，下面的柔性鉸鏈的下邊與中層嵌套移動(dòng)框架2連接。中層嵌套移動(dòng)框架2與內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架3的連接方式相同。
[0027]所述的X軸預(yù)緊裝置7和Y軸預(yù)緊裝置6的結(jié)構(gòu)相同，均由導(dǎo)桿63、預(yù)緊塊61和碟片彈簧62組成，預(yù)緊塊61為圓柱體，在其軸心設(shè)有滑孔，導(dǎo)桿63的一端滑動(dòng)插入預(yù)緊塊61的滑孔內(nèi)，導(dǎo)桿63的另一端設(shè)有螺紋，在該導(dǎo)桿63的螺紋端與預(yù)緊塊61之間套裝碟片彈簧62 ;所述的X軸預(yù)緊裝置7的預(yù)緊塊61通過(guò)外螺紋64連接在外層嵌套移動(dòng)框架I上；導(dǎo)桿63的螺紋端連接在中層嵌套移動(dòng)框架2的對(duì)應(yīng)邊的外側(cè)；所述的Y軸預(yù)緊裝置6的預(yù)緊塊61通過(guò)外螺紋64連接在中層嵌套移動(dòng)框架2的縱向邊上，導(dǎo)桿63的螺紋端連接在內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架3的對(duì)應(yīng)邊的外側(cè)；所述的X軸預(yù)緊裝置7和Y軸預(yù)緊裝置6的兩端的連接對(duì)象可以互換。
[0028]所述的PZT固定套筒裝置包括圓頭推力螺釘51、高硬度頂塊52、PZT驅(qū)動(dòng)器53、套筒54、導(dǎo)向塊55、套筒蓋56、調(diào)節(jié)螺釘57和鎖緊螺母58，PZT驅(qū)動(dòng)器53設(shè)在套筒54內(nèi)，在PZT驅(qū)動(dòng)器53的前端設(shè)有高硬度頂塊52，在該高硬度頂塊52的前端設(shè)有圓頭推力螺釘51，在PZT驅(qū)動(dòng)器53的后端設(shè)有導(dǎo)向塊55，在套筒54的后端設(shè)有套筒蓋56，在套筒蓋56的中心設(shè)有螺孔并安裝調(diào)節(jié)螺釘57，調(diào)節(jié)螺釘57穿入套筒蓋56的內(nèi)側(cè)并與導(dǎo)向塊55后端中心的凹槽相抵，調(diào)節(jié)螺釘57的后端安裝鎖緊螺母58。
[0029]所述的X軸PZT套筒裝置4設(shè)有一套，設(shè)在所述的外層固定框架I的橫向邊的中部；所述的Y軸PZT套筒裝置5設(shè)有兩套，以中點(diǎn)對(duì)稱地設(shè)在所述的外層固定框架I的縱向邊上。
[0030]所述的X軸預(yù)緊裝置7與X軸PZT套筒裝置4同軸向設(shè)置；所述的Y軸預(yù)緊裝置6與所述的Y軸PZT套筒裝置5同軸向設(shè)置。
[0031]本實(shí)用新型的外層固定框架I和中層嵌套移動(dòng)框架2具有相同的高度，內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架3比外層固定框架I和中層嵌套移動(dòng)框架2高出1mm。各個(gè)框架之間的鉸鏈的形狀和技術(shù)要求都相同，這樣在納米位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以避免因機(jī)械結(jié)構(gòu)不同造成的誤差，同時(shí)降低加工難度。預(yù)緊裝置和PZT套筒裝置聯(lián)合控制X軸向的行程；Y軸的兩個(gè)PZT套筒裝置通過(guò)螺絲固定在中層嵌套移動(dòng)框架2上。在Y軸的方向設(shè)置兩個(gè)PZT套筒裝置和預(yù)緊裝置，可聯(lián)合控制Y軸向的行程和方便修正Y軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角擺。
[0032]本實(shí)用新型的預(yù)緊裝置6和7通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)緊塊61上外螺紋64的行程可以擠壓碟片彈簧62以達(dá)到相應(yīng)嵌套移動(dòng)框架位移行程的作用。同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)X軸PZT套筒裝置4和Y軸PZT套筒裝置5的調(diào)節(jié)螺釘57擠壓導(dǎo)向塊55，使得PZT驅(qū)動(dòng)器53擠壓圓頭推力螺釘51，同樣可以調(diào)節(jié)位移臺(tái)相應(yīng)嵌套移動(dòng)框架位移行程的作用。預(yù)緊裝置不僅可以和PZT套筒裝置配合調(diào)節(jié)位移臺(tái)不同嵌套移動(dòng)框架的位移行程，還可以保護(hù)疊加的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，避免鉸鏈形變過(guò)大導(dǎo)致的不可恢復(fù)性的損傷。
[0033]由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)嬌貴的小體積元件，在使用和操作過(guò)程中要格外保護(hù)。針對(duì)所選型號(hào)的PZT驅(qū)動(dòng)器比較脆弱，不能承受剪切力和彎矩的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了 PZT套筒裝置如上圖6和圖7所示，X軸和Y軸PZT套筒裝置4和5的前端分別安裝在外層固定框架I和中層嵌套移動(dòng)框架2上，套筒裝置將PZT包在里面，首要的作用是杜絕外在機(jī)械力的影響，導(dǎo)向塊55后端是圓錐形凹槽，有一定的導(dǎo)向作用，保證讓調(diào)節(jié)螺釘57作用在PZT的中間的同時(shí)，配合圓頭推力螺釘52，能減小剪切力和彎矩對(duì)PZT的影響。此外，考慮到納米移動(dòng)平臺(tái)8是鋁合金材料，硬度較小，為減小對(duì)位移性能的影響，故設(shè)計(jì)高硬度合金鋼頂塊52，通過(guò)高硬度頂塊52使PZT推力作用到位移臺(tái)上。同時(shí)調(diào)節(jié)螺釘57可以和預(yù)緊裝置配合調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺(tái)8的行程。X軸PZT套筒裝置4內(nèi)的X軸的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器提供X向推動(dòng)力，并且X軸作為測(cè)量主方向；Υ軸的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器提供Y向推動(dòng)力，Y向位移起多次測(cè)量和修正偏擺的作用。在測(cè)量方向上采用一根壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器可以避免兩根壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器伸長(zhǎng)不一致產(chǎn)生的角擺現(xiàn)象；而測(cè)量方向垂直方向上采用兩根壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器能夠形成XY平面內(nèi)的擺動(dòng)補(bǔ)償。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，包括外層固定框架、中層嵌套移動(dòng)框架、內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架、移動(dòng)平臺(tái)和柔性鉸鏈，中層嵌套移動(dòng)框架安裝在外層固定框架內(nèi)，內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架設(shè)在中層嵌套移動(dòng)框架內(nèi)，在內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架內(nèi)固定移動(dòng)平臺(tái)；在外層固定框架與中層嵌套移動(dòng)框架之間、以及中層嵌套移動(dòng)框架與內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架之間都是通過(guò)在其運(yùn)動(dòng)方向上對(duì)稱分布的四個(gè)疊加的柔性鉸鏈連接；在所述的外層固定框架的橫向邊上裝有用于驅(qū)動(dòng)中層嵌套移動(dòng)框架沿X軸移動(dòng)的X軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；在所述的中層嵌套移動(dòng)框架的縱向邊上裝有用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架沿Y軸移動(dòng)的Y軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，在所述的外層固定框架I與中層嵌套移動(dòng)框架的至少一個(gè)橫向邊的中部之間裝有一個(gè)X軸預(yù)緊裝置，在所述的中層嵌套移動(dòng)框架與內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架的至少一個(gè)縱向邊之間裝有兩個(gè)Y軸預(yù)緊裝置；所述的X軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和Y軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器分別安裝在一固定套筒內(nèi)，分別組成X軸PZT套筒裝置和Y軸PZT套筒裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，其特征在于，所述的X軸預(yù)緊裝置和Y軸預(yù)緊裝置的結(jié)構(gòu)相同，均由導(dǎo)桿、預(yù)緊塊和碟片彈簧組成，預(yù)緊塊為圓柱體，在其軸心設(shè)有滑孔，導(dǎo)桿的一端滑動(dòng)插入預(yù)緊塊的滑孔內(nèi)，導(dǎo)桿的另一端設(shè)有螺紋，在該導(dǎo)桿的螺紋端與預(yù)緊塊之間套裝碟片彈簧；所述的X軸預(yù)緊裝置的預(yù)緊塊通過(guò)外螺紋連接在外層嵌套移動(dòng)框架上；導(dǎo)桿的螺紋端連接在中層嵌套移動(dòng)框架的對(duì)應(yīng)邊的外側(cè)；所述的Y軸預(yù)緊裝置的預(yù)緊塊通過(guò)外螺紋連接在中層嵌套移動(dòng)框架的縱向邊上，導(dǎo)桿的螺紋端連接在內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架的對(duì)應(yīng)邊的外側(cè)；所述的X軸預(yù)緊裝置和Y軸預(yù)緊裝置的兩端的連接對(duì)象能互換。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，其特征在于，所述的PZT固定套筒裝置包括圓頭推力螺釘、高硬度頂塊、PZT驅(qū)動(dòng)器、套筒、導(dǎo)向塊、套筒蓋、調(diào)節(jié)螺釘和鎖緊螺母，PZT驅(qū)動(dòng)器設(shè)在套筒內(nèi)，在PZT驅(qū)動(dòng)器的前端設(shè)有高硬度頂塊，在該高硬度頂塊的前端設(shè)有圓頭推力螺釘，在PZT驅(qū)動(dòng)器的后端設(shè)有導(dǎo)向塊，在套筒的后端設(shè)有套筒蓋，在套筒蓋的中心設(shè)有螺孔并安裝調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)螺釘穿入套筒蓋的內(nèi)側(cè)并與導(dǎo)向塊后端中心的凹槽相抵，調(diào)節(jié)螺釘?shù)暮蠖税惭b鎖緊螺母。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，其特征在于，所述的X軸PZT套筒裝置設(shè)有一套，設(shè)在所述的外層固定框架的橫向邊的中部；所述的Y軸PZT套筒裝置設(shè)有兩套，以中點(diǎn)對(duì)稱地設(shè)在所述的外層固定框架的縱向邊上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，其特征在于，所述的X軸預(yù)緊裝置與X軸PZT套筒裝置同軸向設(shè)置；所述的Y軸預(yù)緊裝置與所述的Y軸PZT套筒裝置同軸向設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，其特征在于，所述的疊加的柔性鉸鏈采用兩個(gè)相同的直圓型柔性鉸鏈重疊連接。
【專利摘要】一種柔性鉸鏈導(dǎo)向的二維納米位移臺(tái)，包括外層固定框架、中層嵌套移動(dòng)框架、內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架、移動(dòng)平臺(tái)和柔性鉸鏈，其特征在于，在所述的外層固定框架與中層嵌套移動(dòng)框架的至少一個(gè)橫向邊的中部之間裝有一個(gè)X軸預(yù)緊裝置，在所述的中層嵌套移動(dòng)框架與內(nèi)層嵌套移動(dòng)框架的至少一個(gè)縱向邊之間裝有兩個(gè)Y軸預(yù)緊裝置；所述的軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器分別安裝在一固定套筒內(nèi)，分別組成X軸PZT套筒裝置和Y軸PZT套筒裝置。本實(shí)用新型具有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和預(yù)緊結(jié)構(gòu)雙重調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)位移臺(tái)的行程以及耦合位移的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G12B5/00, G12B9/10
【公開(kāi)號(hào)】CN205211424
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520719876
【發(fā)明人】高思田, 李琪, 施玉書, 李偉, 李適, 王鶴群, 趙賢云
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日