專利名稱：雙足式大行程雙向微動(dòng)工作臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)用雙足式大行程雙向微動(dòng)工作臺(tái)。
目前，工業(yè)應(yīng)用的微動(dòng)工作臺(tái)；根據(jù)導(dǎo)軌形式和驅(qū)動(dòng)方式可分為五類1.柔性支承，壓電或電致伸縮微位移器驅(qū)動(dòng)；2.滾動(dòng)導(dǎo)軌，壓電或電致伸縮微位移器驅(qū)動(dòng)；3.滑動(dòng)導(dǎo)軌，機(jī)械式驅(qū)動(dòng)；4.平行彈簧導(dǎo)軌，機(jī)械式或電磁、壓電，電致伸縮微位移器驅(qū)動(dòng)；5.氣浮導(dǎo)軌，伺貿(mào)電機(jī)或直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；這些工作臺(tái)主要存在三點(diǎn)缺點(diǎn)其一是，為了獲得高的位移分辨率和重復(fù)定位精度，要求導(dǎo)軌具有極高的尺寸精度和形狀精度；其二是，機(jī)構(gòu)在位移過程中，要求移動(dòng)部件與導(dǎo)軌間頻繁的夾緊，松開操作，引起相關(guān)另件的磨損，影響位移分辨率和重復(fù)定位精度；第三種缺點(diǎn)是，為實(shí)現(xiàn)大行程，高位移分辨率的微位移，采用了三組壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)單元，每個(gè)單元由六個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)大行程，高位移分辨率、高重復(fù)定位精度的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，需要解決三個(gè)方面的問題。①微動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，②微位移的傳遞技術(shù)，③增大微動(dòng)機(jī)構(gòu)行程技術(shù)。壓電、電致伸縮微位移器件(壓電陶瓷)是近年來發(fā)展起來的新型微位移器件，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、位移分辨率高、頻率響應(yīng)快、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)沒有發(fā)熱問題，用壓電陶瓷作微動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件，滿足住移分辨率和重復(fù)定位精度的要求。但壓電陶瓷最大的缺點(diǎn)是最大位移行程小，一般只有幾十個(gè)微米。柔性鉸鏈?zhǔn)潜臼兰o(jì)六十年代發(fā)展起來的新型彈性支承機(jī)構(gòu)，它具有體積小、機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高等特點(diǎn)，利用柔性鉸鏈作為移動(dòng)部件的支承可實(shí)現(xiàn)高位移分辨率和重復(fù)定位精度的位移傳遞要求。同樣，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)也存在最大位移行程小的缺點(diǎn)，一般也只有幾十微米。實(shí)現(xiàn)大行程是目前微動(dòng)機(jī)構(gòu)急需解決的問題。仿尺蠖機(jī)構(gòu)，受導(dǎo)軌的制造精度和工作時(shí)的摩擦，磨損的影響，降低了位移分辨率和重復(fù)定位精度，長期工作時(shí)，機(jī)構(gòu)的工作可靠性下降。日本Kobe大學(xué)的仿人行走的機(jī)構(gòu)中，控制系統(tǒng)非常復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有微動(dòng)工作臺(tái)存在的不足，提出一種具有高位移分辨率和重復(fù)定位精度的雙足式大行程雙向微動(dòng)工作臺(tái)。
本實(shí)用新型由二套小行程微動(dòng)工作臺(tái)組成，其中每一套小行程微動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)部分和抬足部分。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)闡述微動(dòng)部分和抬足部分微動(dòng)部分是在鋼板5左半部上，按方形布局線切割四條長孔，在兩條交匯的線切割線之間留下很小的間隙，這樣就形成一個(gè)柔性鉸鏈，在鋼板5右半部分上，也按方形布局線切割四條長孔，這樣形成了兩個(gè)互不影響的兩個(gè)微動(dòng)平臺(tái)，在鋼板5的四個(gè)側(cè)面鉆孔，在孔內(nèi)分別裝上壓電陶瓷PZT2、PZT3、PZT4、PZT5。每一個(gè)壓電陶瓷的前端頂住微動(dòng)平臺(tái)，通過對(duì)壓電陶瓷的充放電，就可使壓電陶瓷伸長和縮短，從而推動(dòng)微動(dòng)微動(dòng)平臺(tái)向X、Y方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；抬足部分包括一對(duì)長方體鋼塊3、4，經(jīng)過線切割，將鋼塊形成通過柔性鉸鏈連接的兩部分。在鋼塊底側(cè)鉆孔分別裝入壓電陶瓷PZT1、PZT6，使其頂住另一部分，通過對(duì)壓電陶瓷充放電，從而推動(dòng)鋼塊的一部分上下運(yùn)動(dòng)。抬足部分的一對(duì)鋼塊3、4分別立放在小行程微動(dòng)工作臺(tái)的兩個(gè)微動(dòng)平臺(tái)上，它們之間通過螺釘連接，放置被測(cè)物體的工作臺(tái)M則直接放在作為抬足部分的鋼塊上，兩個(gè)微動(dòng)平臺(tái)與抬足部分的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)就可完成放置被測(cè)物體的工作臺(tái)的大行程運(yùn)動(dòng)。在抬足部分的鋼塊上端分別纏有線圈1、2，可通電產(chǎn)生磁力。本實(shí)用新型的工作原理是工作臺(tái)分為A、B獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的兩部分，A、B兩部分對(duì)彼此的運(yùn)動(dòng)不影響，但又能通過相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，完成放置被測(cè)物體的平臺(tái)M的大行程運(yùn)動(dòng)。小行程微動(dòng)工作臺(tái)的工作原理可從圖2中看出該工作臺(tái)利用壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)元件，以柔性鉸鏈作為支承部件，達(dá)到高精度、高位移分辨率、高頻響及高穩(wěn)定性的微動(dòng)部分，壓電陶瓷PTZ2、PTZ4驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)在X向運(yùn)動(dòng)，壓電陶瓷PTZ3、PTZ5驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)在Y向運(yùn)動(dòng)。抬足部分也是利用柔性支承完成在Z向的抬足與落足動(dòng)作，它由壓電陶瓷PTZ1與PTZ6來完成。在抬足部分的鋼塊上纏有線圈，可通電產(chǎn)生磁力，提高鋼塊3或鋼塊4與M之間的作用力，以增加鋼塊3、4或鋼塊3、4帶動(dòng)M運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，從而提高M(jìn)的移動(dòng)和定位時(shí)的精度。雙足式大行程雙向微動(dòng)工作臺(tái)要完成大行程運(yùn)動(dòng)，需要微動(dòng)機(jī)構(gòu)與抬足機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，以及A、B兩部分的相互配合，其完成行走的運(yùn)動(dòng)周期如圖3所示①處于開始狀態(tài)，壓電陶瓷PZT1、PZT2、PTZ3、PTZ4、PZT5、PTZ6都處于斷電狀態(tài)；②給PZT1充電，PZT1伸長，這樣，抬足機(jī)構(gòu)中的鋼塊3將放置被測(cè)物體的平臺(tái)M抬起，鋼塊4與M分離；③給PZT2與PZT3充電使微動(dòng)工作臺(tái)在XY平面內(nèi)移動(dòng)，從而通過鋼塊3帶動(dòng)M在XY平面內(nèi)移動(dòng)；④給PZT6充電，使鋼塊4與M接觸，這時(shí)，鋼塊3、4同時(shí)將M抬起；⑤給PZT1、PZT2、PZT3斷電，此時(shí)A部分恢復(fù)原狀；⑥給PZT6斷電，M又重新與鋼塊3、4同時(shí)接觸，即回到初始狀態(tài)。這樣，就使M在XY平面內(nèi)完成了一步移動(dòng)工作，再重復(fù)②～⑥步的工作，M就可在XY平面內(nèi)進(jìn)行大行程的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，PZT2與PZT3只可使M向X與Y正向運(yùn)動(dòng)，要使M在X與Y反向運(yùn)動(dòng)，可通過給PZT6充電，使鋼塊4將M抬起，再給PZT4、PZT5充電，就可使M向X、Y反向運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)用新型具有位移分辨率高，重復(fù)定位精度高，最大工作行程、無導(dǎo)軌、無摩擦、承載能力高等特點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型主視圖圖2為本實(shí)用新型附視圖圖3為本實(shí)用新型工作原理圖實(shí)施例本實(shí)用新型工作臺(tái)為240×170×18(mm3)的鋼板，材料是40CrMnTi，抬足部分的鋼塊為80×100×30(mm3)，當(dāng)給壓電陶瓷加0～100V電壓時(shí)，此工作臺(tái)行走在0～15μm范圍內(nèi)移動(dòng)。微動(dòng)工作臺(tái)與抬足部分的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)范圍達(dá)到105×105mm，每次重復(fù)定位精度達(dá)到10nm。
權(quán)利要求1.一種雙足式大行程雙向微動(dòng)工作臺(tái)，其特征在于由二套小行程微動(dòng)工作臺(tái)組成，其中每一套小行程微動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)部分和抬足部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作臺(tái)，其特征在于微動(dòng)部分是在鋼板[5]左半部上，按方形布局線切割四條長孔，在兩條交匯的線切割線之間留下很小的間隙，形成一個(gè)柔性鉸鏈，在鋼板[5]右半部分上，也按方形布局線切割四條長孔，這樣形成兩個(gè)互不影響的兩個(gè)微動(dòng)平臺(tái)，在鋼板[5]的四個(gè)側(cè)面鉆孔，在孔內(nèi)分別裝上壓電陶瓷[PZT2]、[PZT3]、[PZT4]、[PZT5]；抬足部分是長方體鋼塊[3]、[4]對(duì)稱立放在鋼板[5]的中間，通過螺釘與鋼板[5]連接，放置被測(cè)物體的工作臺(tái)[M]則直接放在長方體鋼塊[3]、[4]上，在鋼塊[3]、[4]底側(cè)鉆孔，分別裝入壓電陶瓷[PZT1]和[PZT6]，鋼塊[3]、[4]上端分別纏有線圈[1]、[2]。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙足式大行程雙向微動(dòng)工作臺(tái),工作臺(tái)是由二套小行程微動(dòng)工作組成,每一套小行程微動(dòng)工作臺(tái)包括微動(dòng)部分和抬足部分。其中微動(dòng)部分是在鋼板上左右兩部分分別按方形布局線切割四條長孔,形成柔性鉸鏈,在鋼板的四個(gè)側(cè)面鉆孔,在孔內(nèi)分別裝上壓電陶瓷,長方體鋼塊對(duì)稱立放在鋼板中間,通過螺釘與閥板連接,放置被測(cè)物體的工作臺(tái)直接放在長方體鋼塊上,在鋼塊底側(cè)鉆孔,分別裝入壓電陶瓷,鋼塊的上端分別纏有線圈。
文檔編號(hào)B25J7/00GK2339365SQ9824347
公開日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1998年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者姚英學(xué), 張宏志, 周亮 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)