專利名稱：垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置。
背景技術(shù)：
宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可用于超精密加工的進(jìn)給系統(tǒng)中。宏運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大行程毫米或微米級(jí)的進(jìn)給，微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)小行程微米或納米級(jí)進(jìn)給。宏微運(yùn)動(dòng)復(fù)合可加工精密光學(xué)元件的非軸對(duì)稱表面，可重復(fù)加工具有復(fù)雜形狀的各種異形元件，例如自由曲面透鏡/鏡面、微鏡陣列、微溝槽陣列等。一般的宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是在宏運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，安裝快刀伺服器等典型或?qū)Ｓ玫男⌒臀⑦\(yùn)動(dòng)平臺(tái)，這種微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)無(wú)法用于承載一定的負(fù)荷或開(kāi)展宏微復(fù)合平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)一般的宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)承載量不大的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案宏動(dòng)平臺(tái)采用氣浮導(dǎo)軌導(dǎo)向，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，光柵尺檢測(cè)位置精度；宏動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)微動(dòng)平臺(tái)。由整體金屬板切割加工出四周框架、內(nèi)部的微動(dòng)平臺(tái)和起連接以及導(dǎo)向作用的柔性鉸鏈，框架固定在宏動(dòng)平臺(tái)上，由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)提供動(dòng)力。微動(dòng)平臺(tái)和宏動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)氣浮消除摩擦阻力。本發(fā)明提供的一種垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置，包括底座1，其承載著全部結(jié)構(gòu)，氣浮導(dǎo)軌2安裝在底座1上，氣浮導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向上表面中間開(kāi)有長(zhǎng)槽，直線電機(jī)定子 3鑲在氣浮導(dǎo)軌長(zhǎng)槽中，氣浮導(dǎo)軌2側(cè)面裝有光柵定尺4 ；宏動(dòng)平臺(tái)6安裝在氣浮導(dǎo)軌2上， 宏動(dòng)平臺(tái)6中安裝直線電機(jī)動(dòng)子5，通電后直線電機(jī)定子3與直線電機(jī)動(dòng)子5的磁場(chǎng)作用， 產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)宏動(dòng)平臺(tái)6在氣浮導(dǎo)軌2上移動(dòng)，宏動(dòng)平臺(tái)6上還裝有光柵動(dòng)尺15，光柵動(dòng)尺 15和光柵定尺4在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中作用，檢測(cè)宏位移的位置信息；框架7、工字型分布的四個(gè)柔性鉸鏈10和微動(dòng)平臺(tái)11由一塊整體金屬通過(guò)線切割制作而成，其中框架7安裝固定在宏動(dòng)平臺(tái)6上，微動(dòng)平臺(tái)11的一邊與框架7的一邊之間裝有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)14， 微動(dòng)平臺(tái)11和宏動(dòng)平臺(tái)6的移動(dòng)方向相互垂直，微動(dòng)平臺(tái)11的底部設(shè)有若干氣孔和氣道， 通過(guò)孔中噴出的高壓氣體，使微動(dòng)平臺(tái)與宏動(dòng)平臺(tái)接觸面之間形成氣膜，以減少或消除摩擦；承物臺(tái)12同下面的墊板13 —起固定在微動(dòng)平臺(tái)11上。承物臺(tái)12與框架7之間有間隙，墊板使承物臺(tái)的高度稍高于四周的框架，避免接觸摩擦。承物臺(tái)12與框架7之間裝有微動(dòng)傳感器，其中承物臺(tái)側(cè)面裝有第一微動(dòng)傳感器8，框架側(cè)面裝有第二微動(dòng)傳感9，以檢測(cè)微動(dòng)平臺(tái)的移位。上述每個(gè)柔性鉸鏈10的支干部寬度較寬，而鉸鏈部寬度較窄，每個(gè)支干的兩個(gè)端部為鉸鏈部位。因此材料的受力發(fā)生的彈性彎曲變形集中在較窄的鉸鏈部，而支干部無(wú)變形。鉸鏈部位的輪廓為對(duì)稱的圓弧過(guò)度，以避免應(yīng)力集中。上述宏動(dòng)平臺(tái)6的底部形狀與氣浮導(dǎo)軌2表面配合，宏動(dòng)平臺(tái)6與氣浮導(dǎo)軌2的接觸面上有氣孔和氣道，高壓空氣從孔中噴出，在氣浮導(dǎo)軌2和宏動(dòng)平臺(tái)6之間形成氣膜。
上述承物臺(tái)12面積大于微動(dòng)平臺(tái)11，以利于承載各種儀器以開(kāi)展宏微復(fù)合的研氣浮導(dǎo)軌支承宏動(dòng)平臺(tái)，直線電機(jī)提供宏運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，光柵尺測(cè)量運(yùn)動(dòng)位置信肩、O微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)柔性鉸鏈與框架實(shí)體連接。柔性鉸鏈對(duì)稱分布，通過(guò)材料的微量彈性彎曲變形，確保微動(dòng)平臺(tái)的導(dǎo)向和移動(dòng)。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)提供微動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)的動(dòng)力，微動(dòng)傳感器感應(yīng)微動(dòng)平臺(tái)的位移。從而實(shí)現(xiàn)微動(dòng)平臺(tái)的高精度位移和定位。通過(guò)氣體薄膜將微動(dòng)平臺(tái)和宏動(dòng)平臺(tái)隔離，避免兩平面直接接觸，減少或消除摩擦阻力。微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)墊板連接承物臺(tái)，承物臺(tái)與面積與宏動(dòng)平臺(tái)面積相當(dāng)，即尺寸比較大，方便安裝研究?jī)x器。本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)通過(guò)氣浮導(dǎo)軌支承宏動(dòng)平臺(tái)，直線電機(jī)提供宏運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，光柵尺測(cè)量運(yùn)動(dòng)位置信息。具有承載力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高、運(yùn)動(dòng)速度快、加速度大的特點(diǎn)；
2)微動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向與宏動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向垂直。3)微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)柔性鉸鏈與框架實(shí)體連接。柔性鉸鏈對(duì)稱分布，通過(guò)材料的微量彈性彎曲變形，確保微動(dòng)平臺(tái)的導(dǎo)向和移動(dòng)。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)提供微動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)的動(dòng)力，微動(dòng)傳感器感應(yīng)微動(dòng)平臺(tái)的位移。從而實(shí)現(xiàn)微動(dòng)平臺(tái)的高精度位移和定位；
4)通過(guò)氣體薄膜將微動(dòng)平臺(tái)和宏動(dòng)平臺(tái)隔離，避免兩平面直接接觸，減少或消除摩擦阻力；
5)微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)墊板連接承物臺(tái)，承物臺(tái)與面積與宏動(dòng)平臺(tái)面積相當(dāng)，即尺寸比較大， 方便安裝研究?jī)x器。


圖1是本發(fā)明裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明裝置的微動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。其中1底座2氣浮導(dǎo)軌3直線電機(jī)定子4光柵定尺5直線電機(jī)動(dòng)子 6宏動(dòng)平臺(tái)7框架8第一微動(dòng)傳感器9第二微動(dòng)傳感器10柔性鉸鏈11微動(dòng)平臺(tái)12承物臺(tái)13墊板14壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)15光柵動(dòng)尺。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明
如圖1所示，本發(fā)明包括底座1，承載著全部結(jié)構(gòu)。氣浮導(dǎo)軌2安裝在底座上。氣浮導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向上表面中間開(kāi)有長(zhǎng)槽，直線電機(jī)的定子3鑲在氣浮導(dǎo)軌長(zhǎng)槽中。氣浮導(dǎo)軌側(cè)面裝有光柵定尺4。宏動(dòng)平臺(tái)6的底部形狀與氣浮導(dǎo)軌表面配合，宏動(dòng)平臺(tái)與氣浮導(dǎo)軌的接觸面上有氣孔和氣道，高壓空氣從孔中噴出，在氣浮導(dǎo)軌和宏動(dòng)平臺(tái)之間形成氣膜，以減少或消除摩擦。宏動(dòng)平臺(tái)中裝有直線電機(jī)動(dòng)子5。通電后直線電機(jī)的定子和動(dòng)子的磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)宏動(dòng)平臺(tái)在氣浮導(dǎo)軌上移動(dòng)。宏動(dòng)平臺(tái)上還裝有光柵動(dòng)尺15，光柵動(dòng)尺和定尺在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中作用，檢測(cè)宏位移的位置信息。由一塊整體金屬通過(guò)線切割加工出框架7、工字型分布的四個(gè)柔性鉸鏈10和微動(dòng)平臺(tái)11。微動(dòng)平臺(tái)的一邊和框架之間裝有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)14。通電后，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)推動(dòng)微動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)。微動(dòng)平臺(tái)和宏動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)方向相互垂直。每個(gè)柔性鉸鏈10的支干部寬度較寬，而鉸鏈部寬度較窄。 每個(gè)支干的兩個(gè)端部為鉸鏈部位。因此材料的受力發(fā)生的彈性彎曲變形集中在較窄的鉸鏈部，而支干部無(wú)變形。鉸鏈部位的輪廓為對(duì)稱的圓弧過(guò)度，以避免應(yīng)力集中。微動(dòng)平臺(tái)的底部設(shè)有若干小氣孔和氣道，通過(guò)孔中噴出的高壓氣體，使微動(dòng)平臺(tái)和宏動(dòng)平臺(tái)接觸面之間形成氣膜，以減少或消除摩擦。承物臺(tái)12通過(guò)墊板13固定在微動(dòng)平臺(tái)上。墊板使承物臺(tái)的高度稍高于四周的框架，避免接觸摩擦。承物臺(tái)使微動(dòng)平臺(tái)的面積擴(kuò)大，以利于承載各種儀器以開(kāi)展宏微復(fù)合的研究。承物臺(tái)邊與框架之間裝有微動(dòng)傳感器8和9，以檢測(cè)微動(dòng)平臺(tái)的移位。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置，其特征在于該裝置包括底座(1)，氣浮導(dǎo)軌(2)安裝在底座(1)上，氣浮導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向上表面中間開(kāi)有長(zhǎng)槽，直線電機(jī)定子(3)鑲在氣浮導(dǎo)軌長(zhǎng)槽中，氣浮導(dǎo)軌(2)側(cè)面裝有光柵定尺(4);宏動(dòng)平臺(tái)(6)安裝在氣浮導(dǎo)軌(2) 上，宏動(dòng)平臺(tái)(6)的底部形狀與氣浮導(dǎo)軌(2)表面相互匹配，宏動(dòng)平臺(tái)(6)與氣浮導(dǎo)軌(2) 的接觸面上有氣孔和氣道，高壓空氣從孔中噴出，在氣浮導(dǎo)軌(2)與宏動(dòng)平臺(tái)(6)之間形成氣膜；宏動(dòng)平臺(tái)(6)中還安裝直線電機(jī)動(dòng)子(5)，直線電機(jī)定子(3)與直線電機(jī)動(dòng)子(5)相互作用，驅(qū)動(dòng)宏動(dòng)平臺(tái)(6)在氣浮導(dǎo)軌(2)上移動(dòng)；宏動(dòng)平臺(tái)(6)上還裝有光柵動(dòng)尺(15)， 光柵動(dòng)尺(15)與光柵定尺(4)相互匹配；框架(7)、工字型分布的四個(gè)柔性鉸鏈(10)和微動(dòng)平臺(tái)(11)由一塊整體金屬切割而成，其中框架(7)安裝在宏動(dòng)平臺(tái)(6)上，微動(dòng)平臺(tái)(11) 的一邊與框架(7)的一邊之間裝有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)(14);微動(dòng)平臺(tái)(11)與宏動(dòng)平臺(tái)(6)的移動(dòng)方向相互垂直，微動(dòng)平臺(tái)(11)的底部設(shè)有若干氣孔和氣道，通過(guò)孔中噴出的高壓氣體，使微動(dòng)平臺(tái)(11)與宏動(dòng)平臺(tái)(6)接觸面之間形成氣膜；承物臺(tái)(12)的下面連接墊板(13)后一同固定在微動(dòng)平臺(tái)(11)的上面；承物臺(tái)(12)與框架(7)之間有間隙；承物臺(tái)(12)與框架(7)之間還裝有微動(dòng)傳感器，其中承物臺(tái)(12)側(cè)面裝有第一微動(dòng)傳感器(8)， 框架(7 )側(cè)面裝有第二微動(dòng)傳感(9 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置，其特征在于上述每個(gè)柔性鉸鏈(10)的支干部寬度較寬，而鉸鏈部寬度較窄，每個(gè)支干的兩個(gè)端部為鉸鏈部位； 鉸鏈部位的輪廓為對(duì)稱的圓弧過(guò)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置，其特征在于上述承物臺(tái)(12)面積大于微動(dòng)平臺(tái)(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直軸宏微復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置，該裝置的宏動(dòng)平臺(tái)采用氣浮導(dǎo)軌導(dǎo)向，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，光柵尺檢測(cè)位置精度；宏動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)微動(dòng)平臺(tái)；由整體金屬板切割加工出框架、微動(dòng)平臺(tái)和起連接以及導(dǎo)向作用的柔性鉸鏈，框架固定在宏動(dòng)平臺(tái)上；微動(dòng)平臺(tái)和宏動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)氣浮消除摩擦阻力；微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)柔性鉸鏈與框架實(shí)體連接，柔性鉸鏈對(duì)稱分布，通過(guò)材料的微量彈性彎曲變形，確保微動(dòng)平臺(tái)的導(dǎo)向和移動(dòng)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)提供微動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)的動(dòng)力，微動(dòng)傳感器感應(yīng)微動(dòng)平臺(tái)的位移，從而實(shí)現(xiàn)微動(dòng)平臺(tái)的高精度位移和定位。
文檔編號(hào)B23Q1/26GK102528472SQ201210055118
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者劉強(qiáng), 李克天, 陳新, 陳新度 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)