CN102528472A - 垂直轴宏微复合直线运动平台装置 - Google Patents

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本发明公开了一种垂直轴宏微复合直线运动平台装置，该装置的宏动平台采用气浮导轨导向，直线电机驱动，光栅尺检测位置精度；宏动平台带动微动平台；由整体金属板切割加工出框架、微动平台和起连接以及导向作用的柔性铰链，框架固定在宏动平台上；微动平台和宏动平台之间通过气浮消除摩擦阻力；微动平台通过柔性铰链与框架实体连接，柔性铰链对称分布，通过材料的微量弹性弯曲变形，确保微动平台的导向和移动，压电陶瓷驱动器或音圈电机提供微动平台移动的动力，微动传感器感应微动平台的位移，从而实现微动平台的高精度位移和定位。

Description

垂直轴宏微复合直线运动平台装置
技术领域
本发明涉及一种垂直轴宏微复合直线运动平台装置。
背景技术宏微复合运动平台可用于超精密加工的进给系统中。宏运动平台实现大行程毫米或微米级的进给，微运动平台实现小行程微米或纳米级进给。宏微运动复合可加工精密光学元件的非轴对称表面，可重复加工具有复杂形状的各种异形元件，例如：自由曲面透镜／镜面、微镜阵列、微沟槽阵列等。
一般的宏微复合运动平台是在宏运动平台的基础上，安装快刀伺服器等典型或专用的小型微运动平台，这种微运动平台无法用于承载一定的负荷或开展宏微复合平台的实验研究。
发明内容
针对一般的宏微复合运动平台承载量不大的问题，本发明的目的是提供一种垂直轴宏微复合直线运动平台装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：宏动平台采用气浮导轨导向，直线电机驱动，光栅尺检测位置精度；宏动平台带动微动平台。由整体金属板切割加工出四周框架、内部的微动平台和起连接以及导向作用的柔性铰链，框架固定在宏动平台上，由压电陶瓷驱动器或音圈电机提供动力。微动平台和宏动平台之间通过气浮消除摩擦阻力。
本发明提供的一种垂直轴宏微复合直线运动平台装置，包括底座1，其承载着全部结构，气浮导轨2安装在底座1上，气浮导轨长度方向上表面中间开有长槽，直线电机定子3镶在气浮导轨长槽中，气浮导轨2侧面装有光栅定尺4；宏动平台6安装在气浮导轨2上，宏动平台6中安装直线电机动子5，通电后直线电机定子3与直线电机动子5的磁场作用，产生动力驱动宏动平台6在气浮导轨2上移动，宏动平台6上还装有光栅动尺15，光栅动尺15和光栅定尺4在运动过程中作用，检测宏位移的位置信息；框架7、工字型分布的四个柔性铰链10和微动平台11由一块整体金属通过线切割制作而成，其中框架7安装固定在宏动平台6上，微动平台11的一边与框架7的一边之间装有压电陶瓷驱动器或音圈电机14，微动平台11和宏动平台6的移动方向相互垂直，微动平台11的底部设有若干气孔和气道，通过孔中喷出的高压气体，使微动平台与宏动平台接触面之间形成气膜，以减少或消除摩擦；承物台12同下面的垫板13一起固定在微动平台11上。承物台12与框架7之间有间隙，垫板使承物台的高度稍高于四周的框架，避免接触摩擦。承物台12与框架7之间装有微动传感器，其中承物台侧面装有第一微动传感器8，框架侧面装有第二微动传感9,以检测微动平台的移位。
上述每个柔性铰链10的支干部宽度较宽，而铰链部宽度较窄，每个支干的两个端部为铰链部位。因此材料的受力发生的弹性弯曲变形集中在较窄的铰链部，而支干部无变形。铰链部位的轮廓为对称的圆弧过度，以避免应力集中。
上述宏动平台6的底部形状与气浮导轨2表面配合，宏动平台6与气浮导轨2的接触面上有气孔和气道，高压空气从孔中喷出，在气浮导轨2和宏动平台6之间形成气膜。
上述承物台12面积大于微动平台11，以利于承载各种仪器以开展宏微复合的研究。
气浮导轨支承宏动平台，直线电机提供宏运动的驱动力，光栅尺测量运动位置信息。
微动平台通过柔性铰链与框架实体连接。柔性铰链对称分布，通过材料的微量弹性弯曲变形，确保微动平台的导向和移动。
压电陶瓷驱动器或音圈电机提供微动平台移动的动力，微动传感器感应微动平台的位移。从而实现微动平台的高精度位移和定位。
通过气体薄膜将微动平台和宏动平台隔离，避免两平面直接接触，减少或消除摩擦阻力。
微动平台通过垫板连接承物台，承物台与面积与宏动平台面积相当，即尺寸比较大，方便安装研究仪器。
本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：
1）通过气浮导轨支承宏动平台，直线电机提供宏运动的驱动力，光栅尺测量运动位置信息。具有承载力强、运动精度高、运动速度快、加速度大的特点；
2）微动平台的运动方向与宏动平台的运动方向垂直。
3）微动平台通过柔性铰链与框架实体连接。柔性铰链对称分布，通过材料的微量弹性弯曲变形，确保微动平台的导向和移动。压电陶瓷驱动器或音圈电机提供微动平台移动的动力，微动传感器感应微动平台的位移。从而实现微动平台的高精度位移和定位；
4）通过气体薄膜将微动平台和宏动平台隔离，避免两平面直接接触，减少或消除摩擦阻力；
5）微动平台通过垫板连接承物台，承物台与面积与宏动平台面积相当，即尺寸比较大，方便安装研究仪器。
附图说明
图1是本发明装置的示意图。
图2是本发明装置的微动平台结构示意图。
其中: 1 底座  2 气浮导轨  3 直线电机定子  4 光栅定尺  5 直线电机动子  6 宏动平台  7 框架  8 第一微动传感器  9 第二微动传感器  10 柔性铰链  11 微动平台  12 承物台  13 垫板  14 压电陶瓷驱动器或音圈电机  15光栅动尺。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步地详细说明：
如图1所示，本发明包括底座1，承载着全部结构。气浮导轨2安装在底座上。气浮导轨长度方向上表面中间开有长槽，直线电机的定子3镶在气浮导轨长槽中。气浮导轨侧面装有光栅定尺4。宏动平台6的底部形状与气浮导轨表面配合，宏动平台与气浮导轨的接触面上有气孔和气道，高压空气从孔中喷出，在气浮导轨和宏动平台之间形成气膜，以减少或消除摩擦。宏动平台中装有直线电机动子5。通电后直线电机的定子和动子的磁场作用，产生动力驱动宏动平台在气浮导轨上移动。宏动平台上还装有光栅动尺15，光栅动尺和定尺在运动过程中作用，检测宏位移的位置信息。由一块整体金属通过线切割加工出框架7、工字型分布的四个柔性铰链10和微动平台11。微动平台的一边和框架之间装有压电陶瓷驱动器或音圈电机14。通电后，压电陶瓷驱动器或音圈电机推动微动平台移动。微动平台和宏动平台的移动方向相互垂直。每个柔性铰链10的支干部宽度较宽，而铰链部宽度较窄。每个支干的两个端部为铰链部位。因此材料的受力发生的弹性弯曲变形集中在较窄的铰链部，而支干部无变形。铰链部位的轮廓为对称的圆弧过度，以避免应力集中。微动平台的底部设有若干小气孔和气道，通过孔中喷出的高压气体，使微动平台和宏动平台接触面之间形成气膜，以减少或消除摩擦。承物台12通过垫板13固定在微动平台上。垫板使承物台的高度稍高于四周的框架，避免接触摩擦。承物台使微动平台的面积扩大，以利于承载各种仪器以开展宏微复合的研究。承物台边与框架之间装有微动传感器8和9，以检测微动平台的移位。

Claims (3)

1.一种垂直轴宏微复合直线运动平台装置，其特征在于: 该装置包括底座（1），气浮导轨（2）安装在底座（1）上，气浮导轨长度方向上表面中间开有长槽，直线电机定子（3）镶在气浮导轨长槽中，气浮导轨（2）侧面装有光栅定尺（4）；宏动平台（6）安装在气浮导轨（2）上，宏动平台（6）的底部形状与气浮导轨（2）表面相互匹配，宏动平台（6）与气浮导轨（2）的接触面上有气孔和气道，高压空气从孔中喷出，在气浮导轨（2）与宏动平台（6）之间形成气膜；宏动平台（6）中还安装直线电机动子（5），直线电机定子（3）与直线电机动子（5）相互作用，驱动宏动平台（6）在气浮导轨（2）上移动；宏动平台（6）上还装有光栅动尺（15），光栅动尺（15）与光栅定尺（4）相互匹配；框架（7）、工字型分布的四个柔性铰链（10）和微动平台（11）由一块整体金属切割而成，其中框架（7）安装在宏动平台（6）上，微动平台（11）的一边与框架（7）的一边之间装有压电陶瓷驱动器或音圈电机（14）；微动平台（11）与宏动平台（6）的移动方向相互垂直，微动平台（11）的底部设有若干气孔和气道，通过孔中喷出的高压气体，使微动平台（11）与宏动平台（6）接触面之间形成气膜；承物台（12）的下面连接垫板（13）后一同固定在微动平台（11）的上面；承物台（12）与框架（7）之间有间隙；承物台（12）与框架（7）之间还装有微动传感器，其中承物台（12）侧面装有第一微动传感器（8），框架（7）侧面装有第二微动传感（9）。
2.根据权利要求1所述的垂直轴宏微复合直线运动平台装置，其特征在于: 上述每个柔性铰链（10）的支干部宽度较宽，而铰链部宽度较窄，每个支干的两个端部为铰链部位；铰链部位的轮廓为对称的圆弧过度。
3.根据权利要求1所述的垂直轴宏微复合直线运动平台装置，其特征在于: 上述承物台（12）面积大于微动平台（11）。
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