压电驱动二维微进给平台的制作方法
【专利摘要】一种压电陶瓷驱动微进给平台，包括平台基体中部的辅助平台及进给平台。进给平台被紧固在辅助平台中部。平台基体的下部和辅助平台的右侧中部各自设有U形通孔i和T形通孔。压电陶瓷驱动器i和压电陶瓷驱动器ii分别置于U形通孔i和T形通孔内并在平台基体1下侧与右侧分别被螺钉ii?12和螺钉iii?8紧固。辅助平台设有对称平行布置的柔性铰链i。进给平台设有对称平行布置的柔性铰链ii。其特征在于：压电陶瓷驱动器i的前端顶紧对称式位移增大机构的下端。本发明压电驱动二维微进给平台，通过一种简单的对称式位移增大结构的应用，能够增大输出位移，使位移平台在Y轴方向上具较大的输出位移，结构简单，制造成本低廉，适合在精密操作领域推广，还可用于微细加工以及测量等其他用途。
【专利说明】
压电驱动二维微进给平台
[0001]技术领域本发明专利涉及微位移技术领域。
[0002]【背景技术】高精度和高分辨率的精密微位移系统在近代尖端工业生产和科学研究领域内占有极其重要的地位。它是直接影响微细加工水平、精密测量水平及超大规模集成电路生产水平的关键环节。同时它的各项技术指标是各国高技术发展水平的重要标志。
[0003]在微机电领域，超大规模集成电路的制造及检测、微机电系统及纳米测试计量装置等均依赖于具有纳米定位分辨力的精密微位移系统。在生物、医学工程领域，需要对细胞进行搬动、分离、组合，对DNA分子进行拉伸并固定到隔膜上，对蛋白质分子进行操作和生成薄膜结构。此外，脑外科手术等也都需要能做高精度、高分辨率的快速运动微位移系统。随着科学技术的发展，更多的其他领域也越来越迫切需要精密的微动系统，例如光纤对接、微细加工、微型机器人装配、扫描隧道显徽镜等。
[0004]现有技术中的微进给平台，多为直接驱动式微进给平台，它采用压电陶瓷驱动器作为激励源，直接驱动微进给平台进行微进给，从而带动固定在平台上的机器实现往复进给运动。但是压电陶瓷驱动器的压电系数非常小，单个压电陶瓷片的输出量只有0.3um，即使采用位移叠加其输出量也不过几十微米，很难满足一些需要大位移的微进给平台的要求。微位移增大机构解决了压电陶瓷驱动器位移过小的局限性，使压电陶瓷驱动器可以应用于对运动行程要求较大的场合。
[0005]
【发明内容】
为克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提出以下技术方案:一种压电陶瓷驱动微进给平台，包括平台基体中部的辅助平台及该辅助平台中部的进给平台。进给平台被紧固在辅助平台中部。本案例中进给平台被四只螺钉i紧固在辅助平台中部。平台基体的下部和辅助平台的右侧中部各自设有U形通孔i和T形通孔。压电陶瓷驱动器i和压电陶瓷驱动器ii分别置于U形通孔i和T形通孔内并在平台基体I下侧与右侧分别被螺钉i1-12和螺钉ii1-8紧固。本案例中压电陶瓷驱动器i和压电陶瓷驱动器ii均为为球头式自感知压电陶瓷驱动器。平台基体四角设有安装孔。辅助平台上部的一字形通孔两端各设有对称的凸边i及凸边ii。辅助平台下部对称设有二个F形通孔。F形通孔长边头端设有凸边iii及凸边iv，另一端分别设有凸边XV、凸边xvi与凸边XX。辅助平台左右两侧均设有U形通孔ii，该U形通孔ii两头端分别设有凸边V、凸边vi与凸边vi1、凸边viii。以上所述的一字形通孔、二个F形通孔与二个U形通孔ii构成对称平行布置的柔性铰链i。进给平台上下部分各设有一对称的U形通孔iii，其短边上的凸边ix及凸边X与进给平台左右两侧各自设有对称的一字形通孔上的凸边xi及凸边xii形成对称平行布置的柔性铰链ii。其特征在于:压电陶瓷驱动器i的前端顶紧对称式位移增大机构的下端，该机构的结构为:两个对称设置的F形通孔两短边之间设有山字形通孔，该山字形通孔的竖向设有两处对称的凸边xiii与凸边xiv分别与凸边XV与凸边XVi相背。山字形通孔的下部长孔两端向上翘起形成凸边XVii13U形通孔i的两竖的上端各设有方向相反而对称的凸边xviii与凸边xix。凸边xviii与凸边xvii相对，而凸边xix与所述凸边XX相对。凸边xiv、凸边xv1、凸边xvi1、凸边xvii1、凸边xix、凸边XX的中心连线与水平线M-N相重合。本案例中所有凸边均为圆弧形，也可以根据需要将其设计成方形、梯形、椭圆形等形式。
[0006]采用上述技术方案的本发明压电驱动二维微进给平台，通过一种简单的对称式位移增大结构的应用，能够增大输出位移，使位移平台在Y轴方向上具较大的输出位移，结构简单，制造成本低廉，适合在精密操作领域推广。还可用于超精密加工以及测量等其他用途。
【附图说明】
[0007]图1为本发明一种压电陶瓷驱动微进给刀架的立体图；
[0008]图2为本发明一种压电陶瓷微进给刀架机构的部分分解立体图；
[0009]图3为本发明一种压电陶瓷微进给刀架机构的主视图；
[0010]图4为图3的A_A#lj面视图；
[0011]图5为图3的俯视图；
[0012]图6的图3的全剖面视图；
[0013]图7为图6的B-B剖面视图；
[0014]图8为图3的左视图；
[0015]图9为图3中的I部放大视图。
[0016]【具体实施方式】从附图可以看出本发明采用的结构是球头式自感知压电陶瓷驱动器提供输出位移，通过对称式位移增大机构传递位移的方式而在一个方向上实现较大的微进给。压电陶瓷驱动器可以提供不同要求的位移输出。这种压电陶瓷驱动微进给平台，包括平台基体I中部的辅助平台2及该辅助平台2中部的进给平台3。进给平台3被紧固在辅助平台2中部。本案例中，进给平台被四只螺钉i紧固在辅助平台中部。平台基体I的下部和所述辅助平台2的右侧中部各自设有U形通孔1-ΙΙ和T形通孔7。压电陶瓷驱动器1-ΙΟ和压电陶瓷驱动器i1-6分别置于所述U形通孔1-ΙΙ和T形通孔7内，并在平台基体I下侧与右侧分别螺钉i1-12和螺钉ii1-8紧固。本案例中压电陶瓷驱动器i和压电陶瓷驱动器ii均为为球头式自感知压电陶瓷驱动器。驱动器类型可根据需要改变。平台基体I四角设有安装孔13。所述辅助平台2上部的一字形通孔20两端各设有对称的凸边1-21及凸边i1-22。辅助平台2下部对称设有二个F形通孔15 A形通孔15长边头端设有凸边ii1-31及凸边iv-32，另一端分别设有凸边xv-33、凸边xv1-36与凸边χχ-40。辅助平台2左右两侧均设有U形通孔i1-17，该U形通孔i1-17两头端分别设有凸边v-23、凸边v1-24与凸边vi1-29、凸边vii1-30。以上所述的一字形通孔20、二个F形通孔15与二个U形通孔i1-17构成对称平行布置的柔性铰链1-5。进给平台3上下部分各设有一对称的U形通孔ii1-19，其短边上的凸边ix-26及凸边x-28与所述进给平台3左右两侧各自设有对称的一字形通孔18上的凸边x1-25及凸边xi1-27形成对称平行布置的柔性铰链i1-9。其特征在于:压电陶瓷驱动器1-ΙΟ的前端顶紧对称式位移增大机构的下端，该机构的结构为:两个对称设置的F形通孔15两短边之间设有山字形通孔16，该山字形通孔16的竖向设有两处对称的凸边xii1-34与凸边xiv-35分别与所述凸边xv-33与凸边xv1-36相背。山字形通孔16的下部长孔两端向上翘起形成凸边xvi1-37。!]形通孔1-11的两竖14的上端各设有方向相反而对称的凸边xvii1-38与凸边xix-39。凸边xvii1-38与凸边叉￥:[;[-37相对，而凸边1丨1-39与凸边11-40相对。凸边1；[￥-35、凸边1￥；[-36、凸边1￥；[;[-37、凸边xvii1-38、凸边xix-39、凸边χχ-40的中心连线与水平线M-N相重合。这种方法可以有效降低运动过程中能量的损失。成对布置的而方向相反的凸边xv-33与凸边xii1-34与凸边Xi V-35、凸边XV1-36的目的是减机构的结构反力，同样有效降低运动过程中能量损失。U形通孔i_ll、F形通孔15、山字形通孔16的形状和尺寸可根据需要适当更改。
[0017]本案例中位移增大机构为对称式位移增大机构，其对称轴与直线F-H重合(参见图9)，以使输入位移可以通过两边的运动链同时进行传递，这使得该机构不仅具有较高的刚度而且在理论上可以完全消除附加位移，以保证输出位移的精确性。图6中的I部表示对称式位移增大机构在平台基体I上的位置，而图9是这个部份的放大图。辅助平台2通过对称式平行柔性铰链1-5与平台基体I相连，可以使辅助平台2受到对称式位移增大机构传递位移时，增大输入位移以实现较大的直线位移，从而带动微进给平台3在Y轴方向实现大的微进给运动。在X轴方向，压电陶瓷驱动器直接驱动微进给平台实现微进给。在Y轴方向，对称式位移增大机构与压电陶瓷驱动器1-ΙΟ相连接，接收压电陶瓷驱动器的输出位移，通过增大压电陶瓷驱动器的输出位移，使压电陶瓷驱动微进给平台可以应用与对运动行程要求较大的场合。
[0018]综上所述，本发明的二维压电陶瓷驱动微进给平台，利用了压电陶瓷驱动器的逆压电效应。在X轴方向，球头式自感知压电陶瓷驱动器直接与微进给平台相连接，从而驱动微进给平台实现微进给;在Y轴方向，球头式自感知压电陶瓷驱动器通过对称式位移增大机构与辅助平台相连接，准确带动微进给平台进行较大的微进给，进而实现精确操作。
【主权项】
1.一种压电陶瓷驱动微进给平台，包括平台基体(I)中部的辅助平台(2)及该辅助平台(2)中部的进给平台(3)，所述进给平台(3)被紧固在辅助平台(2)中部，所述平台基体(I)的下部和所述辅助平台(2)的右侧中部各自设有U形通孔i(ll)和T形通孔(7);压电陶瓷驱动器i(10)和压电陶瓷驱动器ii(6)分别置于所述U形通孔i(ll)和T形通孔(7)内并在平台基体(I)下侧与右侧分别被紧固；所述平台基体(I)四角设有安装孔(13);所述辅助平台(2)上部的一字形通孔(20)两端各设有对称的凸边i((21)及凸边ii(22);所述辅助平台(2)下部对称设有二个F形通孔(15)，所述F形通孔(15)长边头端设有凸边iii(31)及凸边iv(32)，另一端分别设有凸边xv(33)、凸边xvi(36)与凸边xx(40);所述辅助平台(2)左右两侧均设有U形通孔ii(17)，该U形通孔ii(17)两头端分别设有凸边v(23)、凸边vi(24)与凸边vii(29)、凸边viii(30)，以上所述的一字形通孔(20)、二个F形通孔(15)与二个U形通孔ii(17)构成对称平行布置的柔性铰链i(5);所述进给平台(3)上下部分各设有一对称的U形通孔iii(19)，其短边上的凸边ix(26)及凸边x(28)与所述进给平台(3)左右两侧各自设有对称的一字形通孔(18)上的凸边xi(25)及凸边xii(27)形成对称平行布置的柔性铰链ii(9)，其特征在于:压电陶瓷驱动器i(10)的前端顶紧对称式位移增大机构的下端，该机构的结构为:所述两个对称设置的F形通孔(15)两短边之间设有山字形通孔(16)，该山字形通孔(16)的竖向设有两处对称的凸边xiii (34)与凸边xiv(35)分别与所述凸边xv(33)与凸边xvi (36)相背，所述山字形通孔(16)的下部长孔两端向上翘起形成凸边xvii(37);所述U形通孔i(ll)的两竖(14)的上端各设有方向相反而对称的凸边XViii (38)与凸边xix(39)；所述凸边xviii (38)与所述凸边xvii (37)相对，而所述凸边xix( 39)与所述凸边xx(40)相对;所述凸边xiv(35)、凸边1￥丨(36)、凸边1￥^(37)、凸边1￥丨^(38)、凸边1丨1(39)、凸边11(40)的中心连线与水平线M-N相重合。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述进给平台(3)被四只螺钉K4)紧固在所述的辅助平台(2)上。3.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述压电陶瓷驱动器i(10)和压电陶瓷驱动器ii(6)分别被设在平台基体(I)下侧与右侧的螺钉ii(12)和螺钉iii(8)紧固。4.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述压电陶瓷驱动器i(10)和压电陶瓷驱动器ii(6)为球头式自感知压电陶瓷驱动器。5.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述凸边均为圆弧形。6.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述凸边均为方形。7.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述凸边均为梯形。8.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给平台，其特征在于:所述凸边均为椭圆形。
【文档编号】B23Q1/34GK105904232SQ201610261585
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】李东明, 叶红盼, 罗姜, 田小静
【申请人】大连交通大学