本發(fā)明涉及一種微伺服平臺結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種串聯(lián)環(huán)扇形壓電三維微伺服平臺的結(jié)構(gòu)。

背景技術：

隨著技術的迅速發(fā)展和進步，各領域?qū)Τ芏ㄎ患夹g提出了更多的挑戰(zhàn)和要求，必須克服傳統(tǒng)機械存在的沖擊、摩擦、多環(huán)節(jié)傳動損失等問題，實現(xiàn)整體化的結(jié)構(gòu)設計和制造，達到輕量化、小型化、高集成的目的。因此，建立一種結(jié)構(gòu)緊湊的壓電驅(qū)動器驅(qū)動的微定位平臺具有非常大的理論意義和現(xiàn)實意義。

mems微鏡是作為一種微型光學調(diào)制器件，按驅(qū)動方式分類主要分為靜電式、磁力式、電熱式和壓電式四種，基本原理是通過靜電(或磁力或電熱或壓電)的作用，使微鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動或平動，從而改變輸入光的傳播方向或相位的一種精密器件。因其具有尺寸微小、結(jié)構(gòu)簡單、響應速度快、鏡面定向精度高、單片集成化程度高等優(yōu)點，廣泛用于光通訊、光存儲和光投影成像、光譜分析、天文學和視覺科學中的波前相差矯正等領域。

傳統(tǒng)壓電微定位平臺多采用多條壓電梁等方式驅(qū)動，該種方式不僅難以保證各壓電梁制造的一致性，同時對壓電微定位平臺的控制提出了較高的要求，限制了設備的定位精度，并且在壓電微定位平臺旋轉(zhuǎn)時，中間反光鏡旋轉(zhuǎn)軸并不一定穿過反光鏡中心，為定位平臺的使用帶來了較大影響。

壓電陶瓷梁作為微定位平臺的驅(qū)動器，在整體的結(jié)構(gòu)設計、理論分析模型、完整系統(tǒng)的搭建方面與傳統(tǒng)精密定位技術具有本質(zhì)性的區(qū)別。而壓電梁驅(qū)動的微定位平臺可以滿足特定場合緊湊結(jié)構(gòu)設計的目標，并且可以輸出納米級精度和分辨率的三維運動。壓電梁驅(qū)動的微定位平臺的這些優(yōu)點使其成為超精密定位研究的重要組成部分，而且極大的推動了納米級光學精密檢測技術和生物醫(yī)療技術的跨越發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動精度高的串聯(lián)壓電三維微伺服平臺的結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種串聯(lián)環(huán)扇形壓電三維微伺服平臺的結(jié)構(gòu)，包括一個基體，所述的基體包括一個位于其中心位置的中間反光鏡，在所述的中間反光鏡的外側(cè)設有兩個對稱設置的環(huán)扇形的第一壓電梁基體，在所述的第一壓電梁基體的外圈設有兩個對稱設置的環(huán)扇形的第二壓電梁基體；在所述的第一壓電梁基體和第二壓電梁基體之間有固定環(huán)；在所述的第一壓電梁基體的上表面和第二壓電梁基體的上表面各黏貼有第一、第二壓電陶瓷片；形成了兩個第一壓電陶瓷驅(qū)動器和兩個第二壓電陶瓷驅(qū)動器；兩個第一壓電陶瓷驅(qū)動器的中心對稱線和兩個第二壓電陶瓷驅(qū)動器的中心對稱線相互垂直；

在兩個第二壓電陶瓷驅(qū)動器加載相反電壓時，對稱的兩個第二壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的固定環(huán)繞y軸轉(zhuǎn)動；y軸穿過固定環(huán)中心；

在兩個第一壓電陶瓷驅(qū)動器加載相反電壓時，對稱的兩個第一壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的中間反光鏡繞x軸轉(zhuǎn)動，x軸穿過反光鏡中心；

當加載在第二壓電陶瓷驅(qū)動器或第一壓電陶瓷驅(qū)動器電壓方向相同時，固定環(huán)或中間反光鏡產(chǎn)生垂直x、y所在平面的垂直位移。

進一步的，所述中間反光鏡、第一壓電梁基體、第二壓電梁基體和固定環(huán)，是由同一片不銹鋼片基體線切割制作而成的一體件。

進一步的，所述基體通過螺栓固定于底座上，且在其最外圈未設置壓電陶瓷片的位置設有固定壓塊，所述的基體、固定壓塊以及底座通過螺栓連接。

所述的固定壓塊位于兩個第二壓電陶瓷器之間。

進一步的，所述中間反光鏡位于基體中間部分，通過拋光處理后可反射光束。

進一步的，所述中間反光鏡存在繞x、y軸的轉(zhuǎn)動和在垂直方向上的平動。所述的兩個第一壓電陶瓷驅(qū)動器的中心對稱線和兩個第二壓電陶瓷驅(qū)動器的中心對稱線均與中間反光鏡的兩條中心線重合。

進一步的，所述基體、底座和固定壓塊均為304不銹鋼材料，金屬材料的一種。

進一步的，所述第一、第二壓電陶瓷片為pzt材料，并通過環(huán)氧樹脂或金屬焊接材料粘接在第一、第二壓電梁基體上表面。

綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.使用壓電陶瓷片作為三維微定位平臺的驅(qū)動材料，不僅成本更低、制造可靠性高，而且性能更加穩(wěn)定；

2.使用一塊不銹鋼片一體加工出壓電梁基體和中間反光鏡部分，不僅降低裝配難度，而且提高各組成部分相對位置精度；

3.采用環(huán)扇形壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動微定位平臺，利用了同一級環(huán)扇形壓電驅(qū)動器彎曲方向相反時，中間反光鏡旋轉(zhuǎn)軸必定穿過反光鏡中心位置的特點；

4.采用環(huán)扇形壓電陶瓷驅(qū)動器，使平臺更加緊湊，提高了微定位平臺的反光鏡面積相對整體占比。

以上所述僅是對本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，附圖詳細說明如下。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1為本發(fā)明提供的串聯(lián)環(huán)扇形壓電三維微伺服平臺結(jié)構(gòu)的軸測圖；

圖2為本發(fā)明提供的串聯(lián)環(huán)扇形壓電三維微伺服平臺結(jié)構(gòu)的原理圖；

圖3為本發(fā)明提供的并聯(lián)壓電三維微伺服平臺壓電陶瓷驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明基體的結(jié)構(gòu)圖；

圖中，1底座，2第二壓電梁基體，3固定壓塊，4螺栓，5中間反光鏡，6第一壓電陶瓷片，7第二壓電陶瓷片，8第一壓電梁基體，9固定環(huán)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖，并在兼顧考慮平臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造工藝等因素的基礎上，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。當然參考附圖描述的實施例只是示例性的，目的在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的過多限制。

在本發(fā)明中，術語如“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“側(cè)”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，只是為了便于講述本發(fā)明各部件或元件結(jié)構(gòu)關系而確定的關系詞，并非特指本發(fā)明中任一部件或元件，不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明中，術語如“固定”、“相連”、“粘接”、“貼”等應做廣義理解，表示可以是固定連接。對于本領域的相關科研或技術人員，可以根據(jù)具體情況確定上述術語在本發(fā)明中的具體含義，不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明串聯(lián)環(huán)扇形壓電三維微伺服平臺結(jié)構(gòu)的軸測圖。包括一個基體，所述的基體包括一個位于其中心位置的中間反光鏡5，在所述的中間反光鏡5的外側(cè)設有兩個對稱設置的環(huán)扇形的第一壓電梁基體8，在所述的第一壓電梁基體8的外圈設有兩個對稱設置的環(huán)扇形的第二壓電梁基體2；在所述的第一壓電梁基體8和第二壓電梁基體2之間有固定環(huán)9；在所述的第一壓電梁基體8的上表面和第二壓電梁基體2的上表面各黏貼有第一、第二壓電陶瓷片7、7；形成了兩個第一壓電陶瓷驅(qū)動器和兩個第二壓電陶瓷驅(qū)動器；

兩個第一壓電梁基體8不相連，與中間反光鏡5之間有間隙；兩個第二壓電梁基體2不相連，與固定環(huán)9之間有間隙；

在兩個第二壓電陶瓷驅(qū)動器加載相反電壓時，對稱的兩個第二壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的固定環(huán)繞y軸轉(zhuǎn)動；y軸穿過固定環(huán)中心；

在兩個第一壓電陶瓷驅(qū)動器加載相反電壓時，對稱的兩個第一壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的中間反光鏡繞x軸轉(zhuǎn)動，x軸穿過反光鏡中心；

當加載在第二壓電陶瓷驅(qū)動器或第一壓電陶瓷驅(qū)動器電壓方向相同時，固定環(huán)或中間反光鏡產(chǎn)生垂直x、y所在平面的垂直位移。

本發(fā)明中的基體結(jié)構(gòu)類似于圓盤狀的鋼片結(jié)構(gòu)，如圖4所示，其包括中間反光鏡5、第一壓電梁基體8、第二壓電梁基體2和固定環(huán)9，是由同一片不銹鋼片基體線切割制作而成的一體件，具體形狀如圖4所示。

上述中間反光鏡5位于基體中間部分，通過拋光處理后可反射光束。

上述中間反光鏡5存在繞x、y軸的轉(zhuǎn)動和在垂直方向上的平動。

本發(fā)明中基體通過螺栓固定于底座上，且在其最外圈未設置壓電陶瓷片的位置設有固定壓塊，所述的基體、固定壓塊以及底座通過螺栓連接。

基體、底座和固定壓塊均為304不銹鋼材料，金屬材料的一種。

第一、第二壓電陶瓷片7、7為pzt材料，并通過環(huán)氧樹脂或金屬焊接材料粘接在第一、第二壓電梁基體2、8上表面。

本發(fā)明采用固定壓塊3將基體固定于底座1上，螺栓4起到固連作用。位于外側(cè)對稱布局的第一壓電陶瓷驅(qū)動器由第一壓電梁基體2和第一壓電陶瓷片6組成，當加載相反電壓時，對稱的兩個第一壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的固定環(huán)9繞y軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)軸穿過固定環(huán)9中心；位于內(nèi)側(cè)對稱布局的第二壓電陶瓷驅(qū)動器由第二壓電梁基體2和第二壓電陶瓷片7組成，當加載相反電壓時，對稱的兩第二壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的中間反光鏡5繞x軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)軸穿過反光鏡5中心；當加載在電壓方向相同時，固定環(huán)9或中間反光鏡5產(chǎn)生垂直x、y所在平面的垂直位移。所述第一電陶瓷片6、第二壓電陶瓷片7通過環(huán)氧樹脂或金屬焊接材料粘接在第一壓電梁基體2、第二壓電梁基體2上表面。

如圖2所示，圖2為本發(fā)明并聯(lián)壓電三維微伺服平臺的原理圖。本發(fā)明采用環(huán)扇形壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動中間反光鏡5。位于內(nèi)側(cè)對稱布局的第二壓電陶瓷驅(qū)動器由第二壓電梁基體2和第二壓電陶瓷片7組成，當加載相反電壓時，對稱的兩個第二壓電陶器驅(qū)動器彎曲方向相反，進而帶動中間的中間反光鏡5繞x軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)軸穿過反光鏡5中心。

如圖3所示，為本發(fā)明提供的并聯(lián)壓電三維微伺服平臺壓電陶瓷驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明采用環(huán)氧樹脂或金屬焊接材料等方法將壓電陶瓷片2粘接在壓電梁基體7上表面

本發(fā)明致力于克服傳統(tǒng)微定位平臺中壓電驅(qū)動器數(shù)量多、相對體積比小、各驅(qū)動器制造一致性差、控制困難大和旋轉(zhuǎn)軸與反光鏡中心誤差等問題，提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)扇形壓電陶瓷驅(qū)動器的和相對控制較簡單的串聯(lián)壓電三維微伺服平臺，并且可以輸出納米級精度和分辨率的三維運動。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。