專利名稱：一種大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)末起,制造技術(shù)向著超精密、微型化方向，生物技術(shù)向著基因組分析方向以及微電子技術(shù)向著超大規(guī)模集成型方向發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)ξ?dòng)裝置提出了新的要求，即微動(dòng)臺(tái)能精確輸出納米量級的位移，并要有盡可能大的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)范圍，有高的分辨率和控制精度，從而能方便地實(shí)現(xiàn)微定位和納米測量。目前，我國生產(chǎn)企業(yè)和科研院所所使用的微動(dòng)臺(tái)多數(shù)依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，維修和調(diào)試不方便，而國內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的微動(dòng)臺(tái)普遍存在精度低、應(yīng)用范圍狹窄等缺點(diǎn)，因此市場占有率不高，難以大量投入應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于適應(yīng)精密加工制造和定位的需要，結(jié)合機(jī)械、電子、光學(xué)測量、智能控制等相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種能輸出納米量級的位移，具備較大的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)范圍，高的分辨率和控制精度，能方便地實(shí)現(xiàn)微定位的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的包括宏運(yùn)動(dòng)部分、微運(yùn)動(dòng)部分、微電腦控制裝置，宏運(yùn)動(dòng)部分包括直線導(dǎo)軌、由精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的宏動(dòng)臺(tái)、光柵測量器，微運(yùn)動(dòng)部分包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、由微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的工件固裝置、激光干涉測量儀，光柵測量器的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制裝置的電信號(hào)輸入相連，微電腦控制裝置的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的控制電信號(hào)輸入、微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制電信號(hào)輸入相連。使用時(shí)，將工件安裝至工件固裝置，微電腦控制裝置發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，控制精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)上的交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將使宏動(dòng)臺(tái)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件固裝置大行程的功能。宏動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位移經(jīng)光柵測量器測得，返回給微電腦控制裝置，形成閉環(huán)控制，控制算法將采用智能PID算法，以提高運(yùn)動(dòng)精度。工件固裝置的運(yùn)動(dòng)也是根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，經(jīng)微電腦控制裝置處理后，再通過微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工件固裝置納米級直線進(jìn)給或轉(zhuǎn)動(dòng)，其實(shí)際微位移由激光干涉測量儀測得，并返回至微電腦控制裝置，進(jìn)行誤差補(bǔ)償，達(dá)到閉環(huán)控制的目的。這里，微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的三套以上的三自由度移動(dòng)單元、三套微動(dòng)動(dòng)力裝置，三自由度移動(dòng)單元包括固定在宏動(dòng)臺(tái)上的導(dǎo)槽、通過第一導(dǎo)軌滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)槽上的中間構(gòu)件、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在中間構(gòu)件上的轉(zhuǎn)盤、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的第二導(dǎo)軌、通過導(dǎo)槽滑動(dòng)設(shè)置在第二導(dǎo)軌上的基座，第二導(dǎo)軌與第一導(dǎo)軌相互垂直，其中兩相鄰的三自由度移動(dòng)單元的第一導(dǎo)軌相互平行，并垂直于另外的三自由度移動(dòng)單元的第一導(dǎo)軌，微動(dòng)動(dòng)力裝置包括固定在宏動(dòng)臺(tái)上的立柱、設(shè)置在立柱與中間構(gòu)件間的壓電陶瓷。三自由度移動(dòng)單元呈多邊形分布，多邊形的邊的數(shù)量與三自由度移動(dòng)單元的數(shù)量相同。
工作時(shí)，通過三套微動(dòng)動(dòng)力裝置上的壓電陶瓷的不同的伸縮量，來實(shí)現(xiàn)工件固裝置的前后移動(dòng)、左右移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等微運(yùn)動(dòng)。這里，為了方便控制，微電腦控制裝置包括PC控制器、宏運(yùn)動(dòng)控制板、微運(yùn)動(dòng)控制板，光柵測量器的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀的電信號(hào)輸出分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)輸入、微運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)輸入相連，宏運(yùn)動(dòng)控制板的控制電信號(hào)輸出、微運(yùn)動(dòng)控制板的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)上的伺服驅(qū)動(dòng)板的控制電信號(hào)輸入、壓電陶瓷上的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的控制電信號(hào)輸入相連，PC控制器的電信號(hào)通信端分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)通信端、微運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)通信端相連。這里，在中間構(gòu)件與宏動(dòng)臺(tái)間連接有柔性鉸接。采用柔性鉸接，使中間構(gòu)件穩(wěn)定地設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上，同時(shí)，又能在一定幅度上進(jìn)行微移動(dòng)。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有能輸出納米量級的位移，具備較大的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng) 范圍，高的分辨率和控制精度，能方便地實(shí)現(xiàn)微定位的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明微動(dòng)臺(tái)的系統(tǒng)原理 圖2為微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖3為三自由度移動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式 現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
本發(fā)明包括宏運(yùn)動(dòng)部分I、微運(yùn)動(dòng)部分2、微電腦控制裝置3，宏運(yùn)動(dòng)部分I包括直線導(dǎo)軌4、由精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)5帶動(dòng)的宏動(dòng)臺(tái)6、光柵測量器7，微運(yùn)動(dòng)部分2包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)6上的微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8、由微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8帶動(dòng)的工件固裝置9、激光干涉測量儀10，光柵測量器7的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀10的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制裝置3的電信號(hào)輸入相連，微電腦控制裝置3的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)5的控制電信號(hào)輸入、微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8的控制電信號(hào)輸入相連。微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)6上的三套三自由度移動(dòng)單元11、三套微動(dòng)動(dòng)力裝置12，三自由度移動(dòng)單元11包括固定在宏動(dòng)臺(tái)6上的導(dǎo)槽13、通過第一導(dǎo)軌14滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)槽13上的中間構(gòu)件15、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在中間構(gòu)件15上的轉(zhuǎn)盤16、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤16上的第二導(dǎo)軌17、通過導(dǎo)槽18滑動(dòng)設(shè)置在第二導(dǎo)軌17上的基座19，第二導(dǎo)軌17與第一導(dǎo)軌14相互垂直，三套三自由度移動(dòng)單元呈三角形(等邊三角形)分布，其中兩相鄰的三自由度移動(dòng)單元Ila的第一導(dǎo)軌14相互平行，并垂直于另外的三自由度移動(dòng)單元Ilb的第一導(dǎo)軌14，微動(dòng)動(dòng)力裝置12包括固定在宏動(dòng)臺(tái)6上的立柱20、設(shè)置在立柱20與中間構(gòu)件15間的壓電陶瓷21。在中間構(gòu)件15與宏動(dòng)臺(tái)6間連接有柔性鉸接22。微電腦控制裝置3包括PC控制器23、宏運(yùn)動(dòng)控制板24、微運(yùn)動(dòng)控制板25，光柵測量器7的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀10的電信號(hào)輸出分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板24的電信號(hào)輸入、微運(yùn)動(dòng)控制板25的電信號(hào)輸入相連，宏運(yùn)動(dòng)控制板24的控制電信號(hào)輸出、微運(yùn)動(dòng)控制板25的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)5上的伺服驅(qū)動(dòng)板的控制電信號(hào)輸入、壓電陶瓷21上的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的控制電信號(hào)輸入相連，PC控制器23的電信號(hào)通信端分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板24的電信號(hào)通信端、微運(yùn)動(dòng)控制板25的電信號(hào)通信端相連。
權(quán)利要求
1.一種大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于包括宏運(yùn)動(dòng)部分、微運(yùn)動(dòng)部分、微電腦控制裝置，宏運(yùn)動(dòng)部分包括直線導(dǎo)軌、由精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的宏動(dòng)臺(tái)、光柵測量器，微運(yùn)動(dòng)部分包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、由微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的工件固裝置、激光干涉測量儀，光柵測量器的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制裝置的電信號(hào)輸入相連，微電腦控制裝置的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的控制電信號(hào)輸入、微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制電信號(hào)輸入相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的三套以上的三自由度移動(dòng)單元、三套微動(dòng)動(dòng)力裝置，三自由度移動(dòng)單元包括固定在宏動(dòng)臺(tái)上的導(dǎo)槽、通過第一導(dǎo)軌滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)槽上的中間構(gòu)件、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在中間構(gòu)件上的轉(zhuǎn)盤、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的第二導(dǎo)軌、通過導(dǎo)槽滑動(dòng)設(shè)置在第二導(dǎo)軌上的基座，第二導(dǎo)軌與第一導(dǎo)軌相互垂直，其中兩相鄰的三自由度移動(dòng)單元的第一導(dǎo)軌相互平行，并垂直于另外的三自由度移動(dòng)單元的第一導(dǎo)軌，微動(dòng)動(dòng)力裝置包括固定在宏動(dòng)臺(tái)上的立柱、設(shè)置在立柱與中間構(gòu)件間的壓電陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于三自由度移動(dòng)單元呈多邊形分布，多邊形的邊的數(shù)量與三自由度移動(dòng)單元的數(shù)量相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于三自由度移動(dòng)單元是三套，三套三自由度移動(dòng)單元呈三角形分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于三套三自由度移動(dòng)單元呈等邊三角形分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于在中間構(gòu)件與宏動(dòng)臺(tái)間連接有柔性鉸接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于微電腦控制裝置包括PC控制器、宏運(yùn)動(dòng)控制板、微運(yùn)動(dòng)控制板，光柵測量器的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀的電信號(hào)輸出分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)輸入、微運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)輸入相連，宏運(yùn)動(dòng)控制板的控制電信號(hào)輸出、微運(yùn)動(dòng)控制板的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)上的伺服驅(qū)動(dòng)板的控制電信號(hào)輸入、壓電陶瓷上的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的控制電信號(hào)輸入相連，PC控制器的電信號(hào)通信端分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)通信端、微運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)通信端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于微電腦控制裝置包括PC控制器、宏運(yùn)動(dòng)控制板、微運(yùn)動(dòng)控制板，光柵測量器的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀的電信號(hào)輸出分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)輸入、微運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)輸入相連，宏運(yùn)動(dòng)控制板的控制電信號(hào)輸出、微運(yùn)動(dòng)控制板的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)上的伺服驅(qū)動(dòng)板的控制電信號(hào)輸入、壓電陶瓷上的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的控制電信號(hào)輸入相連，PC控制器的電信號(hào)通信端分別與宏運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)通信端、微運(yùn)動(dòng)控制板的電信號(hào)通信端相連。
全文摘要
一種大行程、高精度的微動(dòng)臺(tái)，其特征在于包括宏運(yùn)動(dòng)部分、微運(yùn)動(dòng)部分、微電腦控制裝置，宏運(yùn)動(dòng)部分包括直線導(dǎo)軌、由精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的宏動(dòng)臺(tái)、光柵測量器，微運(yùn)動(dòng)部分包括設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、由微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的工件固裝置、激光干涉測量儀，光柵測量器的電信號(hào)輸出、激光干涉測量儀的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制裝置的電信號(hào)輸入相連，微電腦控制裝置的控制電信號(hào)輸出分別與精密滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的控制電信號(hào)輸入、微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制電信號(hào)輸入相連。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具備較大的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)范圍，高的分辨率和控制精度，能方便地實(shí)現(xiàn)微定位的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05D3/00GK102830711SQ20121034008
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者袁慶丹 申請人:袁慶丹