專利名稱：一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于幾何量計(jì)量技術(shù)，涉及對精密運(yùn)動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在幾何量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域的平面干涉儀測量過程中，經(jīng)常需要對口徑達(dá)200 300 毫米甚至更大的大口徑平晶進(jìn)行納米級(jí)的微小平動(dòng)操作與定位，以實(shí)現(xiàn)對大口徑平晶平面度的可溯源測量。比較常用的精密定位方式包括精密導(dǎo)軌+電機(jī)閉環(huán)控制方式，該方式能實(shí)現(xiàn)大范圍精密定位，但定位精度只能達(dá)到微米級(jí)，而且閉環(huán)調(diào)整過程導(dǎo)致定位不穩(wěn)，會(huì)發(fā)生跳動(dòng)。另一種方式是采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)方式定位精度高，可以達(dá)到業(yè)納米級(jí)，響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是有一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，成本很高；另一個(gè)缺點(diǎn)是很難實(shí)現(xiàn)大平面的平動(dòng)，需要多個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器協(xié)調(diào)工作才能實(shí)現(xiàn)大截面積被測樣品的小范圍平動(dòng)，不但增加了成本，還導(dǎo)致控制系統(tǒng)過于復(fù)雜、由于器件間的分散性導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行效果不佳等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決大口徑平晶平面度的可溯源測量中的大平面、微米極運(yùn)動(dòng)范圍、納米級(jí)運(yùn)動(dòng)分辨力的平動(dòng)問題，而提出的一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，包括位移發(fā)生膜片、液壓殼體、液壓油、導(dǎo)管、波紋管、絲杠、滑塊、電機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制器；其連接關(guān)系為位移發(fā)生膜片安裝在殼體上，液壓殼體與導(dǎo)管相連，導(dǎo)管與波紋管相連，以上各部分組成了一個(gè)封閉的空間，內(nèi)部充滿了液壓油；滑塊與波紋管的末端相連，滑塊同時(shí)是絲杠的螺母，絲杠的旋轉(zhuǎn)將實(shí)現(xiàn)滑塊的平動(dòng)，電機(jī)連接在絲杠的端部，運(yùn)動(dòng)控制器連接電機(jī)。其中位移發(fā)生膜片優(yōu)選為硬鋁或者不銹鋼彈性材料，波紋管可以用活塞液壓缸或其他形式的液壓缸代替。其上述部分組成工作過程如下正向位移在運(yùn)動(dòng)控制器接收到正向位移指令時(shí)，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，絲杠帶動(dòng)滑塊平動(dòng)，擠壓波紋管的滑動(dòng)端，導(dǎo)致波紋管體積減小，由于液壓油體積不可壓縮，則液壓油推動(dòng)位移發(fā)生膜片，使其周圍的薄膜部分發(fā)生變形，位移發(fā)生膜片的中心向上拱起，發(fā)生正向位移，如圖2所示。負(fù)向位移在運(yùn)動(dòng)控制器接收到負(fù)向位移指令時(shí)，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，絲杠帶動(dòng)滑塊平動(dòng)，拉動(dòng)波紋管的滑動(dòng)端，導(dǎo)致波紋管體積增加，由于液壓油體積不可壓縮，則液壓油推動(dòng)位移發(fā)生膜片，使其周圍的薄膜部分發(fā)生變形，位移發(fā)生膜片的中心向下凹，發(fā)生負(fù)向位移，如圖3所示。
有益效果利用液壓原理，將大范圍、低精度的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為小范圍、高精度的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)； 將液壓油完全封閉在一個(gè)密閉空間中，即防止了液壓油的損失，也可以防止由于液體泄漏造成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)誤動(dòng)作，同時(shí)避免了對周圍環(huán)境的影響；運(yùn)動(dòng)部件利用彈性變形產(chǎn)生位移， 避免了滑動(dòng)部件的空程、間隙問題，運(yùn)動(dòng)重復(fù)性好；系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于位移輸出膜片與波紋管的截面積比，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)節(jié)；特別適用于需要大面積微小平動(dòng)的高精度控制場合。


圖1是基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2驅(qū)動(dòng)裝置正向位移過程示意圖。圖3驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)向位移過程示意圖。其中1-位移發(fā)生膜片、2-殼體、3-液壓油、4-導(dǎo)管、5-波紋管、6-絲杠、7-滑塊、 8-電機(jī)、9-運(yùn)動(dòng)控制器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖技實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，包括位移發(fā)生膜片1、殼體 2、液壓油3、導(dǎo)管4、波紋管5、絲杠6、滑塊7、電機(jī)8及運(yùn)動(dòng)控制器9。其連接關(guān)系為位移發(fā)生膜片1安裝在殼體2上，殼體2與導(dǎo)管4相連，導(dǎo)管4與波紋管5相連， 以上各部分組成了一個(gè)封閉的空間，內(nèi)部充滿了液壓油3?；瑝K7與波紋管5的末端相連， 滑塊7同時(shí)是絲杠6的螺母，絲杠6的旋轉(zhuǎn)將實(shí)現(xiàn)滑塊7的平動(dòng)，電機(jī)8連接在絲杠6的端部。所述位移發(fā)生膜片1用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置微小位移的輸出，位移發(fā)生膜片1的橫截面積與波紋管5的橫截面積為100 1以上，能夠保證位移發(fā)生膜片1的位移比波紋管5的位移縮小了 100倍以上，從而將由電機(jī)8、絲杠6、滑塊7構(gòu)成的毫米級(jí)運(yùn)動(dòng)行程、微米級(jí)運(yùn)動(dòng)分辨率的大范圍、低精度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為微米級(jí)運(yùn)動(dòng)行程、納米級(jí)運(yùn)動(dòng)分辨率的小范圍、 高精度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)行程范圍和運(yùn)動(dòng)分辨率主要取決于位移輸出膜片1與波紋管 5的截面積比，增加截面積比將提高系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分辨力、減小運(yùn)動(dòng)行程，但其損失的運(yùn)動(dòng)行程形成可以通過增加波紋管5的行程來補(bǔ)償。位移發(fā)生膜片1是一個(gè)中間厚、周圍薄的硬心膜片結(jié)構(gòu)，中間的硬心厚度大于等于周圍薄膜厚度的20倍，這樣當(dāng)位移發(fā)生膜片1在液壓油 3的壓力下產(chǎn)生彈性變形時(shí)，由于中間的厚度遠(yuǎn)大于周圍薄膜的厚度，彈性變形主要發(fā)生在位移發(fā)生膜片1的周圍，硬心只是發(fā)生微小的平動(dòng)。利用位移發(fā)生膜片1的周邊的彈性變形產(chǎn)生位移的好處是運(yùn)動(dòng)重復(fù)性好，能夠克服空程、間隙等滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程不可避免的缺陷， 從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)高運(yùn)動(dòng)分辨率，高復(fù)現(xiàn)性的目的。由位移發(fā)生膜片1、殼體2、導(dǎo)管4、波紋管5組成了一個(gè)封閉的空間，內(nèi)部充滿了液壓油3。由于液壓油3的不可壓縮性，波紋管5變形時(shí)對液壓油3的壓縮將通過導(dǎo)管4輸送到位移發(fā)生膜片1上。采用完全封閉的結(jié)構(gòu)可以防止整個(gè)系統(tǒng)由于液體滲漏造成位移發(fā)生膜片1的意外運(yùn)動(dòng)，也可以防止系統(tǒng)對外界環(huán)境的污染，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的免維護(hù)。所述波紋管5采用完全焊接密閉，即實(shí)現(xiàn)了油路密閉，同時(shí)還能進(jìn)行大范圍運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制器9根據(jù)控制指令實(shí)現(xiàn)對電機(jī)8的控制。其上述部分組成工作過程如下正向位移在運(yùn)動(dòng)控制器9接收到正向位移指令時(shí)，控制，電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，絲杠6帶動(dòng)滑塊7平動(dòng)，擠壓波紋管5的滑動(dòng)端，導(dǎo)致波紋管5體積減小，由于液壓油3體積不可壓縮， 則液壓油3推動(dòng)位移發(fā)生膜片1，使其周圍的薄膜部分發(fā)生變形，位移發(fā)生膜片1的中心向上拱起，發(fā)生正向位移，如圖2所示。負(fù)向位移在運(yùn)動(dòng)控制器9接收到負(fù)向位移指令時(shí)，電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，絲杠6帶動(dòng)滑塊 7平動(dòng)，拉動(dòng)波紋管5的滑動(dòng)端，導(dǎo)致波紋管體積增加，由于液壓油3體積恒定，則液壓油3 拉動(dòng)位移發(fā)生膜片1，使其周圍的薄膜部分發(fā)生變形，位移發(fā)生膜片1的中心向下凹，發(fā)生負(fù)向位移，如圖3所示。
具體實(shí)施例本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，位移驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)如下波紋管采用直徑IOmm的波紋管，位移發(fā)生膜片截面直徑200mm，位移發(fā)生膜片與波紋管的面積比達(dá)400 1，位移發(fā)生膜片采用硬鋁或者不銹鋼彈性材料，中心厚度10mm，周圍薄膜厚度0. 2毫米，硬心與薄膜厚度比達(dá)50 1，電機(jī)采用每周200步的步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行8倍細(xì)分，絲杠螺距mm，實(shí)現(xiàn)了 0.5mm 行程上1.5nm的運(yùn)動(dòng)分辨力。正向位移在運(yùn)動(dòng)控制器9接收到正向運(yùn)動(dòng)指令后，控制電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，則絲杠6帶動(dòng)滑塊7平動(dòng)，擠壓液紋管5的滑動(dòng)端，導(dǎo)致波紋管5體積減小，其中，波紋管5可以用活塞液壓缸或其他形式的液壓缸代替。由于液壓油3體積不可壓縮，則液壓油3推動(dòng)位移發(fā)生膜片1，使其周圍的較薄部分發(fā)生變形，位移發(fā)生膜片1的中心向上拱起，發(fā)生正向位移，如圖2所示。負(fù)向位移在運(yùn)動(dòng)控制器9接收到負(fù)向運(yùn)動(dòng)指令后，控制電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，絲杠6帶動(dòng)滑塊7運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)波紋管5的滑動(dòng)端，導(dǎo)致波紋管體積增加，由于液壓油3體積恒定，則液壓油3拉動(dòng)位移發(fā)生膜片1，使其周圍的較薄部分發(fā)生變形，位移發(fā)生膜片1的中心向下凹，發(fā)生負(fù)向位移，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，包括位移發(fā)生膜片(1)、殼體(2)、液壓油(3)、導(dǎo)管(4)、波紋管(5)、絲杠(6)、滑塊(7)、電機(jī)(8)及運(yùn)動(dòng)控制器(9)，其連接關(guān)系為位移發(fā)生膜片⑴安裝在先體⑵上，殼體⑵與導(dǎo)管⑷相連，導(dǎo)管⑷與波紋管 (5)相連，以上各部分組成了一個(gè)封閉的空間，內(nèi)部充滿液壓油(3)；滑塊(7)與波紋管(5) 的末端相連，滑塊(7)同時(shí)是絲杠(6)的螺母，絲杠(6)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)滑塊(7)的平動(dòng)，電機(jī) (8)連接在絲杠(6)的端部絲杠(6)由電機(jī)⑶帶動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制器(9)連按電機(jī)⑶，電機(jī) (8)由運(yùn)動(dòng)控制器(9)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，位移發(fā)生膜片(1)是一個(gè)中間厚、周圍薄的硬心膜片結(jié)構(gòu)，中間的硬心厚度大于等于周圍薄膜厚度的20倍，周圍薄模形邊沿厚度均勻。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的位移發(fā)生膜片(1)為硬鋁或者不銹鋼彈性材料。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，位移發(fā)生膜片(1)的橫截面積大于波紋管(5)的橫截面積。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，波紋管( 可以用活塞液壓缸或其他形式的液壓缸代替。
全文摘要
一種基于液壓原理的大平面微小位移平動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，本發(fā)明屬于幾何量計(jì)量技術(shù)，涉及對精密運(yùn)動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。該裝置包括位移發(fā)生膜片、殼體、液壓油、導(dǎo)管、波紋管、絲杠、滑塊、電機(jī)及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制器。位移發(fā)生膜片安裝在殼體上，殼體與導(dǎo)管相連，導(dǎo)管與波紋管相連，以上各部分組成了一個(gè)封閉的空間，內(nèi)部充滿了液壓油；滑塊與波紋管的末端相連，滑塊同時(shí)是絲杠的螺母，絲杠的旋轉(zhuǎn)將實(shí)現(xiàn)滑塊的平動(dòng)，電機(jī)連接在絲杠的端部，運(yùn)動(dòng)控制器用于控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01B13/22GK102538722SQ20111044587
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者蘭一兵, 張麗娟, 朱振宇, 李華豐, 李強(qiáng), 王霽 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所