一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置，以解决当前角度调节装置主要采用手动调节方式，导致存在调节精度低、响应速度慢等问题。本实用新型由角度调节装置和压电超声促动器组成，所述角度调节装置由顶板、角度调节机构和固定安装座组成，所述压电超声促动器包括输出动子、固定架、弹性体振子、紧固螺钉、压电陶瓷激振片和固定后盖。施加超声频段激励信号于压电陶瓷激振片，激发弹性体振子产生两列驻波振动模态，利用振动模态叠加耦合产生行波，驱动输出动子实现旋转-直线运动输出，进而实现装置精密的角度调节。本实用新型具有调节精度高、响应速度快等技术优势，在微纳驱动与精密定位技术领域具有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置，属于微纳仪器装置技术领域。
【背景技术】
[0002]微位移技术是精密机械与精密光学的关键技术之一，近年来随着微电子技术、生物工程等学科的发展而迅速发展起来。其中，角度调节装置(又叫角位移台或转角平台)主要是用来在小角度范围内精确旋转物体的装置，它绕着空间中的一个固定点进行旋转。角度调节装置与线性调节装置相类似，但它不是提供线性移动，而是绕着平台安装面上方的一个固定点进行旋转，进而实现对物体在一定角度范围内的调节。具有结构紧凑、稳定性好等特点，被广泛应用于微纳驱动与精密定位技术领域。
[0003]中国发明专利《简易式可拆卸多精度微角度转动平台》，申请公布号为CN103969781A，申请公布日为2014年08月06日，公开的简易式可拆卸多精度微角度转动平台，由固定圈、参考平台、扇形结构、刻度盘、角度指针、转动把手等组成，固定圈和参考平台可拆卸，通过锯齿的吻合形成稳固的圆柱体，固定圈通过微调螺丝将被夹持物固定且与固定圈和参考平台同轴，参考平台与固定圈之间通过矩形锯齿相连，可在水平面内任意方向和任意角度转动，扇形结构上带有刻度与参考平台固定在一起，指针与固定圈固定在一起，指针的顶端是转动把手，通过转动把手可以实现微小角度的转动夹持物；中国实用新型专利《一种角度微调节平台》，授权公告号为CN 204028430U，授权公告日为2014年12月17日，公开的一种角度微调节平台，包括微调节平台块、前后拉紧螺钉、前后顶紧螺钉、上下拉紧螺钉及上下顶紧螺钉，所述微调节平台块一体制有立式前后刚体构件和横式上下刚体构件，立式前后刚体构件的一端与横式上下刚体构件的一端连接制在一起;微调节平台能够提供前后和上下两个方向的转动微变形。
[0004]上述实现方式的角度调节装置，其虽能实现一定范围内的角度调节，但由于其主要采用手动方式进行调节，导致其存在调节精度低、响应速度慢等问题，严重制约了角度调节装置在微纳驱动与精密定位技术领域的应用与发展。
【发明内容】
[0005]为解决当前角度调节装置由于主要采用手动方式实现调节，从而导致其存在调节精度低、响应速度慢等技术问题，本实用新型公开了一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:所述一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置由角度调节装置和压电超声促动器组成。所述角度调节装置由顶板、角度调节机构和固定安装座组成，所述顶板设置有通孔、螺纹孔、锁紧螺钉孔、凸圆弧接触面和导向槽，所述通孔与螺纹孔用于安装布置其他部件，所述锁紧螺钉孔用于实现装置的锁紧，所述凸圆弧接触面与凹圆弧接触面配合连接，所述导向槽用于装置的导向。所述角度调节机构设置有凹圆弧接触面、促动器固定安装孔和燕尾槽圆弧形导轨，所述促动器固定安装孔用于压电超声促动器的过盈配合紧固安装，所述燕尾槽圆弧形导轨与导向槽配合连接。所述固定安装座设置有长圆槽安装孔，其用于实现装置的固定安装，所述固定安装座与角度调节机构之间通过螺栓固定连接。所述压电超声促动器包括输出动子、固定架、弹性体振子、紧固螺钉、压电陶瓷激振片和固定后盖;所述输出动子为设置有外螺纹的圆轴结构，其与弹性体振子的内螺纹旋合连接，所述输出动子一侧端部设置有解耦球头机构;所述固定架一侧端部设置有光孔，用于实现输出动子的运动输出，所述固定架一侧端部设置有光滑外表面，用于促动器固定安装孔过盈配合连接实现压电超声促动器的固定安装，所述固定架的外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有紧固螺钉的安装孔，所述固定架另一侧端部设置有内连接螺纹，其用于与固定后盖的外连接螺纹旋合连接。所述弹性体振子两侧端部设置有内螺纹，所述弹性体振子沿圆周方向设置有4η个外连接平面，用于实现压电陶瓷激振片的胶粘连接，其中η为大于等于I的整数，所述弹性体振子的外连接平面沿圆周方向设置有紧固锥孔，其用于通过紧固螺钉实现弹性体振子的固定安装。所述压电陶瓷激振片为4η片矩形压电陶瓷片，均采用d31激振模式，且沿厚度方向极化，所述固定后盖一侧端部设置有导线通孔，其用于压电陶瓷激振片通电导线的引出，所述固定后盖另一侧端部设置有外连接螺纹。
[0007]本实用新型的有益效果:本实用新型一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置，通过施加超声频段内(一般大于20 kHz)的交流激励电信号于压电陶瓷激振片，激发弹性体振子产生两列驻波振动模态，利用振动模态的叠加耦合产生行波，驱动压电超声促动器的输出动子实现旋转-直线运动输出，进而可实现本实用新型一定范围内精密的角度调节。本实用新型解决了当前角度调节装置由于主要采用手动方式实现调节而存在的技术问题，具有调节精度高、响应速度快等优势，在微纳驱动与精密定位技术领域具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0008]图1所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的结构示意图；
[0009]图2所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的角度调节装置的结构示意图；
[0010]图3所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的结构示意图；
[0011]图4所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的爆炸视图；
[0012]图5所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的输出动子的结构示意图；
[0013]图6所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的固定架的结构示意图；
[0014]图7所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的固定外架的侧视图；
[0015]图8所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的弹性体振子的结构示意图；
[0016]图9所示为本实用新型提出的一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的压电超声促动器的固定后盖的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:结合图1?图9说明本实施方式。本实施方式提供了一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的具体实施方案。所述一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置由角度调节装置I和压电超声促动器2组成。
[0018]所述角度调节装置I由顶板1-1、角度调节机构1-2和固定安装座1-3组成，所述顶板1-1设置有通孔1-1-1、螺纹孔1-1-2、锁紧螺钉孔1-1-3、凸圆弧接触面1-1-4和导向槽1-
1-5，所述通孔1-1-1与螺纹孔1-1-2用于安装布置其他部件，所述锁紧螺钉孔1-1-3用于实现装置的锁紧，所述凸圆弧接触面1-1-4与凹圆弧接触面1-2-1配合连接，所述导向槽1-1-5用于装置的导向。所述角度调节机构1-2设置有凹圆弧接触面1-2-1、促动器固定安装孔1-
2-2和燕尾槽圆弧形导轨1-2-3，所述促动器固定安装孔1-2-2用于压电超声促动器2的过盈配合紧固安装，所述燕尾槽圆弧形导轨1-2-3与导向槽1-1-5配合连接。所述固定安装座1-3设置有长圆槽安装孔1-3-1，其用于实现装置的固定安装，所述固定安装座1-3与角度调节机构1-2之间通过螺栓固定连接。
[0019]所述压电超声促动器2包括输出动子2-1、固定架2-2、弹性体振子2-3、紧固螺钉2-
4、压电陶瓷激振片2-5和固定后盖2-6;所述输出动子2-1为设置有外螺纹2-1-1的圆轴结构，其与弹性体振子2-3的内螺纹2-3-1旋合连接，所述输出动子2-1—侧端部设置有解耦球头机构2-1-2;所述固定架2-2—侧端部设置有光孔2-2-1，用于实现输出动子2-1的运动输出，所述固定架2-2—侧端部设置有光滑外表面2-2-2，用于促动器固定安装孔1-2-2过盈配合连接实现压电超声促动器2的固定安装，所述固定架2-2的外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有紧固螺钉2-4的安装孔2-2-3，所述固定架2-2另一侧端部设置有内连接螺纹2-2-5，其用于与固定后盖2-6的外连接螺纹2-6-1旋合连接。所述弹性体振子2-3两侧端部设置有内螺纹2-3-1，所述弹性体振子2-3沿圆周方向设置有4η个外连接平面2-3-3，用于实现压电陶瓷激振片2-5的胶粘连接，其中η为大于等于I的整数，所述弹性体振子2-3的外连接平面2-3-3沿圆周方向设置有紧固锥孔2-3-2，其用于通过紧固螺钉2-4实现弹性体振子2-3的固定安装。所述压电陶瓷激振片2-5为4η片矩形压电陶瓷片，均采用d31激振模式，且沿厚度方向极化，所述固定后盖2-6—侧端部设置有导线通孔2-6-2，其用于压电陶瓷激振片2-5通电导线的引出，所述固定后盖2-6另一侧端部设置有外连接螺纹2-6-1。
[0020]【具体实施方式】二:本实施方式提供了一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的精密调节方法的具体实施方案。所述一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置的精密调节方法如下所示。
[0021]所述4n片压电陶瓷激振片2-5中相互间隔布置的2n片压电陶瓷激振片2-5构成激振组A，并通以某一超声频段内(一般大于20 kHz)的正弦波激励电信号，激发弹性体振子2-3产生某一驻波振动模态;所述4n片压电陶瓷激振片2-5中其余相互间隔布置的2n片压电陶瓷激振片2-5构成激振组B，并通以同一频率的余弦波激励电信号，激发弹性体振子2-3产生另一驻波振动模态；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为90度时，两列驻波振动模态叠加耦合形成正向运动行波，驱动压电超声促动器2中的输出动子2-1实现正向运动输出；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为270度时，两列驻波振动模态叠加耦合形成反向运动行波，驱动压电超声促动器2中的输出转子2-1实现反向运动输出；进而可实现本实用新型的精密调节。
【主权项】
1.一种带有压电超声促动器的精密角度调节装置，由角度调节装置(I)和压电超声促动器(2)组成;其特征在于:所述角度调节装置(I)由顶板(1-1)、角度调节机构(1-2)和固定安装座(1-3)组成，所述顶板(1-1)设置有通孔(1-1-1)、螺纹孔(1-1-2)、锁紧螺钉孔(1-1-3)、凸圆弧接触面(1-1-4)和导向槽(1-1-5)，所述通孔(1-1-1)与螺纹孔(1-1-2)用于安装布置其他部件，所述锁紧螺钉孔(1-1-3)用于实现装置的锁紧，所述凸圆弧接触面(1-1-4)与凹圆弧接触面(1-2-1)配合连接，所述导向槽(1-1-5)用于装置的导向；所述角度调节机构(1-2)设置有凹圆弧接触面(1-2-1)、促动器固定安装孔(1-2-2)和燕尾槽圆弧形导轨(1-2-3)，所述促动器固定安装孔(1-2-2)用于压电超声促动器(2)的过盈配合紧固安装，所述燕尾槽圆弧形导轨(1-2-3)与导向槽(1-1-5)配合连接;所述固定安装座(1-3)设置有长圆槽安装孔(1-3-1 )，其用于实现装置的固定安装，所述固定安装座(1-3)与角度调节机构(1-2)之间通过螺栓固定连接;所述压电超声促动器(2)包括输出动子(2-1)、固定架(2-2)、弹性体振子(2-3)、紧固螺钉(2-4)、压电陶瓷激振片(2-5)和固定后盖(2-6);所述输出动子(2-1)为设置有外螺纹(2-1-1)的圆轴结构，其与弹性体振子(2-3)的内螺纹(2-3-1)旋合连接，所述输出动子(2-1)—侧端部设置有解耦球头机构(2-1-2);所述固定架(2-2)—侧端部设置有光孔(2-2-1)，用于实现输出动子(2-1)的运动输出，所述固定架(2-2)—侧端部设置有光滑外表面(2-2-2)，用于促动器固定安装孔(1-2-2)过盈配合连接实现压电超声促动器(2)的固定安装，所述固定架(2-2)的外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有紧固螺钉(2-4)的安装孔(2-2-3)，所述固定架(2-2)另一侧端部设置有内连接螺纹(2-2-5)，其用于与固定后盖(2-6)的外连接螺纹(2-6-1)旋合连接;所述弹性体振子(2-3)两侧端部设置有内螺纹(2-3-1)，所述弹性体振子(2-3)沿圆周方向设置有4η个外连接平面(2-3-3)，用于实现压电陶瓷激振片(2-5)的胶粘连接，其中η为大于等于I的整数，所述弹性体振子(2-3)的外连接平面(2-3-3)沿圆周方向设置有紧固锥孔(2-3-2)，其用于通过紧固螺钉(2-4)实现弹性体振子(2-3)的固定安装;所述压电陶瓷激振片(2-5)为4η片矩形压电陶瓷片，均采用d31激振模式，且沿厚度方向极化，所述固定后盖(2-6)—侧端部设置有导线通孔(2-6-2)，其用于压电陶瓷激振片(2-5)通电导线的引出，所述固定后盖(2-6)另一侧端部设置有外连接螺纹(2-6-1)。
【文档编号】G02B7/00GK205450402SQ201620214108
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】李静, 程廷海, 张邦成, 柳虹亮
【申请人】长春工业大学