专利名称：显微定位装置和工具位置/方向修正方法
技术领域：
本发明涉及一种利用压电元件的显微定位装置和一种利用该显微定位装置的工具位置和方向修正方法。
背景技术：
在机床中，当工具刀刃边缘偏离预定的位置和方向时，偏离量直接影响所加工物体的成形精度。特别地，当进行形状不规则表面的超精度加工时，即使刀刃边缘的微米级误差作为加工误差也不能被忽视。通常，在通过一种用于根据实际的加工结果推断工具偏差多少和在何方向上偏差的方法，以及一种用于通过使用显微镜和位移传感器来测量基准和工具刀刃边缘之间距离的方法消除必需的修正量之后，工具的位置和方向由一调整机构如测微计修正。
虽然测微计能够进行微米级误差调整，但是根据工件的加工结果，测量装置精度的改善使得其有可能认为工具的偏差量是纳米级精度。因此，期望工具位置和方向由纳米级调整来修正。通常，根据施加电压的水平而膨胀的压电元件常被用作致动器，用于在纳米级上定位几到几十微米的微量行程。
已知的如具有高精度的装置是一种通过RCC(远距离中心柔顺)机构将一主轴部件固定到Z轴台上的装置，所述Z轴台由螺杆传送机构沿Z轴方向上驱动。在RCC机构中，四个压电元件布置在圆周方向上。通过这些压电元件的膨胀/收缩，调整主轴部件的倾斜度，从而精确控制工具的位置和方向(JP7-299700A)。
为了在旋转马达和直线马达上实现一个纳米级分辨率，需要一个精确和复杂的机器构造。与之相反，至于压电元件，只要控制其所施加的电压，就能够相对容易地实现一纳米级分辨率。例如，在响应100伏电压膨胀10微米的压电元件情况下，可以通过以10毫伏的分辨率改变电压来获得一纳米级分辨率。从而，可以没有困难地进行以纳米为单位的位置调整。
根据加工情况，所进行的工具位置和方向的修正在多方向上不同。然而，在考虑全部加工的情况下，需要一种机构，该机构能够完成正交的三轴和旋转的三轴六自由度调整，以任意修正工具的位置和方向。然而，因为一个自由度的构造可认为形成了一个单弹簧系统，因此六自由度被认为包括逐次结合的六个弹簧。这样一种多自由度构造就使机械刚度变弱了。如果机器构造变弱，则在纳米级上修正工具的位置和方向就没有必要。因此，机械刚度的稳固性是重要的。
尽管压电元件对作用在一压缩方向上的外力有高的抵抗力，但是容易受到作用在一膨胀方向上的外力影响。通常使用的压电元件是层状物，其具有大量有压电效应的薄片元件相互叠置的构造。所述元件通过薄的粘接层彼此简单地结合起来。因此，如果向元件施加了作用在拉拔方向上的力，粘接层就变得不粘接，从而导致损坏。换句话说，如果压电元件与结构体结合，根据压电元件布置的方向，所述结构体在刚性上变弱。
如果仅仅所述构造是这样形成的，即外力通常作用在压缩压电元件的方向上，上述问题能够解决。例如，在定位装置具有用于相对于基座进行相对移动的可动件和确定所述可动件的位置的情况下，使用两个压电元件，两个压电元件的一个侧端面分别固定到两个可动件的相对面上并成一直线，而每个压电元件的另一侧端面都固定到基座上。对于这样的构造，即使向可动件施加了作用在压电元件之一膨胀方向上的外力，该力必定作用在压缩另一压电元件的方向上。因此，被压缩的压电元件可以用其高刚性抵抗外力。
然而，上述构造有一问题。由于压电元件的极性，其基本上仅放置在膨胀方向上。因此，如果每个压电元件的两端如上所述固定在没有电压施加给压电元件的状态下，为了移动可动件，那么压电元件之一必须沿压缩方向移动，而另一个沿膨胀方向移动。然而，压电元件不能沿压缩方向移动。为了解决这个问题，如果压电元件的两端以相同的方式固定，取最大位移量的一半位移作为中性点，那么可动件能够通过两个压电元件沿相反的方向上膨胀/收缩而移动。然而，如果施加的电压变为0伏，压电元件均被压缩，且压电元件本身被破坏，这样就要求电源不能断开。为此，把两个压电元件布置成如上所述使可动件彼此相对的构造在现有技术中还没有应用。
发明内容
因此，本发明提供了一种显微定位装置，其具有机器刚性并能够达到纳米级定位精度，以及一种利用该显微定位装置修正工具位置和/或方向的方法。
本发明的显微定位装置包括一基座件，其具有第一和第二接合面；一可动件，其具有第一和第二接合面；和至少一个驱动单元，其用于驱动所述可动件相对于所述基座件定位，该驱动单元包括沿一直线布置的第一压电元件和第二压电元件，其中该直线对准压电元件的膨胀/收缩方向，所述第一压电元件的一端和另一端沿膨胀/收缩方向分别固定到所述基座件和所述可动件的第一接合面上，而且所述第二压电元件的一端沿膨胀/收缩方向固定到所述基座件和所述可动件的第二接合面之一上，而在所述第一和第二压电元件非通电状态下，所述第二压电元件的另一端与面对所述基座件和所述可动件的另一个第二接合面之间具有一间隙。
第二压电元件的另一端和可动件或基座件的第二接合面之间的间隙被确定在一范围内，当至少第一和第二压电元件之一通电时，在该范围内第二压电元件的另一端与可动件和基座件的另一个第二接合面接触，这样，第二压电元件的另一端被压向另一第二接合面，从而获得机械刚性。对于上述布置，通过给第一和第二压电元件通电以在相反方向上膨胀，使可动件移动从而相对于基座件定位。此外，当电源断开时，第一和第二压电元件断电收缩，可动件的一端仅由第一压电元件拉回，而另一端固定，且第一和第二压电元件决不会相互牵拉。
沿垂直方向之一设置一个或多个驱动单元，使每个驱动单元的压电元件的膨胀/收缩方向所对准的所述直线相互垂直延伸，这样，使所述可动件沿垂直方向相对于所述基座件被驱动。
可以沿一矩形的四边设置四个驱动单元以相对于单个基座件驱动和定位单个可动件，从而沿垂直于两个轴和围绕一个旋转轴提供自由度。
该显微定位装置还可包括设置在矩形四个角部的每个角部的附加压电元件，这样，使附加压电元件的膨胀/收缩方向沿垂直于矩形平面的方向延伸，所述附加压电元件的一端和另一端分别固定到所述基座件和所述可动件上，从而沿一个平移运动轴和围绕两个旋转运动轴提供三个自由度。
该显微定位装置还包括一测微计，用于沿与至少一个所述驱动单元压电元件的膨胀/收缩方向相同的粗调轴进行所述基座件的粗定位。
本发明还提供了一种利用所述显微定位装置进行纳米级工具刀刃边缘的位置和/或方向修正的方法。
图1是本发明第一实施例中主要部分的示意图；图2是本发明第二实施例中主要部分的示意图；图3是压电元件刚性的说明图；图4是本发明第三实施例中主要部分的示意图；图5是第三实施例中操作的说明图；图6是本发明第四实施例中主要部分的示意图；图7是本发明第五实施例中主要部分的示意图；图8是在本发明第五实施例中工具刀刃边缘与旋转台旋转中心点重合状态的说明图；以及图9是一个流程图，示出了在本发明第五实施例中使工具刀刃边缘与旋转台旋转中心重合的操作方法。
具体实施例方式
图1是本发明第一实施例中主要部分的示意图。第一实施例涉及一种单轴显微定位装置。该显微定位装置使得一个可动件2沿一直线方向上相对基座件1移动，而且该装置使该可动件2相对基座件1定位。一驱动单元使可动件2沿图1中箭头A所示的方向移动，该驱动单元包括两个压电元件P1和P2，其通过施加电压膨胀而作为可动件2的驱动部件。
基座件1在其中心处的突起部分1a的相对侧上设有接合面。可动件2的两端设有接合面，所述接合面与基座件1的突起部分1a的各个接合面相对并在其间具有各自的间隙。面向轴线方向的压电元件P1的两个端部分别固定到基座件1的突起部分1a的一接合面和可动件2的一接合面上。面向轴线方向的压电元件P2的端部之一固定到基座件1的突起部分1a的另一个接合面上，而压电元件P2的另一端部没有固定。在图1所示的实施例中，压电元件P2的左端固定到基座件1上，而右端没有固定，从而作为一个自由端。在没有电压施加给压电元件P1和P2的非通电状态下，压电元件P2的右端和可动件2的表面之间存在距离L的间隙。
当向压电元件P1和P2施加电压时，两个轴向端面之间的距离增加。这里压电元件P1和P2的最大位移量为“a”，当压电元件P1和P2的位移量为a/2时，压电元件P2端面与可动件2接触的条件是L≤a。位移量“a”通常为10-30μm范围内的数值。在此条件下，如果压电元件P1和P2的位移量控制成满足等式a1+a2＝a，这里a1表示压电元件P1的位移量，a2表示压电元件P2的位移量，那么可动件2能够在压电元件P1和P2轴线方向上移动与压电元件P1和P2最大位移量相同的行程，同时可动件2受到一个来自压电元件P1和P2的不变的推压力。
例如，如果电压仅仅施加给压电元件P2，这样，仅使压电元件P2移动最大位移量a，那么可动件2不移动但受到压电元件P1和P2的挤压，从而保持刚性。反之，如果电压仅仅施加给压电元件P1，这样，仅使压电元件P1移动最大位移量a，那么可动件2仅仅在向左方向上(面向图1)移动最大位移量a。在此情况下，由于压电元件P1和P2的推压力而保持可动件2的刚性。而且，如果给压电元件P1施加电压以便仅移动位移量(a-δ)，和如果给压电元件P2施加电压以便仅移动位移量δ，那么，可动件2仅移动(a-δ)，压电元件P2仅仅增加所述位移量δ，而消除了间隙距离L。因此，由于压电元件P1和P2的推压力，可动件2能够保持刚性。这样，能够将可动件2定位在一任意位置，同时在最大行程a范围内保持刚性。另外，如上所述，通过控制施加的电压，驱动单元的压电元件P1和P2能够以纳米级分辨率膨胀，从而获得高精度的定位装置。
在条件L＝a下推压力恰好为零。间隙距离L比位移量a越小，推压力越大，因此增加了机械刚性。然而，从实际观点出发，如果距离L仅为小于位移量的1μm，那么距离L就足够了。虽然在图1中压电元件P2固定到基座件1上，但是即使压电元件P2固定到可动件2上且与基座件1之间分开间隙距离L，也可获得同样的构造。
压电元件P1的轴线长度没有必要与压电元件P2的轴线长度相同。也就是，基座件1的突起部分1a的一侧表面和可动件2的相对面之间的距离可能与突起部分1a的另一侧表面和可动件2的相对面之间的距离不一样。在压电元件P1和P2没有施加电压的状态下，间隙L可形成在压电元件之一的端面和可动件2的端面之间或压电元件之一的端面和基座件1的突起部分1a的侧面之间。例如，参照图1，压电元件P2仅仅膨胀间隙距离L或更大，并具有以给定的压力充分挤压可动件2的最小位移量。压电元件P2仅仅要求控制所施加的电压以便使位移量等于或小于位移量a。另外，即使具有等于或大于位移量a的位移量，压电元件P1也仅仅要求控制所施加的电压以便使位移量等于或小于位移量a。此外，压电元件P1的最大位移量决定了可动件2的最大行程。
图2是本发明第二实施例中主要部分的示意图。通过将图1所示的四个单轴显微定位装置的结构组合起来形成一个显微定位装置，也就是说，该显微定位装置包括四个驱动单元，其中每个驱动单元包括两个压电元件，该装置具有两维移动一维转动的三个轴的自由度。
根据第二实施例，在矩形或方形基座件的四个侧边的每一侧边中，设置了图1中所示的单轴显微定位装置的构造，其中可动件20沿每一侧边的直线方向上移动。基座件10在其每一侧边的中间部分设有突起部分10a、10b、10c和10d。可动件20在其四个角部具有相对的表面部分20a、20b、20c和20d，其包括与突起部分10a、10b、10c和10d的每个侧面相对的表面，该表面与突起部分的侧面间分别具有间隙。在每一侧边，充当驱动单元的一对压电元件P11和P12、P13和P14、P15和P16、P17和P18沿每一侧边的直线方向分别布置在基座件10的突起部分10a、10b、10c和10d与可动件的相对表面部分20a、20b、20c和20d之间。每一驱动单元的两个压电元件之一的两个端部都固定到基座件10的突起部分和可动件的相对表面部分上。而另一压电元件仅仅在其一端固定到突起部分或可动件的相对表面部分上，而另一端没有固定以作为一自由端。在图2所示的实施例中，压电元件P11、P13、P16和P18分别在其两端固定，而压电元件P12、P14、P15和P17分别固定一端，另一端与基座件突起部分或可动件的相对表面部分之间形成距离为L的间隙。
如上所述，设有四个图1所示的单轴显微定位装置的显微定位装置，其能够通过使得可动件20在图2中用箭头表示的充当直线轴的X轴方向、与X轴垂直的Y轴方向上直线移动和作为旋转轴的C轴方向上旋转来进行定位。
在压电元件P11至P18的位移量分别是a11至a18的情况下，由于每个压电元件P11至P18的位移量a11至a18＝a/2，所以可动件20位于基座件10的中心，并由一给定的推压力挤压。例如，在可动件20从基座件10的中心仅仅沿图2的Y轴方向上移动a/2的情况下，因为压电元件P13、P14、P17和P18的每个轴均平行于与Y轴方向垂直的X轴方向，压电元件P13、P14、P17和P18将可动件20的X轴方向位置保持在基座件10的中心，以这样方式施加电压，使位移量满足等式a13＝a14＝a17＝a18＝a/2。同时，以这样方式施加电压，使每个轴平行于Y轴方向的压电元件P11和P16其各自的位移量满足等式a11＝a16＝0，且压电元件P12和P15满足等式a12＝a15＝a。通过这样做，可动件20沿Y轴方向向下向右方向移动(面对图2)。
当可动件20沿Y轴方向的相反方向(面对图2，向上向左方向)移动时，将电压施加给压电元件，这样，压电元件P13、P14、P17和P18各自的位移量满足等式a13＝a14＝a17＝a18＝a/2，压电元件P11和P16满足等式a11＝a16＝a，且压电元件P12和P15满足等式a12＝a15＝0。
在这里，因为压电元件P13、P14、P17和P18位于垂直于可动件20要移动方向的方向上，所以显然，压电元件P13、P14、P17和P18防碍了可动件20的位移。与之相反，压电元件P具有克服垂直于轴线方向的作用力(如图3中箭头所示)的小刚性，这样，压电元件P不会阻碍可动件20的位移。
当可动件20沿X轴方向移动时，将电压施加给压电元件，使压电元件P11、P12、P15和P16各自的位移量满足等式a11＝a12＝a15＝a16＝a/2，压电元件P13和P18满足等式a13＝a18＝0，且压电元件P14和P17满足等式a14＝a17＝a。结果，可动件20沿X轴线在向上向右方向上移动(面对图2)。此外，如果将电压这样施加给压电元件，即压电元件P11、P12、P15和P16各自的位移量满足等式a11＝a12＝a15＝a16＝a/2，压电元件P13和P18满足等式a13＝a18＝a，且压电元件P14和P17满足等式a14＝a17＝0，那么可动件20沿X轴线在向下向左方向上移动(面对图2)。
在可动件沿C轴的旋转方向转动时，例如，如果设定压电元件P11、P13、P15和P17的位移量满足等式a11＝a13＝a15＝a17＝a，且如果设定压电元件P12、P14、P16和P18的位移量满足等式a12＝a14＝a16＝a18＝0，那么可动件20沿C轴方向顺时针转动。与之相反，如果设定压电元件P11、P13、P15和P17各自的位移量满足等式a11＝a13＝a15＝a17＝0，且如果设定压电元件P12、P14、P16和P18的位移量满足等式a12＝a14＝a16＝a18＝a，那么可动件20沿C轴方向逆时针转动。
上述说明描述了压电元件移动的位移量为0、a/2和a的实施例。根据该实施例，通过将压电元件移动0至a范围内的位移量，可动件20能够在X轴和Y轴方向和在C轴旋转方向上移动，这样，将可动件20定位在0至a范围的位置上。
当电源关闭时，可动件20通过成对地位于基座件10的四侧边上的压电元件之一固定到基座件10上。当电源打开时，可动件20通过位于每个边缘上的压电元件的挤压而固定到基座件10上。因此，尽管有三个自由度，仍然保持刚性。
图4是本发明第三实施例中主要部分的示意图。第三实施例的显微定位装置是通过将四个压电元件添加到图2所示的第二实施例的三轴构造中形成的，其具有平移运动的三个轴和旋转运动的三个轴，也就是六个轴的自由度。
压电元件11至18通过与图2所示三轴显微定位装置相同的方法，也就是图1所示的方法固定在基座件10和可动件20上。根据第三实施例，压电元件P19、P20、P21和P22分别放置在基座件10与可动件20的相对面部分20a、20b、20c和20d之间，这样，每个轴都平行于与X轴和Y轴垂直的方向(以下称作Z轴方向)，其两端分别固定到基座件10和可动件20上。根据本发明，一种固定压电元件从而提高所述显微定位装置的刚性的方法，基本上就是在图1中示出的固定方法。然而，图1中所示的固定方法不适用于这样布置的压电元件，即其各自的轴线设置在Z轴方向上。其理由是，压电元件P19至P22沿垂直方向或重力方向支撑可动件20，外部重力经常作用在将可动件向下推的方向上，该方向是压挤压电元件P19至P22的方向。压电元件在该方向上具有高的刚性，这样就不太可能产生克服重力向上的外力。因此，压电元件沿一个方向支撑可动件的固定方法被使用了。该方法应用于一种定位装置，即使Z轴方向不是重力方向，该装置也可确定可动件的位置，其中该可动件经常被施加一压缩压电元件P19至P22的载荷。
利用压电元件P11至P18驱动可动件20的方向与图2中所示的方向相同(X轴、Y轴和C轴方向)。
利用压电元件P9至P12驱动可动件20的方向是平移运动的一个轴和旋转运动的两个轴，也就是三个轴的方向，它们是图5中箭头所示的平移运动的Z轴方向和旋转运动的A轴和B轴方向。在可动件20沿Z轴方向移动的情况下，如果压电元件P19至P22在a19＝a20＝a21＝a22的条件下任意移动，这里a19至a22表示压电元件P19至P22的位移量，那么可动件20沿Z轴方向移动。此外，例如，当可动件20沿A轴方向旋转(倾斜)时，如果压电元件P19至P22在位移量a19＝a22和位移量a20＝a21的条件下任意移动时，可动件20沿A轴方向转动。另外，通过压电元件P19至P22在位移量a19＝a22和位移量a20＝a21的条件下任意移动，可动件20沿B轴方向转动。
图6示出了图4所示第三实施例的六轴显微定位装置，两轴的测微计进一步添加到其上。这样就提供了第四实施例的显微定位装置。除了六轴的精细调整之外，其还能够完成X轴和Y轴方向上的粗略调整。两个测微计31和32固定在粗调基座件30上，从而移动六轴显微定位装置的基座件10。测微计31和32具有几毫米的行程，并且能够进行几微米分辨率的定位，从而用作粗调轴。在X轴和Y轴方向由测微计31和32粗略定位之后，留下需修正的误差由所述六轴显微定位装置修正。如上所述，如果定位方面的自由度增加，机械刚性减小。然而，在通过粗调移动可动件20之后，能够通过将基座件10和粗调基座件30用螺钉穿过设置在六轴显微定位装置的粗调基座件30和基座件10上的螺钉孔33结合而避免由于增加粗调轴而导致的刚性变坏。
虽然在图6中，测微计仅有两个轴，也就是X轴和Y轴，但是可以使用更多的测微计以增加粗调轴。然而，还是在此情况下，由于担心粗调轴降低刚性，粗调机构必须在粗调完成之后用螺钉固定。
图7是本发明第五实施例的示意图。在该实施例中，具有图6所示的两轴粗调定位部件的显微定位装置固定到旋转台40上。固定到显微定位装置的可动件20上的是一个工具架41，而工具42安装在工具架41上。
例如，在不规则表面的加工时，在许多情况下，即使工具角度通过旋转台40而改变，工具42的刀刃边缘的顶端也不能移动。为此目的，旋转台40的旋转中心点CP要求与工具42的刀刃边缘的顶端精确重合。图8示出了从上方观察到的图7中的第五实施例。为了使得工具42的刀刃边缘与旋转中心点CP重合，首先利用测微计31和32进行粗调，以将误差减小到微米级。此后，驱动压电元件P11至P22来修正刀刃边缘的位置，直至误差减小到纳米级。对于一种消除工具42的刀刃边缘偏离旋转中心点多大和在何方向上的方法而言，有一种在旋转台40旋转时刀刃边缘的移动距离直接由显微镜等来观察的方法。根据该方法，仅可发现微米级的误差。然而，如果实际地进行试加工来测量所加工物体的成形精度，有可能消除刀刃边缘位置的纳米级误差。因而，用于使刀刃边缘位置与旋转中心点CP重合的方法包括由图9的流程图所示的步骤。
首先，通过显微镜观察工具42的刀刃边缘，并且以微米级测量刀刃边缘位置与旋转台40的旋转中心点CP的偏差(步骤S1)。其后，通过利用测微计31和32，使基座件10沿X轴和Y轴方向移动来进行粗调以修正工具刀刃边缘的位置。粗调将工具42的刀刃边缘位置和旋转台40的旋转中心点CP之间的误差减小到微米级(步骤S2)。其后，进行试加工，测量纳米级加工误差(步骤S3)。
判断作为测量结果的加工误差是否在一允许范围内(步骤S4)。如果误差不在允许范围内，驱动压电元件P11至P22，通过进行精细调整来修正工具42的刀刃顶端的位置和方向(步骤S5)。再进行试加工，测量纳米级的加工误差，判断加工误差是否在允许范围内。其后，重复进行步骤S3、S4和S5，当判断加工误差落入允许范围内时，进行实际加工(步骤S6)。
上述步骤使刀刃边缘与旋转台40的旋转中心点有可能以纳米级重合。虽然存在根据加工方法设定工具42的各种方法，但是由于具有六轴精确定位的能力，所以该装置可用于通用目的的工具位置和工具方向的修正。
根据图2、4和6中所示的第二、三和四实施例，相同的可动件20沿X轴和Y轴方向被驱动。然而，可动件可能被构造成双层，该可动件包括由驱动单元驱动的第一可动件和由驱动单元驱动的第二可动件，其中，第一可动件的驱动单元由两个在X轴(或Y)方向上相对于基座件10驱动第一可动件的压电元件组成，第二可动件的驱动单元由两个在垂直于第一可动件移动方向的Y轴(或X轴)方向上相对于第一可动件驱动第二可动件的压电元件组成。在此情况下，可提供用于导向第一和第二可动件移动的导向部件。至少在向每个可动件提供驱动单元的情况下，向各自的可动件提供用于导向第一和第二可动件移动的导向部件。
根据本发明的显微定位装置，有可能在高机械刚性的情况下进行纳米级分辨率的定位。而且，使用该六轴显微定位装置能够以纳米级修正工具刀刃边缘的位置和方向。
权利要求
1.一种显微定位装置，包括一基座件，其具有第一和第二接合面；一可动件，其具有第一和第二接合面；以及至少一个驱动单元，其用于驱动所述可动件相对于所述基座件定位，该驱动单元包括沿一直线布置的第一压电元件和第二压电元件，其中该直线对准压电元件的膨胀/收缩方向，所述第一压电元件的一端和另一端沿膨胀/收缩方向分别固定到所述基座件和所述可动件的第一接合面上，而且所述第二压电元件的一端沿膨胀/收缩方向固定到所述基座件和所述可动件的第二接合面之一上，而在所述第一和第二压电元件非通电状态下，所述第二压电元件的另一端与面对所述基座件和所述可动件的另一个第二接合面之间具有一间隙。
2.根据权利要求1所述的显微定位装置，其特征在于，沿垂直方向之一设置一个或多个驱动单元，使每个驱动单元的压电元件的膨胀/收缩方向所对准的所述直线相互垂直延伸，这样所述可动件沿垂直方向相对于所述基座件被驱动。
3.根据权利要求1所述的显微定位装置，其特征在于，沿一矩形的四边设置四个驱动单元以相对于单个基座件驱动和定位单个可动件。
4.根据权利要求3所述的显微定位装置，其特征在于，还包括设置在每个矩形的四个角部上的一附加压电元件，其中，该附加压电元件的膨胀/收缩方向沿垂直于矩形平面的方向而延伸，而且所述附加压电元件的一端和另一端分别固定到所述基座件和所述可动件上。
5.根据权利要求1所述的显微定位装置，其特征在于，还包括一测微计，该测微计用于沿与至少一个所述驱动单元的压电元件的膨胀/收缩方向相同的粗调轴进行所述基座件的粗定位。
6.一种使用显微定位装置以纳米级修正工具刀刃边缘的位置和/或方向的方法，该装置包括一基座件，其具有第一和第二接合面；一可动件，其具有第一和第二接合面；以及至少一个驱动单元，其用于驱动所述可动件相对于所述基座件定位，该驱动单元包括沿一直线布置的第一压电元件和第二压电元件，其中该直线对准压电元件的膨胀/收缩方向，所述第一压电元件的一端和另一端沿膨胀/收缩方向分别固定到所述基座件和所述可动件的第一接合面上，而且所述第二压电元件的一端沿膨胀/收缩方向固定到所述基座件和所述可动件的第二接合面之一上，而在所述第一和第二压电元件非通电状态下，所述第二压电元件的另一端与面对所述基座件和所述可动件的另一个第二接合面之间具有一间隙。
全文摘要
本发明涉及一种具有机械刚性并能够实现纳米级定位精度的显微定位装置和修正工具位置和方向的方法。驱动单元包括两个布置成沿膨胀/收缩方向成一直线的压电元件P1和P2。压电元件P1面向膨胀/收缩方向的两个端部分别固定到基座件和可动件上。另一压电元件P2仅仅在一端固定到基座件上。间隙L形成在压电元件P2和可动件之间。在这里压电元件P1和P2的膨胀位移量分别是a1和a2。控制施加给压电元件P1和P2的电压，以满足等式a1+a2＝a≥L。这样，就可能将可动件以纳米级定位在最大行程a范围内的一位置上。驱动单元可布置在正交方向上，从而提供具有两个自由度、以及进一步提供包括旋转轴在内的六个自由度的定位装置。
文档编号H01L41/09GK1572418SQ200410046250
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年6月5日
发明者泽田洁, 蛯原建三, 酒井田康宏 申请人:发那科株式会社