壓電驅動二維微進給平臺的制作方法
【專利摘要】一種壓電陶瓷驅動微進給平臺，包括平臺基體中部的輔助平臺及進給平臺。進給平臺被緊固在輔助平臺中部。平臺基體的下部和輔助平臺的右側中部各自設有U形通孔i和T形通孔。壓電陶瓷驅動器i和壓電陶瓷驅動器ii分別置于U形通孔i和T形通孔內并在平臺基體1下側與右側分別被螺釘ii?12和螺釘iii?8緊固。輔助平臺設有對稱平行布置的柔性鉸鏈i。進給平臺設有對稱平行布置的柔性鉸鏈ii。其特征在于：壓電陶瓷驅動器i的前端頂緊對稱式位移增大機構的下端。本發(fā)明壓電驅動二維微進給平臺，通過一種簡單的對稱式位移增大結構的應用，能夠增大輸出位移，使位移平臺在Y軸方向上具較大的輸出位移，結構簡單，制造成本低廉，適合在精密操作領域推廣，還可用于微細加工以及測量等其他用途。
【專利說明】
壓電驅動二維微進給平臺
[0001]技術領域本發(fā)明專利涉及微位移技術領域。
[0002]【背景技術】高精度和高分辨率的精密微位移系統在近代尖端工業(yè)生產和科學研究領域內占有極其重要的地位。它是直接影響微細加工水平、精密測量水平及超大規(guī)模集成電路生產水平的關鍵環(huán)節(jié)。同時它的各項技術指標是各國高技術發(fā)展水平的重要標志。
[0003]在微機電領域，超大規(guī)模集成電路的制造及檢測、微機電系統及納米測試計量裝置等均依賴于具有納米定位分辨力的精密微位移系統。在生物、醫(yī)學工程領域，需要對細胞進行搬動、分離、組合，對DNA分子進行拉伸并固定到隔膜上，對蛋白質分子進行操作和生成薄膜結構。此外，腦外科手術等也都需要能做高精度、高分辨率的快速運動微位移系統。隨著科學技術的發(fā)展，更多的其他領域也越來越迫切需要精密的微動系統，例如光纖對接、微細加工、微型機器人裝配、掃描隧道顯徽鏡等。
[0004]現有技術中的微進給平臺，多為直接驅動式微進給平臺，它采用壓電陶瓷驅動器作為激勵源，直接驅動微進給平臺進行微進給，從而帶動固定在平臺上的機器實現往復進給運動。但是壓電陶瓷驅動器的壓電系數非常小，單個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幾十微米，很難滿足一些需要大位移的微進給平臺的要求。微位移增大機構解決了壓電陶瓷驅動器位移過小的局限性，使壓電陶瓷驅動器可以應用于對運動行程要求較大的場合。
[0005]
【發(fā)明內容】
為克服現有技術中所存在的缺陷，本發(fā)明提出以下技術方案:一種壓電陶瓷驅動微進給平臺，包括平臺基體中部的輔助平臺及該輔助平臺中部的進給平臺。進給平臺被緊固在輔助平臺中部。本案例中進給平臺被四只螺釘i緊固在輔助平臺中部。平臺基體的下部和輔助平臺的右側中部各自設有U形通孔i和T形通孔。壓電陶瓷驅動器i和壓電陶瓷驅動器ii分別置于U形通孔i和T形通孔內并在平臺基體I下側與右側分別被螺釘i1-12和螺釘ii1-8緊固。本案例中壓電陶瓷驅動器i和壓電陶瓷驅動器ii均為為球頭式自感知壓電陶瓷驅動器。平臺基體四角設有安裝孔。輔助平臺上部的一字形通孔兩端各設有對稱的凸邊i及凸邊ii。輔助平臺下部對稱設有二個F形通孔。F形通孔長邊頭端設有凸邊iii及凸邊iv，另一端分別設有凸邊XV、凸邊xvi與凸邊XX。輔助平臺左右兩側均設有U形通孔ii，該U形通孔ii兩頭端分別設有凸邊V、凸邊vi與凸邊vi1、凸邊viii。以上所述的一字形通孔、二個F形通孔與二個U形通孔ii構成對稱平行布置的柔性鉸鏈i。進給平臺上下部分各設有一對稱的U形通孔iii，其短邊上的凸邊ix及凸邊X與進給平臺左右兩側各自設有對稱的一字形通孔上的凸邊xi及凸邊xii形成對稱平行布置的柔性鉸鏈ii。其特征在于:壓電陶瓷驅動器i的前端頂緊對稱式位移增大機構的下端，該機構的結構為:兩個對稱設置的F形通孔兩短邊之間設有山字形通孔，該山字形通孔的豎向設有兩處對稱的凸邊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孔兩端向上翹起形成凸邊XVii13U形通孔i的兩豎的上端各設有方向相反而對稱的凸邊xviii與凸邊xix。凸邊xviii與凸邊xvii相對，而凸邊xix與所述凸邊XX相對。凸邊xiv、凸邊xv1、凸邊xvi1、凸邊xvii1、凸邊xix、凸邊XX的中心連線與水平線M-N相重合。本案例中所有凸邊均為圓弧形，也可以根據需要將其設計成方形、梯形、橢圓形等形式。
[0006]采用上述技術方案的本發(fā)明壓電驅動二維微進給平臺，通過一種簡單的對稱式位移增大結構的應用，能夠增大輸出位移，使位移平臺在Y軸方向上具較大的輸出位移，結構簡單，制造成本低廉，適合在精密操作領域推廣。還可用于超精密加工以及測量等其他用途。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明一種壓電陶瓷驅動微進給刀架的立體圖；
[0008]圖2為本發(fā)明一種壓電陶瓷微進給刀架機構的部分分解立體圖；
[0009]圖3為本發(fā)明一種壓電陶瓷微進給刀架機構的主視圖；
[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]【具體實施方式】從附圖可以看出本發(fā)明采用的結構是球頭式自感知壓電陶瓷驅動器提供輸出位移，通過對稱式位移增大機構傳遞位移的方式而在一個方向上實現較大的微進給。壓電陶瓷驅動器可以提供不同要求的位移輸出。這種壓電陶瓷驅動微進給平臺，包括平臺基體I中部的輔助平臺2及該輔助平臺2中部的進給平臺3。進給平臺3被緊固在輔助平臺2中部。本案例中，進給平臺被四只螺釘i緊固在輔助平臺中部。平臺基體I的下部和所述輔助平臺2的右側中部各自設有U形通孔1-ΙΙ和T形通孔7。壓電陶瓷驅動器1-ΙΟ和壓電陶瓷驅動器i1-6分別置于所述U形通孔1-ΙΙ和T形通孔7內，并在平臺基體I下側與右側分別螺釘i1-12和螺釘ii1-8緊固。本案例中壓電陶瓷驅動器i和壓電陶瓷驅動器ii均為為球頭式自感知壓電陶瓷驅動器。驅動器類型可根據需要改變。平臺基體I四角設有安裝孔13。所述輔助平臺2上部的一字形通孔20兩端各設有對稱的凸邊1-21及凸邊i1-22。輔助平臺2下部對稱設有二個F形通孔15 A形通孔15長邊頭端設有凸邊ii1-31及凸邊iv-32，另一端分別設有凸邊xv-33、凸邊xv1-36與凸邊χχ-40。輔助平臺2左右兩側均設有U形通孔i1-17，該U形通孔i1-17兩頭端分別設有凸邊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F形通孔15與二個U形通孔i1-17構成對稱平行布置的柔性鉸鏈1-5。進給平臺3上下部分各設有一對稱的U形通孔ii1-19，其短邊上的凸邊ix-26及凸邊x-28與所述進給平臺3左右兩側各自設有對稱的一字形通孔18上的凸邊x1-25及凸邊xi1-27形成對稱平行布置的柔性鉸鏈i1-9。其特征在于:壓電陶瓷驅動器1-ΙΟ的前端頂緊對稱式位移增大機構的下端，該機構的結構為:兩個對稱設置的F形通孔15兩短邊之間設有山字形通孔16，該山字形通孔16的豎向設有兩處對稱的凸邊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的上端各設有方向相反而對稱的凸邊xvii1-38與凸邊xix-39。凸邊xvii1-38與凸邊叉￥:[;[-37相對，而凸邊1丨1-39與凸邊11-40相對。凸邊1；[￥-35、凸邊1￥；[-36、凸邊1￥；[;[-37、凸邊xvii1-38、凸邊xix-39、凸邊χχ-40的中心連線與水平線M-N相重合。這種方法可以有效降低運動過程中能量的損失。成對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的目的是減機構的結構反力，同樣有效降低運動過程中能量損失。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需要適當更改。
[0017]本案例中位移增大機構為對稱式位移增大機構，其對稱軸與直線F-H重合(參見圖9)，以使輸入位移可以通過兩邊的運動鏈同時進行傳遞，這使得該機構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部表示對稱式位移增大機構在平臺基體I上的位置，而圖9是這個部份的放大圖。輔助平臺2通過對稱式平行柔性鉸鏈1-5與平臺基體I相連，可以使輔助平臺2受到對稱式位移增大機構傳遞位移時，增大輸入位移以實現較大的直線位移，從而帶動微進給平臺3在Y軸方向實現大的微進給運動。在X軸方向，壓電陶瓷驅動器直接驅動微進給平臺實現微進給。在Y軸方向，對稱式位移增大機構與壓電陶瓷驅動器1-ΙΟ相連接，接收壓電陶瓷驅動器的輸出位移，通過增大壓電陶瓷驅動器的輸出位移，使壓電陶瓷驅動微進給平臺可以應用與對運動行程要求較大的場合。
[0018]綜上所述，本發(fā)明的二維壓電陶瓷驅動微進給平臺，利用了壓電陶瓷驅動器的逆壓電效應。在X軸方向，球頭式自感知壓電陶瓷驅動器直接與微進給平臺相連接，從而驅動微進給平臺實現微進給;在Y軸方向，球頭式自感知壓電陶瓷驅動器通過對稱式位移增大機構與輔助平臺相連接，準確帶動微進給平臺進行較大的微進給，進而實現精確操作。
【主權項】
1.一種壓電陶瓷驅動微進給平臺，包括平臺基體(I)中部的輔助平臺(2)及該輔助平臺(2)中部的進給平臺(3)，所述進給平臺(3)被緊固在輔助平臺(2)中部，所述平臺基體(I)的下部和所述輔助平臺(2)的右側中部各自設有U形通孔i(ll)和T形通孔(7);壓電陶瓷驅動器i(10)和壓電陶瓷驅動器ii(6)分別置于所述U形通孔i(ll)和T形通孔(7)內并在平臺基體(I)下側與右側分別被緊固；所述平臺基體(I)四角設有安裝孔(13);所述輔助平臺(2)上部的一字形通孔(20)兩端各設有對稱的凸邊i((21)及凸邊ii(22);所述輔助平臺(2)下部對稱設有二個F形通孔(15)，所述F形通孔(15)長邊頭端設有凸邊iii(31)及凸邊iv(32)，另一端分別設有凸邊xv(33)、凸邊xvi(36)與凸邊xx(40);所述輔助平臺(2)左右兩側均設有U形通孔ii(17)，該U形通孔ii(17)兩頭端分別設有凸邊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F形通孔(15)與二個U形通孔ii(17)構成對稱平行布置的柔性鉸鏈i(5);所述進給平臺(3)上下部分各設有一對稱的U形通孔iii(19)，其短邊上的凸邊ix(26)及凸邊x(28)與所述進給平臺(3)左右兩側各自設有對稱的一字形通孔(18)上的凸邊xi(25)及凸邊xii(27)形成對稱平行布置的柔性鉸鏈ii(9)，其特征在于:壓電陶瓷驅動器i(10)的前端頂緊對稱式位移增大機構的下端，該機構的結構為:所述兩個對稱設置的F形通孔(15)兩短邊之間設有山字形通孔(16)，該山字形通孔(16)的豎向設有兩處對稱的凸邊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)的上端各設有方向相反而對稱的凸邊XViii (38)與凸邊xix(39)；所述凸邊xviii (38)與所述凸邊xvii (37)相對，而所述凸邊xix( 39)與所述凸邊xx(40)相對;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)的中心連線與水平線M-N相重合。2.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述進給平臺(3)被四只螺釘K4)緊固在所述的輔助平臺(2)上。3.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述壓電陶瓷驅動器i(10)和壓電陶瓷驅動器ii(6)分別被設在平臺基體(I)下側與右側的螺釘ii(12)和螺釘iii(8)緊固。4.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述壓電陶瓷驅動器i(10)和壓電陶瓷驅動器ii(6)為球頭式自感知壓電陶瓷驅動器。5.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述凸邊均為圓弧形。6.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述凸邊均為方形。7.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述凸邊均為梯形。8.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給平臺，其特征在于:所述凸邊均為橢圓形。
【文檔編號】B23Q1/34GK105904232SQ201610261585
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】李東明, 葉紅盼, 羅姜, 田小靜
【申請人】大連交通大學