固。輔助平臺(tái)設(shè)有對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈i。進(jìn)給平臺(tái)設(shè)有對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈ii。其特征在于：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i的前端頂緊對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)的下端。本發(fā)明壓電驅(qū)動(dòng)二維微進(jìn)給平臺(tái)，通過(guò)一種簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)式位移增大結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠增大輸出位移，使位移平臺(tái)在Y軸方向上具較大的輸出位移，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，適合在精密操作領(lǐng)域推廣，還可用于微細(xì)加工以及測(cè)量等其他用途。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
壓電驅(qū)動(dòng)二維微進(jìn)給平臺(tái)
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明專(zhuān)利涉及微位移技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】高精度和高分辨率的精密微位移系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極其重要的地位。它是直接影響微細(xì)加工水平、精密測(cè)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)。同時(shí)它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是各國(guó)高技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
[0003]在微機(jī)電領(lǐng)域，超大規(guī)模集成電路的制造及檢測(cè)、微機(jī)電系統(tǒng)及納米測(cè)試計(jì)量裝置等均依賴(lài)于具有納米定位分辨力的精密微位移系統(tǒng)。在生物、醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行搬動(dòng)、分離、組合，對(duì)DNA分子進(jìn)行拉伸并固定到隔膜上，對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作和生成薄膜結(jié)構(gòu)。此外，腦外科手術(shù)等也都需要能做高精度、高分辨率的快速運(yùn)動(dòng)微位移系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多的其他領(lǐng)域也越來(lái)越迫切需要精密的微動(dòng)系統(tǒng)，例如光纖對(duì)接、微細(xì)加工、微型機(jī)器人裝配、掃描隧道顯徽鏡等。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的微進(jìn)給平臺(tái)，多為直接驅(qū)動(dòng)式微進(jìn)給平臺(tái)，它采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為激勵(lì)源，直接驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)進(jìn)行微進(jìn)給，從而帶動(dòng)固定在平臺(tái)上的機(jī)器實(shí)現(xiàn)往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。但是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的壓電系數(shù)非常小，單個(gè)壓電陶瓷片的輸出量只有0.3um，即使采用位移疊加其輸出量也不過(guò)幾十微米，很難滿(mǎn)足一些需要大位移的微進(jìn)給平臺(tái)的要求。微位移增大機(jī)構(gòu)解決了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器位移過(guò)小的局限性，使壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器可以應(yīng)用于對(duì)運(yùn)動(dòng)行程要求較大的場(chǎng)合。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
為克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案:一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，包括平臺(tái)基體中部的輔助平臺(tái)及該輔助平臺(tái)中部的進(jìn)給平臺(tái)。進(jìn)給平臺(tái)被緊固在輔助平臺(tái)中部。本案例中進(jìn)給平臺(tái)被四只螺釘i緊固在輔助平臺(tái)中部。平臺(tái)基體的下部和輔助平臺(tái)的右側(cè)中部各自設(shè)有U形通孔i和T形通孔。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii分別置于U形通孔i和T形通孔內(nèi)并在平臺(tái)基體I下側(cè)與右側(cè)分別被螺釘i1-12和螺釘ii1-8緊固。本案例中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii均為為球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。平臺(tái)基體四角設(shè)有安裝孔。輔助平臺(tái)上部的一字形通孔兩端各設(shè)有對(duì)稱(chēng)的凸邊i及凸邊ii。輔助平臺(tái)下部對(duì)稱(chēng)設(shè)有二個(gè)F形通孔。F形通孔長(zhǎng)邊頭端設(shè)有凸邊iii及凸邊iv，另一端分別設(shè)有凸邊XV、凸邊xvi與凸邊XX。輔助平臺(tái)左右兩側(cè)均設(shè)有U形通孔ii，該U形通孔ii兩頭端分別設(shè)有凸邊V、凸邊vi與凸邊vi1、凸邊viii。以上所述的一字形通孔、二個(gè)F形通孔與二個(gè)U形通孔ii構(gòu)成對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈i。進(jìn)給平臺(tái)上下部分各設(shè)有一對(duì)稱(chēng)的U形通孔iii，其短邊上的凸邊ix及凸邊X與進(jìn)給平臺(tái)左右兩側(cè)各自設(shè)有對(duì)稱(chēng)的一字形通孔上的凸邊xi及凸邊xii形成對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈ii。其特征在于:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i的前端頂緊對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)的下端，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的F形通孔兩短邊之間設(shè)有山字形通孔，該山字形通孔的豎向設(shè)有兩處對(duì)稱(chēng)的凸邊xiii與凸邊xiv分別與凸邊XV與凸邊XVi相背。山字形通孔的下部長(zhǎng)孔兩端向上翹起形成凸邊XVii13U形通孔i的兩豎的上端各設(shè)有方向相反而對(duì)稱(chēng)的凸邊xviii與凸邊xix。凸邊xviii與凸邊xvii相對(duì)，而凸邊xix與所述凸邊XX相對(duì)。凸邊xiv、凸邊xv1、凸邊xvi1、凸邊xvii1、凸邊xix、凸邊XX的中心連線(xiàn)與水平線(xiàn)M-N相重合。本案例中所有凸邊均為圓弧形，也可以根據(jù)需要將其設(shè)計(jì)成方形、梯形、橢圓形等形式。
[0006]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明壓電驅(qū)動(dòng)二維微進(jìn)給平臺(tái)，通過(guò)一種簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)式位移增大結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠增大輸出位移，使位移平臺(tái)在Y軸方向上具較大的輸出位移，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，適合在精密操作領(lǐng)域推廣。還可用于超精密加工以及測(cè)量等其他用途。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給刀架的立體圖；
[0008]圖2為本發(fā)明一種壓電陶瓷微進(jìn)給刀架機(jī)構(gòu)的部分分解立體圖；
[0009]圖3為本發(fā)明一種壓電陶瓷微進(jìn)給刀架機(jī)構(gòu)的主視圖；
[0010]圖4為圖3的A_A#lj面視圖；
[0011]圖5為圖3的俯視圖；
[0012]圖6的圖3的全剖面視圖；
[0013]圖7為圖6的B-B剖面視圖；
[0014]圖8為圖3的左視圖；
[0015]圖9為圖3中的I部放大視圖。
[0016]【具體實(shí)施方式】從附圖可以看出本發(fā)明采用的結(jié)構(gòu)是球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器提供輸出位移，通過(guò)對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)傳遞位移的方式而在一個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)較大的微進(jìn)給。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器可以提供不同要求的位移輸出。這種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，包括平臺(tái)基體I中部的輔助平臺(tái)2及該輔助平臺(tái)2中部的進(jìn)給平臺(tái)3。進(jìn)給平臺(tái)3被緊固在輔助平臺(tái)2中部。本案例中，進(jìn)給平臺(tái)被四只螺釘i緊固在輔助平臺(tái)中部。平臺(tái)基體I的下部和所述輔助平臺(tái)2的右側(cè)中部各自設(shè)有U形通孔1-ΙΙ和T形通孔7。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1-ΙΟ和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i1-6分別置于所述U形通孔1-ΙΙ和T形通孔7內(nèi)，并在平臺(tái)基體I下側(cè)與右側(cè)分別螺釘i1-12和螺釘ii1-8緊固。本案例中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii均為為球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型可根據(jù)需要改變。平臺(tái)基體I四角設(shè)有安裝孔13。所述輔助平臺(tái)2上部的一字形通孔20兩端各設(shè)有對(duì)稱(chēng)的凸邊1-21及凸邊i1-22。輔助平臺(tái)2下部對(duì)稱(chēng)設(shè)有二個(gè)F形通孔15 A形通孔15長(zhǎng)邊頭端設(shè)有凸邊ii1-31及凸邊iv-32，另一端分別設(shè)有凸邊xv-33、凸邊xv1-36與凸邊χχ-40。輔助平臺(tái)2左右兩側(cè)均設(shè)有U形通孔i1-17，該U形通孔i1-17兩頭端分別設(shè)有凸邊v-23、凸邊v1-24與凸邊vi1-29、凸邊vii1-30。以上所述的一字形通孔20、二個(gè)F形通孔15與二個(gè)U形通孔i1-17構(gòu)成對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈1-5。進(jìn)給平臺(tái)3上下部分各設(shè)有一對(duì)稱(chēng)的U形通孔ii1-19，其短邊上的凸邊ix-26及凸邊x-28與所述進(jìn)給平臺(tái)3左右兩側(cè)各自設(shè)有對(duì)稱(chēng)的一字形通孔18上的凸邊x1-25及凸邊xi1-27形成對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈i1-9。其特征在于:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1-ΙΟ的前端頂緊對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)的下端，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的F形通孔15兩短邊之間設(shè)有山字形通孔16，該山字形通孔16的豎向設(shè)有兩處對(duì)稱(chēng)的凸邊xii1-34與凸邊xiv-35分別與所述凸邊xv-33與凸邊xv1-36相背。山字形通孔16的下部長(zhǎng)孔兩端向上翹起形成凸邊xvi1-37。!]形通孔1-11的兩豎14的上端各設(shè)有方向相反而對(duì)稱(chēng)的凸邊xvii1-38與凸邊xix-39。凸邊xvii1-38與凸邊叉￥:[;[-37相對(duì)，而凸邊1丨1-39與凸邊11-40相對(duì)。凸邊1；[￥-35、凸邊1￥；[-36、凸邊1￥；[;[-37、凸邊xvii1-38、凸邊xix-39、凸邊χχ-40的中心連線(xiàn)與水平線(xiàn)M-N相重合。這種方法可以有效降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的損失。成對(duì)布置的而方向相反的凸邊xv-33與凸邊xii1-34與凸邊Xi V-35、凸邊XV1-36的目的是減機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)反力，同樣有效降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量損失。U形通孔i_ll、F形通孔15、山字形通孔16的形狀和尺寸可根據(jù)需要適當(dāng)更改。
[0017]本案例中位移增大機(jī)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)，其對(duì)稱(chēng)軸與直線(xiàn)F-H重合(參見(jiàn)圖9)，以使輸入位移可以通過(guò)兩邊的運(yùn)動(dòng)鏈同時(shí)進(jìn)行傳遞，這使得該機(jī)構(gòu)不僅具有較高的剛度而且在理論上可以完全消除附加位移，以保證輸出位移的精確性。圖6中的I部表示對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)在平臺(tái)基體I上的位置，而圖9是這個(gè)部份的放大圖。輔助平臺(tái)2通過(guò)對(duì)稱(chēng)式平行柔性鉸鏈1-5與平臺(tái)基體I相連，可以使輔助平臺(tái)2受到對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)傳遞位移時(shí)，增大輸入位移以實(shí)現(xiàn)較大的直線(xiàn)位移，從而帶動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)3在Y軸方向?qū)崿F(xiàn)大的微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在X軸方向，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給。在Y軸方向，對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1-ΙΟ相連接，接收壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出位移，通過(guò)增大壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出位移，使壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)可以應(yīng)用與對(duì)運(yùn)動(dòng)行程要求較大的場(chǎng)合。
[0018]綜上所述，本發(fā)明的二維壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，利用了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的逆壓電效應(yīng)。在X軸方向，球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器直接與微進(jìn)給平臺(tái)相連接，從而驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給;在Y軸方向，球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過(guò)對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)與輔助平臺(tái)相連接，準(zhǔn)確帶動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)進(jìn)行較大的微進(jìn)給，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，包括平臺(tái)基體(I)中部的輔助平臺(tái)(2)及該輔助平臺(tái)(2)中部的進(jìn)給平臺(tái)(3)，所述進(jìn)給平臺(tái)(3)被緊固在輔助平臺(tái)(2)中部，所述平臺(tái)基體(I)的下部和所述輔助平臺(tái)(2)的右側(cè)中部各自設(shè)有U形通孔i(ll)和T形通孔(7);壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i(10)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii(6)分別置于所述U形通孔i(ll)和T形通孔(7)內(nèi)并在平臺(tái)基體(I)下側(cè)與右側(cè)分別被緊固；所述平臺(tái)基體(I)四角設(shè)有安裝孔(13);所述輔助平臺(tái)(2)上部的一字形通孔(20)兩端各設(shè)有對(duì)稱(chēng)的凸邊i((21)及凸邊ii(22);所述輔助平臺(tái)(2)下部對(duì)稱(chēng)設(shè)有二個(gè)F形通孔(15)，所述F形通孔(15)長(zhǎng)邊頭端設(shè)有凸邊iii(31)及凸邊iv(32)，另一端分別設(shè)有凸邊xv(33)、凸邊xvi(36)與凸邊xx(40);所述輔助平臺(tái)(2)左右兩側(cè)均設(shè)有U形通孔ii(17)，該U形通孔ii(17)兩頭端分別設(shè)有凸邊v(23)、凸邊vi(24)與凸邊vii(29)、凸邊viii(30)，以上所述的一字形通孔(20)、二個(gè)F形通孔(15)與二個(gè)U形通孔ii(17)構(gòu)成對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈i(5);所述進(jìn)給平臺(tái)(3)上下部分各設(shè)有一對(duì)稱(chēng)的U形通孔iii(19)，其短邊上的凸邊ix(26)及凸邊x(28)與所述進(jìn)給平臺(tái)(3)左右兩側(cè)各自設(shè)有對(duì)稱(chēng)的一字形通孔(18)上的凸邊xi(25)及凸邊xii(27)形成對(duì)稱(chēng)平行布置的柔性鉸鏈ii(9)，其特征在于:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i(10)的前端頂緊對(duì)稱(chēng)式位移增大機(jī)構(gòu)的下端，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:所述兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的F形通孔(15)兩短邊之間設(shè)有山字形通孔(16)，該山字形通孔(16)的豎向設(shè)有兩處對(duì)稱(chēng)的凸邊xiii (34)與凸邊xiv(35)分別與所述凸邊xv(33)與凸邊xvi (36)相背，所述山字形通孔(16)的下部長(zhǎng)孔兩端向上翹起形成凸邊xvii(37);所述U形通孔i(ll)的兩豎(14)的上端各設(shè)有方向相反而對(duì)稱(chēng)的凸邊XViii (38)與凸邊xix(39)；所述凸邊xviii (38)與所述凸邊xvii (37)相對(duì)，而所述凸邊xix( 39)與所述凸邊xx(40)相對(duì);所述凸邊xiv(35)、凸邊1￥丨(36)、凸邊1￥^(37)、凸邊1￥丨^(38)、凸邊1丨1(39)、凸邊11(40)的中心連線(xiàn)與水平線(xiàn)M-N相重合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述進(jìn)給平臺(tái)(3)被四只螺釘K4)緊固在所述的輔助平臺(tái)(2)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i(10)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii(6)分別被設(shè)在平臺(tái)基體(I)下側(cè)與右側(cè)的螺釘ii(12)和螺釘iii(8)緊固。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器i(10)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器ii(6)為球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述凸邊均為圓弧形。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述凸邊均為方形。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述凸邊均為梯形。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)，其特征在于:所述凸邊均為橢圓形。
【文檔編號(hào)】B23Q1/34GK105904232SQ201610261585
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】李東明, 葉紅盼, 羅姜, 田小靜
【申請(qǐng)人】大連交通大學(xué)