CN104332183A - 三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，包括处于平台中心的固定的支架，与所述支架连接的三块柔性体呈正三角形分布且处于同一水平面上，每块柔性体包含一段波纹型薄片，三块柔性体的一端通过螺钉与所述的支架相连，另一端通过螺钉与承载台相连接。本发明能在定位平台整体尺寸很小的情况下获得大幅度的二维平动输出和一个转动输出，平台的运动是通过波纹型簧片的变形产生；采用波纹型薄片，大大增加了平台的整体柔度；波纹型薄片呈正三角形分布的结构，提高了输出的稳定性，降低了平动时终端平台的漂移，结构简单，加工方便，组件可分别加工再装配，也可采用线切割机床一体化加工成型。

Description

三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台

技术领域

本发明涉及一种三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，主要应用于精密定位、精密加工技术领域。

背景技术

在半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域，需要十分精确的定位和非常精细的运动，因此高性能的精密定位工作台成为了这些领域的技术支持。精密定位平台除了要有微纳米级的定位精度、优良的稳定性、刚度及快速响应等，还要求其有较大的运动行程。为了更好的获得这些突出性能，柔性元件常用到精密定位平台的设计中。柔性元件能够克服传统刚性铰链在平台运动过程中出现的爬行、反向间隙和磨损等缺点。

目前，常见的精密定位平台多数采用缺口型柔性铰链作为柔性元件，虽然在配合高性能的驱动器及优良的驱动方式后，其能达到亚微米甚至纳米级的定位精度，但其工作范围只有几十微米。少数微电机驱动的商用精密定位平台，虽然运动范围能达到毫米级，但精度却不够高，而且具有传统机械无法避免的缺点。针对这些问题，国内外学者都做了大量研究，也提出了不少大行程高精度的设计方案，但往往这些平台的整体尺寸偏大，加工成本偏高。

发明内容

为了获得毫米级大行程的高精度定位性能, 此发明提供一种三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，包括处于平台中心的固定的支架，与所述支架连接的三块柔性体呈正三角形分布且处于同一水平面上，每块柔性体包含一段波纹型薄片，三块柔性体的一端通过螺钉与所述的支架相连，另一端通过螺钉与承载台相连接。

进一步地，所述支架包括外部固定物体相连接的底座、向上凸出的设置在底座中间的凸台。

进一步地，所述柔性体包括具有弹性的波纹型薄片、分别设置于波纹型薄片两端的支架连接板和承载台连接板，所述承载台连接板通过螺钉与承载台相连接，所述支架连接板通过螺钉与所述的支架的凸台相连接，波纹型薄片的采用可以大大提高平台的柔度，缩小平台的整体尺寸。

进一步地，所述波纹型薄片横截面呈周期性波浪形，由若干直片段和半环形段交替相连而成。

进一步地，三块柔性体均为一体式机构，便于加工。

进一步地，三块柔性体的结构和尺寸完全一样，为了简化对该精密定位平台整体刚度的计算以及方便后期控制，同时由对称分布形式抵消平台的漂移。

进一步地，所述承载台呈多边形框式结构，由三块大小相同的方槽形边框沿正三角形布局首尾相连而成，更能减小平台的整体尺寸。

所述平台装配后处于同一平面上，且只有支架与外部固定相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）精密定位平台的整体尺寸在60mm×60mm以内，其将波纹型薄片用作柔性元件，能获得几毫米的二维平动输出和一维转动输出，可根据具体工作环境改变波纹型薄片的结构尺寸，得到适当的最大行程。

（2）采用柔性体呈正三角形分布的结构，提高了输出的稳定性，即降低了运动时轴心的漂移。

（3）柔性体部分采用线切割机床一体化加工成型，避免了装配引入的误差。

附图说明

图1是本发明三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台的立体结构示意图。

图2是柔性体的结构示意图。

图3波纹型薄片结构示意图。

图4是支架的立体结构示意图。

图5是承载台的立体结构示意图。

图中所示为：1.支架；11-底座；12-凸台；2.柔性体；21-支架连接板；22-波纹型薄片；221-直片段；222-半环形段； 23-承载台连接板；3. 承载台。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面用文字结合附图对本发明作进一步地描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表示的范围。

如图1所示，三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，包括处于平台中心的固定的支架1，与所述支架1连接的三块柔性体2呈正三角形分布且处于同一水平面上，每块柔性体2包含一段波纹型薄片，三块柔性体2的一端通过螺钉与所述的支架1相连，另一端通过螺钉与承载台3相连接。

具体来说，如图4所示，所述支架1包括外部固定物体相连接的底座11、向上凸出的设置在底座11中间的凸台12。

如图2所示，所述柔性体2包括具有弹性的波纹型薄片22、分别设置于波纹型薄片22两端的支架连接板21和承载台连接板23，所述承载台连接板23通过螺钉与承载台3相连接，所述支架连接板21通过螺钉与所述的支架1的凸台12相连接。

如图3所示，所述波纹型薄片22横截面呈周期性波浪形，由若干直片段221和半环形段222交替相连而成，为了方便通过已经推导出来的波纹型薄片22刚度的公式进行平台刚度的求解，这里采用的波纹型薄片22的两端的直片段221的长度取值为其他直片段221长度的一半。通过改变直片段221的长度、宽度、厚度，以及半环形段222的半径、个数以及材料，可以获得不同的刚度值，由此可以设计整个平台的最大行程。

三块柔性体2均为一体式机构，且结构和尺寸完全一样，这样既简化对该精密定位平台整体刚度的计算以及方便后期控制，同时由对称分布形式抵消平台的漂移，提高精度。

进一步地，所述承载台呈多边形框式结构，由三块大小相同的方槽形边框沿正三角形布局首尾相连而成，最大限度减小平台的整体尺寸，简化平台结构。

本实施例中，所述支架1主要用于支撑平台整体，与外部固定物体相连接，其形状结构可根据具体要求更改。为保证支架1在平台运动时不与波纹型薄片22相碰撞，支架1与柔性体2相连的一端需加工成凸台12。如图2所示，每一块柔性体2包含一段波纹型薄片22，波纹型薄片22作为柔性部位，柔性体2两端为刚性部位，用于和其他组件连接。波纹型薄片22与柔性体2的刚性部位以及其他组件之间需保留一定的运动空间，同时保有一定的运动空间的余量。为减小应力集中，波纹型薄片22与柔性体2的刚性部位之间的连接处采用圆角过渡。柔性体2一端与支架1相连，另一端与承载台3相连。承载台3为多边形框状，由于它的作用主要是承受载荷以及稳定地传递位移，所以形状可以多样，但本实施例的多边形框式结构是结合平台自身的特点而设计，更能减小平台的整体尺寸。

制备柔性体2时，采用精密走丝线切割机床一体化加工柔性体2，由于所述三块柔性体2完全一样，所以可以堆叠三块板材然后一次性切割以完成加工。

在图1中，该高精密定位平台在装配后柔性体2和承载台3处于同一水平面上。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：包括处于平台中心的固定的支架(1)，与所述支架(1)连接的三块柔性体(2)呈正三角形分布且处于同一水平面上，每块柔性体(2)包含一段波纹型薄片，三块柔性体(2)的一端通过螺钉与所述的支架(1)相连，另一端通过螺钉与承载台(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的三段波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：所述支架(1)包括外部固定物体相连接的底座(11)、向上凸出的设置在底座(11)中间的凸台(12)。

3.根据权利要求2所述的三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：所述柔性体(2)包括具有弹性的波纹型薄片(22)、分别设置于波纹型薄片(22)两端的支架连接板(21)和承载台连接板(23)，所述承载台连接板(23)通过螺钉与承载台(3)相连接，所述支架连接板(21)通过螺钉与所述的支架(1)的凸台(12)相连接。

4.根据权利要求2所述的三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：所述波纹型薄片(22)横截面呈周期性波浪形，由若干直片段(221)和半环形段(222)交替相连而成。

5.根据权利要求3所述的三段波纹型薄片对称分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：三块柔性体(2)均为一体式机构。

6.根据权利要求1所述的三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：三块柔性体(2)的结构和尺寸完全一样。

7.根据权利要求1至6任一项所述的三段波纹型薄片呈正三角形分布的大行程高精度定位平台，其特征在于：所述承载台(3)呈多边形框式结构，由三块大小相同的方槽形边框沿正三角形布局首尾相连而成。