一种高可靠性笔型压电陶瓷堆位移装置的制作方法

1.本发明涉及机器视觉成像或电镜扫描领域中的位移装置，具体涉及一种高可靠性笔型压电陶瓷堆位移装置。


背景技术：

2.在机器视觉成像或电镜扫描领域中，由于对电子显微镜物镜位移精度的要求非常高，因此目前通常采用笔型压电陶瓷堆位移装置来实现物镜的高精度位移。
3.笔型压电陶瓷堆位移装置不仅具有负载能力强，移位频率快，步进精确，可偏心承重的特点，而且还体积小巧，选材简便，安装方便等优点，能够实现同时带动多个物镜在有效距离内的纳米级防抖动精确位移。
4.即便如此，现有的笔型压电陶瓷堆位移装置依旧存在内部压电陶瓷堆栈容易损坏的问题。由于结构设计的因素，现有的笔型压电陶瓷堆位移装置(如本技术人上一代笔型压电陶瓷堆位移装置产品，公开号：cn215222042u)在工作时，其内部的压电陶瓷堆栈因承受扭力或剪切力极易导致损坏，从而大幅缩短使用寿命，增加了使用成本。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种高可靠性笔型压电陶瓷堆位移装置，以提高压电陶瓷堆栈承受扭力、剪切力的能力，避免压电陶瓷堆栈轻易损坏。
6.为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
7.一种高可靠性笔型压电陶瓷堆位移装置，包括抗压筒、压电陶瓷堆栈、上盖帽、下盖帽、受力块、受力转接柱、套筒轴承和弹簧。
8.所述上盖帽和所述下盖帽分别盖设在所述抗压筒的上、下两端，所述下盖帽的盖面上开设有过孔，所述受力转接柱的上半段位于所述抗压筒内部的下端，所述受力转接柱的下半段从所述下盖帽上的过孔中伸出后位于所述抗压筒的外部，所述弹簧设置在所述受力转接柱的上半段底部与所述下盖帽的内侧盖面之间；所述压电陶瓷堆栈整体位于所述抗压筒的内部，所述压电陶瓷堆栈的上下两端分别与所述上盖帽的下端面、所述受力转接柱的上端面接触，且所述上盖帽和所述受力转接柱分别通过对中限位，确保所述压电陶瓷堆栈上下两端同心，从而使得所述压电陶瓷堆栈不易受剪切力，保证所述压电陶瓷堆栈不易损坏。
9.同时，所述套筒轴承设置在所述受力转接柱上部的外壁与所述抗压筒下部的内壁之间，从而使所述受力转接柱与所述抗压筒之间的间隙消失，从而极大提高了所述压电陶瓷堆栈承受扭力、剪切力的能力；所述受力块设置在所述受力转接柱的下半段底部，从而使施力点与工作面的接触面积增大，从而提高所述压电陶瓷堆栈的工作寿命。
10.进一步的，所述抗压筒呈内部中空、两端开口的直管状，所述压电陶瓷堆栈呈杆状或棍状。
11.进一步的，所述压电陶瓷堆栈的上下两端均呈凸球面，所述上盖帽的下端面呈内
凹的锥面，所述受力转接柱的上端面呈内凹的锥面，且所述上盖帽的锥面与所述受力转接柱的锥面同心；所述压电陶瓷堆栈安装在所述抗压筒内时，所述压电陶瓷堆栈上端的凸球面与所述上盖帽的下端面呈内凹的锥面接触，并实现自动对中限位，所述压电陶瓷堆栈下端的凸球面与所述受力转接柱上端的锥面接触，并实现自动对中限位；所述压电陶瓷堆栈分别通过所述上盖帽和所述受力转接柱的上、下对中限位，以保证其在安装时上下两端的同心。
12.进一步的，所述压电陶瓷堆栈由上压电陶瓷堆栈、下压电陶瓷堆栈和连接块组成，所述上压电陶瓷堆栈的上端呈凸球面，所述上压电陶瓷堆栈的下端呈平面，所述下压电陶瓷堆栈的下端呈凸球面，所述下压电陶瓷堆栈的上端呈平面，所述上压电陶瓷堆栈的下端与所述连接块的上平面可拆卸连接，所述下压电陶瓷堆栈的上端与所述连接块的下平面可拆卸连接，且所述上压电陶瓷堆栈和所述下压电陶瓷堆栈同轴，将所述压电陶瓷堆栈设计为可拆卸的两段式结构，可以在内部只有一段损坏时，仅更换其中损坏的一段，从而方便了维修和更换，也降低了使用和维修成本。
13.进一步的，所述上盖帽的外侧壁上设置有外螺纹，所述抗压筒上端开口的内壁上设置有内螺纹，所述上盖帽通过内外螺纹的配合拧紧在所述抗压筒的上端开口上；同理，所述下盖帽的外侧壁上设置有外螺纹，所述抗压筒下端开口的内壁上设置有内螺纹，所述下盖帽通过内外螺纹的配合拧紧在所述抗压筒的下端开口上。
14.进一步的，所述受力转接柱包括位于上部的大柱段和位于下部的小柱段，所述大柱段和所述小柱段一体成型且同轴，所述大柱段位于所述抗压筒内部的底端，所述套筒轴承设置在所述大柱段的外壁与所述抗压筒的内壁之间，所述小柱段从所述下盖帽上的过孔中向下伸出后与所述受力块连接，所述弹簧套设在位于所述下盖帽内侧的所述小柱段上，且所述弹簧的上端与所述大柱段的下端面接触，所述弹簧的下端与所述下盖帽的内侧底面接触。
15.进一步的，位于所述下盖帽外侧的所述小柱段的圆周表面设置有外螺纹，所述受力块的上端面上开设有内螺孔，所述受力块通过内外螺纹的配合拧紧在所述受力转接柱的所述小柱段上。
16.进一步的，所述套筒轴承为石墨套筒轴承。
17.进一步的，所述弹簧为若干个叠加在一起的蝶形弹簧。
18.进一步的，所述弹簧为4个叠加在一起的蝶形弹簧。
19.本发明的有益效果为：
20.本发明将压电陶瓷堆栈的两端均设计成凸球面，将上盖帽的下端面和受力转接柱的上端面均设计成内凹的锥面，从而将传统的平面与平面接触改为球面与锥面接触，因此在上盖帽的锥面与受力转接柱的锥面同心的前提下，球面可以稳定地嵌在与之接触的锥面中心位置，从而实现自动对中限位，进而保证压电陶瓷堆栈在安装时上下两端的同心，这使得压电陶瓷堆栈不易受剪切力，保证所述压电陶瓷堆栈不易损坏。
21.本发明将压电陶瓷堆栈设计为可拆卸的两段式结构，这使得在内部有一段损坏时，可以仅更换其中损坏的一段，从而方便了维修和更换，也降低了使用和维修成本。
22.本发明在受力转接柱上部的外壁与抗压筒下部的内壁之间增设了套筒轴承，这使受力转接柱与抗压筒之间的间隙消失，从而极大提高了所述压电陶瓷堆栈承受扭力、剪切
力的能力。
23.本发明在受力转接柱的下半段底部增加了受力块这使得本笔型压电陶瓷堆位移装置的施力点与工作面的接触面积增大，从而提高压电陶瓷堆栈的工作寿命。
24.从上述改进所得到的优点可以看出，本发明显著提高了压电陶瓷堆栈承受扭力和剪切力的能力，避免了压电陶瓷堆栈轻易损坏，大幅提高了产品可靠性，同时又方便了维修和更换，也降低了使用和维修成本。
25.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1为本发明的立体图；
28.图2为本发明的剖视图；
29.图3为本发明的爆炸图；
30.图4为本发明的受力转接柱的立体图；
31.图5为本发明的下部结构剖视图；
32.图6为本发明的压电陶瓷堆栈上端与上盖帽的配合关系剖视图；
33.图7为本发明的压电陶瓷堆栈下端与受力转接柱的配合关系剖视图；
34.图8为本发明的两段式压电陶瓷堆栈的立体图。
具体实施方式
35.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。此处所作说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
36.参见图1-3所示，一种高可靠性笔型压电陶瓷堆位移装置，包括抗压筒1、压电陶瓷堆栈2、上盖帽3、下盖帽4、受力块5、受力转接柱6、套筒轴承7和弹簧8。
37.所述抗压筒1呈内部中空、两端开口的直管状，所述压电陶瓷堆栈2呈杆状或棍状。
38.所述上盖帽3和所述下盖帽4分别盖设在所述抗压筒1的上、下两端，具体方式可以为，所述上盖帽3的外侧壁上设置有外螺纹，所述抗压筒1上端开口的内壁上设置有内螺纹，所述上盖帽3通过内外螺纹的配合拧紧在所述抗压筒1的上端开口上；同理，所述下盖帽4的外侧壁上设置有外螺纹，所述抗压筒1下端开口的内壁上设置有内螺纹，所述下盖帽4通过内外螺纹的配合拧紧在所述抗压筒1的下端开口上。
39.所述受力转接柱6的上半段位于所述抗压筒1内部的下端，所述下盖帽4的盖面上开设有过孔，所述受力转接柱6的下半段从所述下盖帽4上的过孔中伸出后位于所述抗压筒1的外部。
40.参见图4所示，所述受力转接柱6的具体结构可以包括位于上部的大柱段601和位于下部的小柱段602，所述大柱段601和所述小柱段602一体成型且同轴，所述大柱段601位
于所述抗压筒1内部的底端，所述套筒轴承7设置在所述大柱段601的外壁与所述抗压筒1的内壁之间，所述小柱段602从所述下盖帽4上的过孔中向下伸出后位于所述抗压筒1的外部。
41.所述弹簧8设置在所述受力转接柱6的上半段底部与所述下盖帽4的内侧盖面之间，用于为所述受力转接柱6提供向上的复位弹力。参见图5所示，所述弹簧8可以是若干个叠加在一起的蝶形弹簧，例如4个蝶形弹簧叠加在一起。4个蝶形弹簧套设在位于所述下盖帽4内侧的所述小柱段602上，且4个蝶形弹簧被压在所述大柱段601的下端面与所述下盖帽4的内侧底面之间。
42.所述压电陶瓷堆栈2整体位于所述抗压筒1的内部，所述压电陶瓷堆栈2的上下两端分别与所述上盖帽3的下端面、所述受力转接柱6的上端面接触，且所述上盖帽3和所述受力转接柱6分别通过对中限位，确保所述压电陶瓷堆栈2上下两端同心，从而使得所述压电陶瓷堆栈2不易受剪切力，保证所述压电陶瓷堆栈2不易损坏。
43.保证所述压电陶瓷堆栈2上下两端同心的方式可以为，参见图6-7所示，将所述压电陶瓷堆栈2的上下两端均设计成凸球面，所述上盖帽3的下端面设计成内凹的锥面，所述受力转接柱6的上端面也设计成内凹的锥面，且所述上盖帽3的锥面与所述受力转接柱6的锥面同心；所述压电陶瓷堆栈2安装在所述抗压筒1内时，所述压电陶瓷堆栈2上端的凸球面与所述上盖帽3的下端面呈内凹的锥面接触，由于接触方式由传统的平面与平面接触改为球面与锥面接触，因此球面可以稳定地嵌在与之接触的锥面中心位置，从而实现自动对中限位，进而保证所述压电陶瓷堆栈2在安装时上下两端的同心。
44.参见图8所示，可以将所述压电陶瓷堆栈2设计为可拆卸的两段式结构，由上压电陶瓷堆栈201、下压电陶瓷堆栈202和连接块203组成，所述上压电陶瓷堆栈201的上端呈凸球面，所述上压电陶瓷堆栈201的下端呈平面，所述下压电陶瓷堆栈202的下端呈凸球面，所述下压电陶瓷堆栈202的上端呈平面，所述上压电陶瓷堆栈201的下端与所述连接块203的上平面可拆卸连接，所述下压电陶瓷堆栈202的上端与所述连接块203的下平面可拆卸连接，且所述上压电陶瓷堆栈201和所述下压电陶瓷堆栈202同轴。这种可拆卸的两段式结构，可以在内部两段压电陶瓷堆栈只有一段损坏时，仅更换该损坏的一段，从而方便了维修和更换，也降低了使用和维修成本。
45.所述套筒轴承7设置在所述受力转接柱6上部的外壁与所述抗压筒1下部的内壁之间，从而使所述受力转接柱6与所述抗压筒1之间的间隙消失，从而极大提高了所述压电陶瓷堆栈2承受扭力、剪切力的能力。所述套筒轴承7可以优选为石墨套筒轴承。
46.所述受力块5设置在所述受力转接柱6的下半段底部，从而使施力点与工作面的接触面积增大，从而提高所述压电陶瓷堆栈2的工作寿命。所述受力块5与所述受力转接柱6的连接方式可以为，位于所述下盖帽4外侧的所述小柱段602的圆周表面设置有外螺纹，所述受力块5的上端面上开设有内螺孔，所述受力块5通过内外螺纹的配合拧紧在所述受力转接柱6的所述小柱段602上。
47.本发明的工作原理如下：
48.通过施加不同的电压给位于抗压筒1内的压电陶瓷堆栈2，从而改变压电陶瓷堆栈2的长度状态。在长度状态改变的过程中，压电陶瓷堆栈2的上端受抗压筒1上端的上盖帽3的阻挡保持不动，压电陶瓷堆栈2的下端则会通过受力转接柱6将力矩传递到下盖帽4外部的受力块5，同时受力转接柱6对弹簧8造成一定的挤压，最后由受力块5控制本笔型压电陶
瓷堆位移装置的位移状态。
49.由于压电陶瓷堆栈2的上下两端均为凸球面，上盖帽3的下端面和受力转接柱6的上端面均呈内凹的锥面，且在上盖帽3的锥面与受力转接柱6的锥面同心的前提下，压电陶瓷堆栈2的两端凸球面可以稳定地嵌在与之接触的锥面中心位置，以保证所述压电陶瓷堆栈2在安装时上下两端的同心，从而使得所述压电陶瓷堆栈2不易受剪切力，保证所述压电陶瓷堆栈2不易损坏；由于受力转接柱6上部的外壁与抗压筒1下部的内壁之间增设了套筒轴承7，从而使所述受力转接柱6与所述抗压筒1之间的间隙消失，从而极大提高了所述压电陶瓷堆栈2承受扭力、剪切力的能力；由于受力转接柱6的下半段底部增加了受力块5从而使本笔型压电陶瓷堆位移装置的施力点与工作面的接触面积增大，从而提高压电陶瓷堆栈2的工作寿命。
50.当电压消失时，压电陶瓷堆栈2的长度逐渐恢复原状，在长度恢复的过程中，压电陶瓷堆栈2的下端会通过受力转接柱6带动受力块5回缩，同时先前被压缩的弹簧8会给受力转接柱6一个反弹力，从而为受力块5的复位提供辅助回弹力。
51.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。