，下面的柔性铰链的下边与中层嵌套移动框架2连接。中层嵌套移动框架2与内层嵌套移动框架3的连接方式相同。
[0027]所述的X轴预紧装置7和Y轴预紧装置6的结构相同，均由导杆63、预紧块61和碟片弹簧62组成，预紧块61为圆柱体，在其轴心设有滑孔，导杆63的一端滑动插入预紧块61的滑孔内，导杆63的另一端设有螺纹，在该导杆63的螺纹端与预紧块61之间套装碟片弹簧62 ;所述的X轴预紧装置7的预紧块61通过外螺纹64连接在外层嵌套移动框架I上；导杆63的螺纹端连接在中层嵌套移动框架2的对应边的外侧；所述的Y轴预紧装置6的预紧块61通过外螺纹64连接在中层嵌套移动框架2的纵向边上，导杆63的螺纹端连接在内层嵌套移动框架3的对应边的外侧；所述的X轴预紧装置7和Y轴预紧装置6的两端的连接对象可以互换。
[0028]所述的PZT固定套筒装置包括圆头推力螺钉51、高硬度顶块52、PZT驱动器53、套筒54、导向块55、套筒盖56、调节螺钉57和锁紧螺母58，PZT驱动器53设在套筒54内，在PZT驱动器53的前端设有高硬度顶块52，在该高硬度顶块52的前端设有圆头推力螺钉51，在PZT驱动器53的后端设有导向块55，在套筒54的后端设有套筒盖56，在套筒盖56的中心设有螺孔并安装调节螺钉57，调节螺钉57穿入套筒盖56的内侧并与导向块55后端中心的凹槽相抵，调节螺钉57的后端安装锁紧螺母58。
[0029]所述的X轴PZT套筒装置4设有一套，设在所述的外层固定框架I的横向边的中部；所述的Y轴PZT套筒装置5设有两套，以中点对称地设在所述的外层固定框架I的纵向边上。
[0030]所述的X轴预紧装置7与X轴PZT套筒装置4同轴向设置；所述的Y轴预紧装置6与所述的Y轴PZT套筒装置5同轴向设置。
[0031]本实用新型的外层固定框架I和中层嵌套移动框架2具有相同的高度，内层嵌套移动框架3比外层固定框架I和中层嵌套移动框架2高出1mm。各个框架之间的铰链的形状和技术要求都相同，这样在纳米位移台运动过程可以避免因机械结构不同造成的误差，同时降低加工难度。预紧装置和PZT套筒装置联合控制X轴向的行程；Y轴的两个PZT套筒装置通过螺丝固定在中层嵌套移动框架2上。在Y轴的方向设置两个PZT套筒装置和预紧装置，可联合控制Y轴向的行程和方便修正Y轴运动过程中的角摆。
[0032]本实用新型的预紧装置6和7通过转动预紧块61上外螺纹64的行程可以挤压碟片弹簧62以达到相应嵌套移动框架位移行程的作用。同时通过调节X轴PZT套筒装置4和Y轴PZT套筒装置5的调节螺钉57挤压导向块55，使得PZT驱动器53挤压圆头推力螺钉51，同样可以调节位移台相应嵌套移动框架位移行程的作用。预紧装置不仅可以和PZT套筒装置配合调节位移台不同嵌套移动框架的位移行程，还可以保护叠加的柔性铰链结构，避免铰链形变过大导致的不可恢复性的损伤。
[0033]由于压电陶瓷驱动器是一个娇贵的小体积元件，在使用和操作过程中要格外保护。针对所选型号的PZT驱动器比较脆弱，不能承受剪切力和弯矩的特点，设计了 PZT套筒装置如上图6和图7所示，X轴和Y轴PZT套筒装置4和5的前端分别安装在外层固定框架I和中层嵌套移动框架2上，套筒装置将PZT包在里面，首要的作用是杜绝外在机械力的影响，导向块55后端是圆锥形凹槽，有一定的导向作用，保证让调节螺钉57作用在PZT的中间的同时，配合圆头推力螺钉52，能减小剪切力和弯矩对PZT的影响。此外，考虑到纳米移动平台8是铝合金材料，硬度较小，为减小对位移性能的影响，故设计高硬度合金钢顶块52，通过高硬度顶块52使PZT推力作用到位移台上。同时调节螺钉57可以和预紧装置配合调节移动平台8的行程。X轴PZT套筒装置4内的X轴的压电陶瓷驱动器提供X向推动力，并且X轴作为测量主方向；Υ轴的压电陶瓷驱动器提供Y向推动力，Y向位移起多次测量和修正偏摆的作用。在测量方向上采用一根压电陶瓷驱动器可以避免两根压电陶瓷驱动器伸长不一致产生的角摆现象；而测量方向垂直方向上采用两根压电陶瓷驱动器能够形成XY平面内的摆动补偿。
【主权项】
1.一种柔性铰链导向的二维纳米位移台，包括外层固定框架、中层嵌套移动框架、内层嵌套移动框架、移动平台和柔性铰链，中层嵌套移动框架安装在外层固定框架内，内层嵌套移动框架设在中层嵌套移动框架内，在内层嵌套移动框架内固定移动平台；在外层固定框架与中层嵌套移动框架之间、以及中层嵌套移动框架与内层嵌套移动框架之间都是通过在其运动方向上对称分布的四个叠加的柔性铰链连接；在所述的外层固定框架的横向边上装有用于驱动中层嵌套移动框架沿X轴移动的X轴压电陶瓷驱动器；在所述的中层嵌套移动框架的纵向边上装有用于驱动内层嵌套移动框架沿Y轴移动的Y轴压电陶瓷驱动器，其特征在于，在所述的外层固定框架I与中层嵌套移动框架的至少一个横向边的中部之间装有一个X轴预紧装置，在所述的中层嵌套移动框架与内层嵌套移动框架的至少一个纵向边之间装有两个Y轴预紧装置；所述的X轴压电陶瓷驱动器和Y轴压电陶瓷驱动器分别安装在一固定套筒内，分别组成X轴PZT套筒装置和Y轴PZT套筒装置。2.根据权利要求1所述的柔性铰链导向的二维纳米位移台，其特征在于，所述的X轴预紧装置和Y轴预紧装置的结构相同，均由导杆、预紧块和碟片弹簧组成，预紧块为圆柱体，在其轴心设有滑孔，导杆的一端滑动插入预紧块的滑孔内，导杆的另一端设有螺纹，在该导杆的螺纹端与预紧块之间套装碟片弹簧；所述的X轴预紧装置的预紧块通过外螺纹连接在外层嵌套移动框架上；导杆的螺纹端连接在中层嵌套移动框架的对应边的外侧；所述的Y轴预紧装置的预紧块通过外螺纹连接在中层嵌套移动框架的纵向边上，导杆的螺纹端连接在内层嵌套移动框架的对应边的外侧；所述的X轴预紧装置和Y轴预紧装置的两端的连接对象能互换。3.根据权利要求1所述的柔性铰链导向的二维纳米位移台，其特征在于，所述的PZT固定套筒装置包括圆头推力螺钉、高硬度顶块、PZT驱动器、套筒、导向块、套筒盖、调节螺钉和锁紧螺母，PZT驱动器设在套筒内，在PZT驱动器的前端设有高硬度顶块，在该高硬度顶块的前端设有圆头推力螺钉，在PZT驱动器的后端设有导向块，在套筒的后端设有套筒盖，在套筒盖的中心设有螺孔并安装调节螺钉，调节螺钉穿入套筒盖的内侧并与导向块后端中心的凹槽相抵，调节螺钉的后端安装锁紧螺母。4.根据权利要求1所述的柔性铰链导向的二维纳米位移台，其特征在于，所述的X轴PZT套筒装置设有一套，设在所述的外层固定框架的横向边的中部；所述的Y轴PZT套筒装置设有两套，以中点对称地设在所述的外层固定框架的纵向边上。5.根据权利要求4所述的柔性铰链导向的二维纳米位移台，其特征在于，所述的X轴预紧装置与X轴PZT套筒装置同轴向设置；所述的Y轴预紧装置与所述的Y轴PZT套筒装置同轴向设置。6.根据权利要求4所述的柔性铰链导向的二维纳米位移台，其特征在于，所述的叠加的柔性铰链采用两个相同的直圆型柔性铰链重叠连接。
【专利摘要】一种柔性铰链导向的二维纳米位移台，包括外层固定框架、中层嵌套移动框架、内层嵌套移动框架、移动平台和柔性铰链，其特征在于，在所述的外层固定框架与中层嵌套移动框架的至少一个横向边的中部之间装有一个X轴预紧装置，在所述的中层嵌套移动框架与内层嵌套移动框架的至少一个纵向边之间装有两个Y轴预紧装置；所述的轴压电陶瓷驱动器和轴压电陶瓷驱动器分别安装在一固定套筒内，分别组成X轴PZT套筒装置和Y轴PZT套筒装置。本实用新型具有压电陶瓷驱动器和预紧结构双重调节机制来调节位移台的行程以及耦合位移的优点。
【IPC分类】G12B5/00, G12B9/10
【公开号】CN205211424
【申请号】CN201520719876
【发明人】高思田, 李琪, 施玉书, 李伟, 李适, 王鹤群, 赵贤云
【申请人】中国计量科学研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年9月17日