一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，包括由外向内相隔一定间隙依次相套设置的方框形终端平台、方框形过渡平台及支架，过渡平台两相对边外侧与终端平台之间以及支架两相对边外侧与过渡平台之间各自对称地连接有弹性装置，且连接在过渡平台与终端平台之间的弹性装置和连接在支架与过渡平台之间的弹性装置在空间上相互垂直。本实用新型能在定位平台整体尺寸很小的情况下获得大幅度的二维平动输出，可根据具体工作要求改变波纹型薄片的结构尺寸，得到适当的运动幅度和整体刚度；大大增加了平台的整体柔度，提高了输出的稳定性，降低了平动时终端平台的漂移，结构简单，加工方便，可分别加工再装配，也可一体化加工成型。
【专利说明】一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及精密定位、精密加工【技术领域】，尤其涉及一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台。
【背景技术】
[0002]在半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域，需要十分精确的定位和非常精细的运动，因此高性能的精密定位工作台成为了这些领域的技术支持。精密定位平台除了要有微纳米级的定位精度、优良的稳定性、刚度及快速响应等，还要求其有较大的运动行程。为了更好的获得这些突出性能，柔性元件常用到精密定位平台的设计中。柔性元件能够克服传统刚性铰链在平台运动过程中出现的爬行、反向间隙和磨损等缺点。
[0003]目前，常见的精密定位平台多数采用缺口型柔性铰链作为柔性元件，虽然在配合高性能的驱动器及优良的驱动方式后，其能达到亚微米甚至纳米级的定位精度，但其工作范围只有几十微米。少数微电机驱动的商用精密定位平台，虽然运动范围能达到毫米级，但精度却不够高，而且具有传统机械无法避免的缺点。针对这些问题，国内外学者都做了大量研宄，也提出了不少大行程高精度的设计方案，但往往这些平台的整体尺寸偏大，加工成本偏尚。
实用新型内容
[0004]为了获得毫米级大行程的高精度定位性能，此实用新型提供一种新型大行程精密定位平台。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，包括由外向内相隔一定间隙依次相套设置的方框形终端平台、方框形过渡平台及支架，过渡平台两相对边外侧与终端平台之间以及支架两相对边外侧与过渡平台之间各自对称地连接有弹性装置，且连接在过渡平台与终端平台之间的弹性装置和连接在支架与过渡平台之间的弹性装置在空间上相互垂直。
[0007]进一步地，连接在过渡平台与终端平台之间的弹性装置包括相互对称地设置于过渡平台两相对边外侧的第三柔性体和第四柔性体，所述第三柔性体和第四柔性体的中部与过渡平台固定连接，所述第三柔性体和第四柔性体的两端与终端平台固定连接；连接在支架与过渡平台之间的弹性装置包括相互对称地设置于支架两相对边外侧的第一柔性体和第二柔性体，所述第一柔性体和第二柔性体的中部与支架固定连接，所述第一柔性体和第二柔性体的两端与过渡平台固定连接。
[0008]进一步地，所述第三柔性体和第四柔性体包括用于连接过渡平台的中心固定板、沿同一直线对称地连接设置于中心固定板两侧的波纹型薄片，两个波纹型薄片另一端各设有端部固定板，所述中心固定板及端部固定板上均开有螺钉沉孔；所述三第一柔性体和第二柔性体包括用于连接支架的中心固定板、沿同一直线对称地连接设置于中心固定板两侧的波纹型薄片，两个波纹型薄片另一端各设有端部固定板，所述中心固定板及端部固定板上均开有螺钉沉孔。
[0009]进一步地，所述波纹型薄片横截面呈周期性波浪形，由若干直片段和半环形段交替相连而成。
[0010]进一步地，所述终端平台、过渡平台及支架处于同一平面上。
[0011]进一步地，所述第一柔性体、第二柔性体、第三柔性体、第四柔性体的大小尺寸相一致。
[0012]进一步地，所述第一柔性体、第二柔性体、第三柔性体、第四柔性体均为一体式机构。
[0013]进一步地，所述过渡平台安装第三柔性体、第四柔性体的部位及支架1上安装第一柔性体、第二柔性体的部位均设置有向外突出的凸台。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0015](1)精密定位平台的整体尺寸在lOOmmX 100mm以内，其将波纹型薄片用作柔性元件，能获得几毫米的二维平动输出和一维转动输出，可根据具体工作环境改变波纹型薄片的结构尺寸，得到适当的最大行程。
[0016](2)采用波纹型薄片对称与垂直相结合的分布结构，提高了输出的稳定性，即降低了运动时轴心的漂移。
[0017](3)柔性体部分采用线切割机床一体化加工成型，避免了装配引入的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台的立体结构示意图。
[0019]图2是本实用新型实施例的柔性体的结构图。
[0020]图3是波纹型薄片的主视示意图。
[0021]图1中:1.支架；2.第一柔性体；3.第二柔性体；4.过渡平台；5.第三柔性体；6.第四柔性体；7.终端平台；8-中心固定板；9-波纹型薄片；91_直片段；92-半环形段；10-端部固定板。
【具体实施方式】
[0022]为了更好地理解本实用新型，下面用文字结合附图对本实用新型作进一步地描述，但是本实用新型要求保护的范围并不局限于实施方式表示的范围。
[0023]如图1至图2所示，一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，包括由外向内相隔一定间隙依次相套设置的方框形终端平台7、方框形过渡平台4及支架1，所述终端平台7、过渡平台4及支架1处于同一平面上，过渡平台4两相对边外侧与终端平台7之间以及支架1两相对边外侧与过渡平台4之间各自对称地连接有弹性装置，且连接在过渡平台4与终端平台7之间的弹性装置和连接在支架1与过渡平台4之间的弹性装置在空间上相互垂直。
[0024]具体来说，连接在过渡平台4与终端平台7之间的弹性装置包括相互对称地设置于过渡平台4两相对边外侧的第三柔性体5和第四柔性体6，所述第三柔性体5和第四柔性体6的中部与过渡平台4固定连接，所述第三柔性体5和第四柔性体6的两端与终端平台7固定连接；连接在支架1与过渡平台4之间的弹性装置包括相互对称地设置于支架1两相对边外侧的第一柔性体2和第二柔性体3，所述第一柔性体2和第二柔性体3的中部与支架1固定连接，所述第一柔性体2和第二柔性体3的两端与过渡平台4固定连接，上述提到的连接方式均为螺纹连接。
[0025]具体来说，所述第三柔性体5和第四柔性体6包括用于连接过渡平台4的中心固定板8、沿同一直线对称地连接设置于中心固定板8两侧的波纹型薄片9，两个波纹型薄片9另一端各设有端部固定板10，所述中心固定板8及端部固定板10上均开有螺钉沉孔；所述三第一柔性体2和第二柔性体3包括用于连接支架1的中心固定板8、沿同一直线对称地连接设置于中心固定板8两侧的波纹型薄片9，两个波纹型薄片9另一端各设有端部固定板10，所述中心固定板8及端部固定板10上均开有螺钉沉孔，中心固定板8和端部固定板10均为刚性部位，用于和其他组件连接。
[0026]如图3所示，所述波纹型薄片9横截面呈周期性波浪形，由若干直片段91和半环形段92交替相连而成，为了方便通过已经推导出来的波纹型薄片9刚度的公式进行平台刚度的求解，这里采用的波纹型薄片9的两端的直片段91的长度取值为其他直片段91长度的一半。通过改变直片段91的长度、宽度、厚度、半环形段92的半径、个数以及材料，可以获得不同的刚度值，由此可以设计整个平台的最大行程。
[0027]所述过渡平台4安装第三柔性体5、第四柔性体6的部位及支架1上安装第一柔性体2、第二柔性体3的部位均设置有向外突出的凸台，这样可以防止第一柔性体2、第二柔性体3变形后触碰支架1，使它们在除了连接处以外的地方保留一定的间距，同时保证过渡平台4在运动时的不与第三柔性体5、第四柔性体6的波纹型薄片9相碰撞。
[0028]支架1主要用于支撑平台整体，与外部固定物体相连接，其形状结构可根据具体要求更改。过渡平台4为类似方框的形状，由于它的作用主要是稳定地传递位移，所以形状可以多样，但方框的形状更能减小平台的整体尺寸。终端平台7的形状的选取原则和过渡平台4的一样，也采用类似方框的形状。采用过渡平台4和终端平台7分开的设计是由于波纹型薄片9在X和y轴方向上刚度的差异。
[0029]为了在施加同样载荷情况下获得相同的输出，同时由对称分布形式抵消柔性体的漂移，四个柔性体的结构和尺寸完全一样，且第一柔性体2和第二柔性体3与第三柔性体5和第四柔性体6垂直分布。因为所述第一柔性体2、第二柔性体3、第三柔性体5、第四柔性体6的大小尺寸相一致且均为一体式机构，所以，制备各个柔性体时，采用精密走丝线切割机床一体化加工各个柔性体，由于四个柔性形状尺寸体完全一样，所以可以堆叠四块板材然后一次性完成加工。
[0030]本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:包括由外向内相隔一定间隙依次相套设置的方框形终端平台(7)、方框形过渡平台(4)及支架(1)，过渡平台(4)两相对边外侧与终端平台(7)之间以及支架(I)两相对边外侧与过渡平台(4)之间各自对称地连接有弹性装置，且连接在过渡平台(4)与终端平台(7)之间的弹性装置和连接在支架(I)与过渡平台(4)之间的弹性装置在空间上相互垂直。
2.根据权利要求1所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:连接在过渡平台(4)与终端平台(7)之间的弹性装置包括相互对称地设置于过渡平台(4)两相对边外侧的第三柔性体(5)和第四柔性体￠)，所述第三柔性体(5)和第四柔性体(6)的中部与过渡平台(4)固定连接，所述第三柔性体(5)和第四柔性体(6)的两端与终端平台(7)固定连接；连接在支架(I)与过渡平台(4)之间的弹性装置包括相互对称地设置于支架(I)两相对边外侧的第一柔性体(2)和第二柔性体(3)，所述第一柔性体(2)和第二柔性体(3)的中部与支架(I)固定连接，所述第一柔性体(2)和第二柔性体(3)的两端与过渡平台(4)固定连接。
3.根据权利要求2所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:所述第三柔性体(5)和第四柔性体(6)包括用于连接过渡平台⑷的中心固定板(8)、沿同一直线对称地连接设置于中心固定板(8)两侧的波纹型薄片(9)，两个波纹型薄片(9)另一端各设有端部固定板(10)，所述中心固定板(8)及端部固定板(10)上均开有螺钉沉孔；所述三第一柔性体(2)和第二柔性体(3)包括用于连接支架(I)的中心固定板(8)、沿同一直线对称地连接设置于中心固定板(8)两侧的波纹型薄片(9)，两个波纹型薄片(9)另一端各设有端部固定板(10)，所述中心固定板(8)及端部固定板(10)上均开有螺钉沉孔。
4.根据权利要求3所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:所述波纹型薄片(9)横截面呈周期性波浪形，由若干直片段(91)和半环形段(92)交替相连而成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:所述终端平台(7)、过渡平台(4)及支架(I)处于同一平面上。
6.根据权利要求2所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:所述第一柔性体(2)、第二柔性体(3)、第三柔性体(5)、第四柔性体(6)的大小尺寸相一致。
7.根据权利要求3所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:所述第一柔性体(2)、第二柔性体(3)、第三柔性体(5)、第四柔性体(6)均为一体式机构。
8.根据权利要求7所述的波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于:所述过渡平台(4)安装第三柔性体(5)、第四柔性体(6)的部位及支架(I)上安装第一柔性体(2)、第二柔性体(3)的部位均设置有向外突出的凸台。
【文档编号】F16M11/04GK204201393SQ201420641716
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】王念峰, 梁晓合, 张宪民 申请人:华南理工大学