专利名称：一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明属于几何量计量技术，涉及对精密运动执行结构的改进。
背景技术：
在几何量计量技术领域的平面干涉仪测量过程中，经常需要对口径达200 300 毫米甚至更大的大口径平晶进行纳米级的微小平动操作与定位，以实现对大口径平晶平面度的可溯源测量。比较常用的精密定位方式包括精密导轨+电机闭环控制方式，该方式能实现大范围精密定位，但定位精度只能达到微米级，而且闭环调整过程导致定位不稳，会发生跳动。另一种方式是采用压电陶瓷驱动，该驱动方式定位精度高，可以达到业纳米级，响应速度快，缺点是有一套复杂的控制系统，成本很高；另一个缺点是很难实现大平面的平动，需要多个压电陶瓷驱动器协调工作才能实现大截面积被测样品的小范围平动，不但增加了成本，还导致控制系统过于复杂、由于器件间的分散性导致实际运行效果不佳等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决大口径平晶平面度的可溯源测量中的大平面、微米极运动范围、纳米级运动分辨力的平动问题，而提出的一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置。本发明的目的是通过下述技术方案实现的—种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，包括位移发生膜片、液压壳体、液压油、导管、波纹管、丝杠、滑块、电机及运动控制器；其连接关系为位移发生膜片安装在壳体上，液压壳体与导管相连，导管与波纹管相连，以上各部分组成了一个封闭的空间，内部充满了液压油；滑块与波纹管的末端相连，滑块同时是丝杠的螺母，丝杠的旋转将实现滑块的平动，电机连接在丝杠的端部，运动控制器连接电机。其中位移发生膜片优选为硬铝或者不锈钢弹性材料，波纹管可以用活塞液压缸或其他形式的液压缸代替。其上述部分组成工作过程如下正向位移在运动控制器接收到正向位移指令时，控制电机旋转，丝杠带动滑块平动，挤压波纹管的滑动端，导致波纹管体积减小，由于液压油体积不可压缩，则液压油推动位移发生膜片，使其周围的薄膜部分发生变形，位移发生膜片的中心向上拱起，发生正向位移，如图2所示。负向位移在运动控制器接收到负向位移指令时，控制电机旋转，丝杠带动滑块平动，拉动波纹管的滑动端，导致波纹管体积增加，由于液压油体积不可压缩，则液压油推动位移发生膜片，使其周围的薄膜部分发生变形，位移发生膜片的中心向下凹，发生负向位移，如图3所示。
有益效果利用液压原理，将大范围、低精度的运动结构转化为小范围、高精度的运动结构； 将液压油完全封闭在一个密闭空间中，即防止了液压油的损失，也可以防止由于液体泄漏造成的运动系统误动作，同时避免了对周围环境的影响；运动部件利用弹性变形产生位移， 避免了滑动部件的空程、间隙问题，运动重复性好；系统的运动精度主要取决于位移输出膜片与波纹管的截面积比，可以根据实际需要灵活调节；特别适用于需要大面积微小平动的高精度控制场合。
图1是基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置结构示意图。图2驱动装置正向位移过程示意图。图3驱动装置负向位移过程示意图。其中1-位移发生膜片、2-壳体、3-液压油、4-导管、5-波纹管、6-丝杠、7-滑块、 8-电机、9-运动控制器。
具体实施例方式下面结合附图技实施例对本发明做进一步详细说明。实施例一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，包括位移发生膜片1、壳体 2、液压油3、导管4、波纹管5、丝杠6、滑块7、电机8及运动控制器9。其连接关系为位移发生膜片1安装在壳体2上，壳体2与导管4相连，导管4与波纹管5相连， 以上各部分组成了一个封闭的空间，内部充满了液压油3。滑块7与波纹管5的末端相连， 滑块7同时是丝杠6的螺母，丝杠6的旋转将实现滑块7的平动，电机8连接在丝杠6的端部。所述位移发生膜片1用于实现驱动装置微小位移的输出，位移发生膜片1的横截面积与波纹管5的横截面积为100 1以上，能够保证位移发生膜片1的位移比波纹管5的位移缩小了 100倍以上，从而将由电机8、丝杠6、滑块7构成的毫米级运动行程、微米级运动分辨率的大范围、低精度运动系统转化为微米级运动行程、纳米级运动分辨率的小范围、 高精度运动系统。系统的运动行程范围和运动分辨率主要取决于位移输出膜片1与波纹管 5的截面积比，增加截面积比将提高系统运动分辨力、减小运动行程，但其损失的运动行程形成可以通过增加波纹管5的行程来补偿。位移发生膜片1是一个中间厚、周围薄的硬心膜片结构，中间的硬心厚度大于等于周围薄膜厚度的20倍，这样当位移发生膜片1在液压油 3的压力下产生弹性变形时，由于中间的厚度远大于周围薄膜的厚度，弹性变形主要发生在位移发生膜片1的周围，硬心只是发生微小的平动。利用位移发生膜片1的周边的弹性变形产生位移的好处是运动重复性好，能够克服空程、间隙等滑动运动过程不可避免的缺陷， 从而达到运动系统高运动分辨率，高复现性的目的。由位移发生膜片1、壳体2、导管4、波纹管5组成了一个封闭的空间，内部充满了液压油3。由于液压油3的不可压缩性，波纹管5变形时对液压油3的压缩将通过导管4输送到位移发生膜片1上。采用完全封闭的结构可以防止整个系统由于液体渗漏造成位移发生膜片1的意外运动，也可以防止系统对外界环境的污染，同时可以实现系统的免维护。所述波纹管5采用完全焊接密闭，即实现了油路密闭，同时还能进行大范围运动。运动控制器9根据控制指令实现对电机8的控制。其上述部分组成工作过程如下正向位移在运动控制器9接收到正向位移指令时，控制，电机8旋转，丝杠6带动滑块7平动，挤压波纹管5的滑动端，导致波纹管5体积减小，由于液压油3体积不可压缩， 则液压油3推动位移发生膜片1，使其周围的薄膜部分发生变形，位移发生膜片1的中心向上拱起，发生正向位移，如图2所示。负向位移在运动控制器9接收到负向位移指令时，电机8旋转，丝杠6带动滑块 7平动，拉动波纹管5的滑动端，导致波纹管体积增加，由于液压油3体积恒定，则液压油3 拉动位移发生膜片1，使其周围的薄膜部分发生变形，位移发生膜片1的中心向下凹，发生负向位移，如图3所示。
具体实施例本发明的一个实施例中，位移驱动装置的结构如下波纹管采用直径IOmm的波纹管，位移发生膜片截面直径200mm，位移发生膜片与波纹管的面积比达400 1，位移发生膜片采用硬铝或者不锈钢弹性材料，中心厚度10mm，周围薄膜厚度0. 2毫米，硬心与薄膜厚度比达50 1，电机采用每周200步的步进电机，进行8倍细分，丝杠螺距mm，实现了 0.5mm 行程上1.5nm的运动分辨力。正向位移在运动控制器9接收到正向运动指令后，控制电机8旋转，则丝杠6带动滑块7平动，挤压液纹管5的滑动端，导致波纹管5体积减小，其中，波纹管5可以用活塞液压缸或其他形式的液压缸代替。由于液压油3体积不可压缩，则液压油3推动位移发生膜片1，使其周围的较薄部分发生变形，位移发生膜片1的中心向上拱起，发生正向位移，如图2所示。负向位移在运动控制器9接收到负向运动指令后，控制电机8旋转，丝杠6带动滑块7运动，拉动波纹管5的滑动端，导致波纹管体积增加，由于液压油3体积恒定，则液压油3拉动位移发生膜片1，使其周围的较薄部分发生变形，位移发生膜片1的中心向下凹，发生负向位移，如图3所示。
权利要求
1.一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，其特征在于，包括位移发生膜片(1)、壳体(2)、液压油(3)、导管(4)、波纹管(5)、丝杠(6)、滑块(7)、电机(8)及运动控制器(9)，其连接关系为位移发生膜片⑴安装在先体⑵上，壳体⑵与导管⑷相连，导管⑷与波纹管 (5)相连，以上各部分组成了一个封闭的空间，内部充满液压油(3)；滑块(7)与波纹管(5) 的末端相连，滑块(7)同时是丝杠(6)的螺母，丝杠(6)的旋转实现滑块(7)的平动，电机 (8)连接在丝杠(6)的端部丝杠(6)由电机⑶带动，运动控制器(9)连按电机⑶，电机 (8)由运动控制器(9)控制。
2.如权利要求1所述的一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，其特征在于，位移发生膜片(1)是一个中间厚、周围薄的硬心膜片结构，中间的硬心厚度大于等于周围薄膜厚度的20倍，周围薄模形边沿厚度均勻。
3.如权利要求1所述的一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，其特征在于，所述的位移发生膜片(1)为硬铝或者不锈钢弹性材料。
4.如权利要求1所述的一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，其特征在于，位移发生膜片(1)的横截面积大于波纹管(5)的横截面积。
5.如权利要求1所述的一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，其特征在于，波纹管( 可以用活塞液压缸或其他形式的液压缸代替。
全文摘要
一种基于液压原理的大平面微小位移平动驱动装置，本发明属于几何量计量技术，涉及对精密运动执行结构的改进。该装置包括位移发生膜片、壳体、液压油、导管、波纹管、丝杠、滑块、电机及相应的运动控制器。位移发生膜片安装在壳体上，壳体与导管相连，导管与波纹管相连，以上各部分组成了一个封闭的空间，内部充满了液压油；滑块与波纹管的末端相连，滑块同时是丝杠的螺母，丝杠的旋转将实现滑块的平动，电机连接在丝杠的端部，运动控制器用于控制电机的运动。
文档编号G01B13/22GK102538722SQ20111044587
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者兰一兵, 张丽娟, 朱振宇, 李华丰, 李强, 王霁 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所