CN102830711B - 一种大行程、高精度的微动台 - Google Patents

Abstract

一种大行程、高精度的微动台，其特征在于包括宏运动部分、微运动部分、微电脑控制装置，宏运动部分包括直线导轨、由精密滚珠丝杠机构带动的宏动台、光栅测量器，微运动部分包括设置在宏动台上的微动驱动机构、由微动驱动机构带动的工件固装置、激光干涉测量仪，光栅测量器的电信号输出、激光干涉测量仪的电信号输出分别与微电脑控制装置的电信号输入相连，微电脑控制装置的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构的控制电信号输入、微动驱动机构的控制电信号输入相连。本发明与已有技术相比，具备较大的驱动力和运动范围，高的分辨率和控制精度，能方便地实现微定位的优点。

Description

一种大行程、高精度的微动台

技术领域

 本发明涉及一种微运动平台装置。

背景技术

自上世纪末起，制造技术向着超精密、微型化方向，生物技术向着基因组分析方向以及微电子技术向着超大规模集成型方向发展，这些领域对微动装置提出了新的要求，即微动台能精确输出纳米量级的位移，并要有尽可能大的驱动力和运动范围，有高的分辨率和控制精度，从而能方便地实现微定位和纳米测量。

目前，我国生产企业和科研院所所使用的微动台多数依赖进口，价格昂贵，维修和调试不方便，而国内设计生产的微动台普遍存在精度低、应用范围狭窄等缺点，因此市场占有率不高，难以大量投入应用。

发明内容

本发明的发明目的在于适应精密加工制造和定位的需要，结合机械、电子、光学测量、智能控制等相关技术，设计一种能输出纳米量级的位移，具备较大的驱动力和运动范围，高的分辨率和控制精度，能方便地实现微定位的大行程、高精度的微动台。

本发明是这样实现的：包括宏运动部分、微运动部分、微电脑控制装置，宏运动部分包括直线导轨、由精密滚珠丝杠机构带动的宏动台、光栅测量器，微运动部分包括设置在宏动台上的微动驱动机构、由微动驱动机构带动的工件固装置、激光干涉测量仪，光栅测量器的电信号输出、激光干涉测量仪的电信号输出分别与微电脑控制装置的电信号输入相连，微电脑控制装置的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构的控制电信号输入、微动驱动机构的控制电信号输入相连。

使用时，将工件安装至工件固装置，微电脑控制装置发出运动指令，控制精密滚珠丝杠机构上的交流伺服电机运转，电机的转动将使宏动台作直线进给运动，从而实现工件固装置大行程的功能。宏动台的实际位移经光栅测量器测得，返回给微电脑控制装置，形成闭环控制，控制算法将采用智能PID算法，以提高运动精度。工件固装置的运动也是根据计算机发出的指令，经微电脑控制装置处理后，再通过微动驱动机构实现工件固装置纳米级直线进给或转动，其实际微位移由激光干涉测量仪测得，并返回至微电脑控制装置，进行误差补偿，达到闭环控制的目的。

     这里，微动驱动机构包括设置在宏动台上的三套以上的三自由度移动单元、三套微动动力装置，三自由度移动单元包括固定在宏动台上的导槽、通过第一导轨滑动设置在导槽上的中间构件、转动设置在中间构件上的转盘、设置在转盘上的第二导轨、通过导槽滑动设置在第二导轨上的基座，第二导轨与第一导轨相互垂直，其中两相邻的三自由度移动单元的第一导轨相互平行，并垂直于另外的三自由度移动单元的第一导轨，微动动力装置包括固定在宏动台上的立柱、设置在立柱与中间构件间的压电陶瓷。三自由度移动单元呈多边形分布，多边形的边的数量与三自由度移动单元的数量相同。

工作时，通过三套微动动力装置上的压电陶瓷的不同的伸缩量，来实现工件固装置的前后移动、左右移动、旋转等微运动。

这里，为了方便控制，微电脑控制装置包括PC控制器、宏运动控制板、微运动控制板，光栅测量器的电信号输出、激光干涉测量仪的电信号输出分别与宏运动控制板的电信号输入、微运动控制板的电信号输入相连，宏运动控制板的控制电信号输出、微运动控制板的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构上的伺服驱动板的控制电信号输入、压电陶瓷上的压电陶瓷驱动器的控制电信号输入相连，PC控制器的电信号通信端分别与宏运动控制板的电信号通信端、微运动控制板的电信号通信端相连。

这里，在中间构件与宏动台间连接有柔性铰接。采用柔性铰接，使中间构件稳定地设置在宏动台上，同时，又能在一定幅度上进行微移动。

本发明与已有技术相比，具有能输出纳米量级的位移，具备较大的驱动力和运动范围，高的分辨率和控制精度，能方便地实现微定位的优点。

附图说明

图1是本发明微动台的系统原理图；

图2为微动驱动机构的结构示意图；

图3为三自由度移动单元的结构示意图

具体实施方式：

现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

本发明包括宏运动部分1、微运动部分2、微电脑控制装置3，宏运动部分1包括直线导轨4、由精密滚珠丝杠机构5带动的宏动台6、光栅测量器7，微运动部分2包括设置在宏动台6上的微动驱动机构8、由微动驱动机构8带动的工件固装置9、激光干涉测量仪10，光栅测量器7的电信号输出、激光干涉测量仪10的电信号输出分别与微电脑控制装置3的电信号输入相连，微电脑控制装置3的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构5的控制电信号输入、微动驱动机构8的控制电信号输入相连。

微动驱动机构8包括设置在宏动台6上的三套三自由度移动单元11、三套微动动力装置12，三自由度移动单元11包括固定在宏动台6上的导槽13、通过第一导轨14滑动设置在导槽13上的中间构件15、转动设置在中间构件15上的转盘16、设置在转盘16上的第二导轨17、通过导槽18滑动设置在第二导轨17上的基座19，第二导轨17与第一导轨14相互垂直，三套三自由度移动单元呈三角形（等边三角形）分布，其中两相邻的三自由度移动单元11a的第一导轨14相互平行，并垂直于另外的三自由度移动单元11b的第一导轨14，微动动力装置12包括固定在宏动台6上的立柱20、设置在立柱20与中间构件15间的压电陶瓷21。在中间构件15与宏动台6间连接有柔性铰接22。

微电脑控制装置3包括PC控制器23、宏运动控制板24、微运动控制板25，光栅测量器7的电信号输出、激光干涉测量仪10的电信号输出分别与宏运动控制板24的电信号输入、微运动控制板25的电信号输入相连，宏运动控制板24的控制电信号输出、微运动控制板25的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构5上的伺服驱动板的控制电信号输入、压电陶瓷21上的压电陶瓷驱动器的控制电信号输入相连，PC控制器23的电信号通信端分别与宏运动控制板24的电信号通信端、微运动控制板25的电信号通信端相连。

Claims (1)

1.一种大行程、高精度的微动台，包括宏运动部分、微运动部分、微电脑控制装置，宏运动部分包括直线导轨、由精密滚珠丝杠机构带动的宏动台、光栅测量器，其特征在于微运动部分包括设置在宏动台上的微动驱动机构、由微动驱动机构带动的工件固装置、激光干涉测量仪，光栅测量器的电信号输出、激光干涉测量仪的电信号输出分别与微电脑控制装置的电信号输入相连，微电脑控制装置的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构的控制电信号输入、微动驱动机构的控制电信号输入相连，微动驱动机构包括设置在宏动台上的三套三自由度移动单元、三套微动动力装置，三自由度移动单元包括固定在宏动台上的导槽、通过第一导轨滑动设置在导槽上的中间构件、转动设置在中间构件上的转盘、设置在转盘上的第二导轨、通过导槽滑动设置在第二导轨上的基座，第二导轨与第一导轨相互垂直，其中两相邻的三自由度移动单元的第一导轨相互平行，并垂直于另外的三自由度移动单元的第一导轨，微动动力装置包括固定在宏动台上的立柱、设置在立柱与中间构件间的压电陶瓷。

2. 根据权利要求1所述的大行程、高精度的微动台，其特征在于三自由度移动单元是三套，三套三自由度移动单元呈三角形分布。

3. 根据权利要求2所述的大行程、高精度的微动台，其特征在于三套三自由度移动单元呈等边三角形分布。

4．根据权利要求1或2或3所述的大行程、高精度的微动台，其特征在于在中间构件与宏动台间连接有柔性铰接。

5. 根据权利要求1或2或3所述的大行程、高精度的微动台，其特征在于微电脑控制装置包括PC控制器、宏运动控制板、微运动控制板，光栅测量器的电信号输出、激光干涉测量仪的电信号输出分别与宏运动控制板的电信号输入、微运动控制板的电信号输入相连，宏运动控制板的控制电信号输出、微运动控制板的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构上的伺服驱动板的控制电信号输入、压电陶瓷上的压电陶瓷驱动器的控制电信号输入相连，PC控制器的电信号通信端分别与宏运动控制板的电信号通信端、微运动控制板的电信号通信端相连。

6. 根据权利要求4所述的大行程、高精度的微动台，其特征在于微电脑控制装置包括PC控制器、宏运动控制板、微运动控制板，光栅测量器的电信号输出、激光干涉测量仪的电信号输出分别与宏运动控制板的电信号输入、微运动控制板的电信号输入相连，宏运动控制板的控制电信号输出、微运动控制板的控制电信号输出分别与精密滚珠丝杠机构上的伺服驱动板的控制电信号输入、压电陶瓷上的压电陶瓷驱动器的控制电信号输入相连，PC控制器的电信号通信端分别与宏运动控制板的电信号通信端、微运动控制板的电信号通信端相连。