微纳加工设备及其定位装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微纳加工设备的定位装置，包括固定座、用于安装加工装置的动平台和两个安装于所述固定座并用于驱动所述动平台移动的驱动装置，且两个所述驱动装置驱动所述动平台在相互垂直的两个方向上移动，所述驱动装置包括压电陶瓷驱动器和桥式位移放大器，所述桥式位移放大器分别连接所述压电陶瓷驱动器和所述动平台。整体结构紧凑易于加工，位移放大倍数较大，位移的输入输出有良好的线性关系，稳定性强，且桥式放大机构的刚性较强，应用更广更普遍。本发明还公开了一种包括上述定位装置的微纳加工设备。
【专利说明】
微纳加工设备及其定位装置
技术领域
[0001]本发明涉及微纳加工领域，特别是涉及一种微纳加工设备的定位装置。此外，本发明还涉及一种包括上述定位装置的微纳加工设备。
【背景技术】
[0002]微纳加工技术越来越受到国内外的关注，随着微纳技术的不断发展，许多应用领域对微纳米级微纳加工技术提出了更多的要求。现有的微纳加工设备一般采用杠杆放大结构或压曲放大结构，杠杆放大结构简单，但尺寸大，杠杆机构刚度差，运动输入输出非线性，且机构中存在着位移损失，使得实际的位移放大比理论位移放大要小，放大的倍数往往受限于机构尺寸，压曲放大是用薄板或薄片的变形来进行放大，其放大倍数跟薄板的初始曲率有关，故放大倍数比较小，且装配误差对其放大性能影响大，不便于平台集成。
[0003]因此，如何提供一种刚性较强且结构稳定的定位装置是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种微纳加工设备的定位装置，刚性较强且结构稳定。本发明的另一目的是提供一种包括上述定位装置的微纳加工设备，刚性较强且结构稳定。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种微纳加工设备的定位装置，包括固定座、用于安装加工装置的动平台和两个安装于所述固定座并用于驱动所述动平台移动的驱动装置，且两个所述驱动装置驱动所述动平台在相互垂直的两个方向上移动，所述驱动装置包括压电陶瓷驱动器和桥式位移放大器，所述桥式位移放大器分别连接所述压电陶瓷驱动器和所述动平台。
[0006]优选地，所述桥式位移放大器包括固定平台、第一输出平台、第二输出平台和两个对称设置的输入平台；所述压电陶瓷驱动器的两端分别连接两个所述输入平台的中部，所述输入平台远离所述定位装置的中心的一端通过柔性铰链连接第一连杆的一端，所述第一连杆的另一端通过柔性铰链连接所述固定平台的一端;所述输入平台靠近所述中心的一端通过柔性铰链连接第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端通过柔性铰链连接所述第一输出平台的一端，所述固定平台和所述第一输出平台分别位于所述压电陶瓷驱动器的两侧；所述第一输出平台的两端还通过柔性铰链连接所述固定座，所述第一输出平台的中部通过柔性铰链连接所述第二输出平台，所述第二输出平台固定连接所述动平台。
[0007]优选地，所述桥式位移放大器还包括与所述第二输出平台相对设置的第一辅助平台和第二辅助平台，所述第一辅助平台的两端通过柔性铰链连接所述固定座，所述第一辅助平台的中部通过柔性铰链连接所述第二辅助平台，所述第二辅助平台和所述第二输出平台分别固定连接所述动平台相对的两端。
[0008]优选地，所述第一输出平台的两端均通过两个柔性铰链连接所述固定座，所述第一辅助平台的两端均通过两个柔性铰链连接所述固定座;所述第二输出平台的两侧均通过两个柔性铰链连接所述第一输出平台，所述第二辅助平台的两侧均通过两个柔性铰链连接所述第一辅助平台。
[0009]优选地，所述固定座和所述固定平台上设置有用于固定位置的螺纹孔，所述第二输出平台和所述第二辅助平台上设置有用于连接所述动平台的螺纹孔。
[0010]优选地，所述动平台中部设置有用于安装加工装置的安装孔。
[0011 ]优选地，所述柔性铰链具体为直梁型柔性铰链。
[0012]本发明提供一种微纳加工设备，包括机床以及安装于所述机床的定位装置，所述定位装置具体为上述任意一项所述的定位装置。
[0013]优选地，所述微纳加工设备具体为微结构表面微纳切削加工机床。
[0014]本发明提供的定位装置，包括固定座、用于安装加工装置的动平台和两个安装于固定座并用于驱动动平台移动的驱动装置，且两个驱动装置驱动动平台在相互垂直的两个方向上移动，驱动装置包括压电陶瓷驱动器和桥式位移放大器，桥式位移放大器分别连接压电陶瓷驱动器和动平台。通过使用桥式位移放大器，取代现有技术中的杠杆放大机构或压曲放大机构，整体结构紧凑易于加工，位移放大倍数较大，位移的输入输出有良好的线性关系，稳定性强，且桥式放大机构的刚性较强，应用更广更普遍。
[0015]本发明还提供一种包括上述定位装置的微纳加工设备，由于上述定位装置具有上述技术效果，上述微纳加工设备也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
【附图说明】
[0016]图1为本发明所提供的定位装置的一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0017]图2为本发明所提供的定位装置的一种【具体实施方式】的俯视示意图。
【具体实施方式】
[0018]本发明的核心是提供一种微纳加工设备的定位装置，刚性较强且结构稳定。本发明的另一核心是提供一种包括上述定位装置的微纳加工设备，刚性较强且结构稳定。
[0019]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0020]请参考图1和图2，图1为本发明所提供的定位装置的一种【具体实施方式】的结构示意图；图2为本发明所提供的定位装置的一种【具体实施方式】的俯视示意图。
[0021]本发明【具体实施方式】提供的定位装置，包括固定座1、动平台2和两个驱动装置，固定座I用于固定定位装置，一般固定安装于基座台，动平台2用于安装加工装置，一般为刀具，可在动平台2中部设置安装孔以便于加工装置的安装。两个驱动装置安装于固定座I并用于驱动动平台2移动，且两个驱动装置驱动动平台2在相互垂直的两个方向上移动，即动平台2在同一平面内的xy方向移动。驱动装置包括压电陶瓷驱动器3和桥式位移放大器，桥式位移放大器分别连接压电陶瓷驱动器3和动平台2。
[0022]具体地，桥式位移放大器包括固定平台4、第一输出平台8、第二输出平台9和两个对称设置的输入平台5。压电陶瓷驱动器3的两端分别连接两个输入平台5的中部，输入平台5远离定位装置的中心的一端通过柔性铰链连接第一连杆6的一端，第一连杆6的另一端通过柔性铰链连接固定平台4的一端;输入平台5靠近中心的一端通过柔性铰链连接第二连杆7的一端，第二连杆7的另一端通过柔性铰链连接第一输出平台8的一端，固定平台4和第一输出平台8分别位于压电陶瓷驱动器3的两侧;第一输出平台8的两端还通过柔性铰链连接固定座I，第一输出平台8的中部通过柔性铰链连接第二输出平台9，第二输出平台9固定连接动平台2。两个输入平台5在压电陶瓷驱动器3的两端对称设置。
[0023]工作时压电陶瓷驱动器3接通电源并在电源作用下伸长，增加两个输入平台5之间的距离，通过第一连杆6、第二连杆7和柔性铰链的作用，减少第一输出平台8和固定平台4的距离，由于固定平台4位置相对与固定座I固定不动，第一输出平台8将向固定平台4移动，通过柔性铰链带动第二输出平台9也向固定平台4移动，即能够使动平台2向固定平台4的方向移动，即驱动动平台2移动的方向垂直于压电陶瓷驱动器3的伸缩方向。断电后各部件运动方向相反，实现动平台2退回。两个驱动装置的压电陶瓷驱动器3垂直设置，进而使动平台2能够在相互垂直的两个方向上移动。
[0024]通过使用桥式位移放大器，取代现有技术中的杠杆放大机构或压曲放大机构，整体结构紧凑易于加工，位移放大倍数较大，位移的输入输出有良好的线性关系，稳定性强，且桥式放大机构的刚性较强，应用更广更普遍。
[0025]在本发明【具体实施方式】提供的定位装置中，为了提高动平台2移动时的稳定性，可设置与第二输出平台9相对设置的第一辅助平台10和第二辅助平台11，第一辅助平台10的两端通过柔性铰链连接固定座I，第一辅助平台10的中部通过柔性铰链连接第二辅助平台11，第二辅助平台11和第二输出平台9分别固定连接动平台2相对的两端。即输出平台与辅助平台相对设置，分别连接动平台2的两端，在不影响动平台2受输出平台驱动而运动的情况下，增加连接点，提高稳定性和强度。
[0026]为了进一步增加强度，可使第一输出平台8的两端均通过两个柔性铰链连接固定座1，第一辅助平台10的两端均通过两个柔性铰链连接固定座I;第二输出平台9的两侧均通过两个柔性铰链连接第一输出平台8，第二辅助平台11的两侧均通过两个柔性铰链连接第一辅助平台10。通过增加柔性铰链的数量提高设备的强度，也可根据情况调整柔性铰链的数量，均在本发明的保护范围之内。
[0027]在本发明【具体实施方式】提供的定位装置中，固定座I和固定平台4上设置有用于固定位置的螺纹孔，第二输出平台9和第二辅助平台11上设置有用于连接动平台2的螺纹孔。需要固定连接的部件通过螺栓连接，便于拆卸更换，也可采用其他连接方式，如卡接或焊接等，均在本发明的保护范围之内。
[0028]在上述各【具体实施方式】提供的定位装置的基础上，柔性铰链可具体为直梁型柔性铰链，提供较大的转动范围，也可采用其他类型的柔性铰链，如倒圆角型柔性铰链等，均在本发明的保护范围之内。
[0029]除了上述定位装置，本发明的【具体实施方式】还提供一种包括上述定位装置的微纳加工设备，该微纳加工设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
[0030]具体地，上述微纳加工设备可以是微结构表面微纳切削加工机床。
[0031]以上对本发明所提供的微纳加工设备及其定位装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种微纳加工设备的定位装置，包括固定座(I)、用于安装加工装置的动平台(2)和两个安装于所述固定座(I)并用于驱动所述动平台(2)移动的驱动装置，且两个所述驱动装置驱动所述动平台(2)在相互垂直的两个方向上移动，其特征在于，所述驱动装置包括压电陶瓷驱动器(3)和桥式位移放大器，所述桥式位移放大器分别连接所述压电陶瓷驱动器(3)和所述动平台(2)。2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述桥式位移放大器包括固定平台(4)、第一输出平台(8)、第二输出平台(9)和两个对称设置的输入平台(5);所述压电陶瓷驱动器(3)的两端分别连接两个所述输入平台(5)的中部，所述输入平台(5)远离所述定位装置的中心的一端通过柔性铰链连接第一连杆(6)的一端，所述第一连杆(6)的另一端通过柔性铰链连接所述固定平台(4)的一端;所述输入平台(5)靠近所述中心的一端通过柔性铰链连接第二连杆(7)的一端，所述第二连杆(7)的另一端通过柔性铰链连接所述第一输出平台(8)的一端，所述固定平台(4)和所述第一输出平台(8)分别位于所述压电陶瓷驱动器(3)的两侧;所述第一输出平台(8)的两端还通过柔性铰链连接所述固定座(I)，所述第一输出平台(8)的中部通过柔性铰链连接所述第二输出平台(9)，所述第二输出平台(9)固定连接所述动平台(2)。3.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于，所述桥式位移放大器还包括与所述第二输出平台(9)相对设置的第一辅助平台(10)和第二辅助平台(11)，所述第一辅助平台(10)的两端通过柔性铰链连接所述固定座(I)，所述第一辅助平台(10)的中部通过柔性铰链连接所述第二辅助平台(U)，所述第二辅助平台(11)和所述第二输出平台(9)分别固定连接所述动平台(2)相对的两端。4.根据权利要求3所述的定位装置，其特征在于，所述第一输出平台(8)的两端均通过两个柔性铰链连接所述固定座(I)，所述第一辅助平台(10)的两端均通过两个柔性铰链连接所述固定座(I);所述第二输出平台(9)的两侧均通过两个柔性铰链连接所述第一输出平台(8)，所述第二辅助平台(11)的两侧均通过两个柔性铰链连接所述第一辅助平台(10)。5.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述固定座(I)和所述固定平台(4)上设置有用于固定位置的螺纹孔，所述第二输出平台(9)和所述第二辅助平台(11)上设置有用于连接所述动平台(2)的螺纹孔。6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述动平台(2)中部设置有用于安装加工装置的安装孔。7.根据权利要求2至6任意一项所述的定位装置，其特征在于，所述柔性铰链具体为直梁型柔性铰链。8.—种微纳加工设备，包括机床以及安装于所述机床的定位装置，其特征在于，所述定位装置具体为权利要求1至7任意一项所述的定位装置。9.根据权利要求8所述的微纳加工设备，其特征在于，所述微纳加工设备具体为微结构表面微纳切削加工机床。
【文档编号】B81C1/00GK106082115SQ201610716024
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】汤晖, 邱迁, 曾昭和, 李宏城, 张揽宇, 高健, 陈新, 贺云波, 杨志军, 陈云, 王晗, 王素娟
【申请人】广东工业大学