CN107555399A - 一种并联压电三维微伺服平台的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联压电三维微伺服平台的结构，包括基体，所述的基体包括类似于三角形状的中间反光镜和与所述中间反光镜的三个角分别相连的三个压梁基体，在所述的三个基体的表面粘贴有压电陶瓷片进而形成三个压电陶瓷驱动器；三个压电陶瓷驱动器也呈三角形方式排布，所述中间反光镜位于三个压电陶瓷驱动器形成的内部空间内；通过在三个压电陶瓷片上加载电压来控制压电陶瓷驱动器的弯曲，进而实现中间反光镜绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。

Description

一种并联压电三维微伺服平台的结构

技术领域

本发明涉及一种微伺服平台结构，尤其涉及一种并联压电三维微伺服平台的结构。

背景技术

随着技术的迅速发展和进步，各领域对超精密定位技术提出了更多的挑战和要求，必须克服传统机械存在的冲击、摩擦、多环节传动损失等问题，实现整体化的结构设计和制造，达到轻量化、小型化、高集成的目的。基于柔性机构设计的精密定位平台广泛应用在精密定位和跟踪、光学精密检测以及生物医学微/纳操作等领域，并随着各个应用领域探索不断深入，对定位平台整体结构尺寸提出更高要求。因此，建立一种结构紧凑的压电驱动器驱动的微定位平台具有非常大的理论意义和现实意义。

传统压电微定位平台多采用多条压电梁等方式驱动，该种方式不仅难以保证各压电梁制造的一致性，同时对压电微定位平台的控制提出了较高的要求，限制了设备的定位精度，而并联式平台以其独特的结构实现各个驱动器的独立驱动。

压电梁作为驱动器的超精密定位技术，在整体的结构设计、理论分析模型、完整系统的搭建方面与传统精密定位技术具有本质性的区别。压电梁作为驱动器可用于对结构尺寸有特殊要求的超精密定位系统中。而压电梁驱动的微定位平台可以满足特定场合紧凑结构设计的目标，并且可以输出纳米级精度和分辨率的多维运动。压电梁驱动的微定位平台的这些优点使其成为超精密定位研究的重要组成部分，而且极大的推动了纳米级光学精密检测技术和生物医疗技术的跨越发展。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑、压电梁驱动器数量更少的并联压电三维微伺服平台的结构设计。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种并联压电三维微伺服平台的结构，包括基体，所述的基体包括类似于三角形状的中间反光镜和与中间反光镜的三个角分别相连的三个压梁基体，在所述的三个基体的表面粘贴有压电陶瓷片进而形成三个压电陶瓷驱动器；三个压电陶瓷驱动器呈三角形方式排布，所述中间反光镜位于三个压电陶瓷驱动器形成的内部空间内；通过在三个压电陶瓷片上加载电压来控制压电陶瓷驱动器的弯曲，进而实现中间反光镜绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。

进一步的，所述的基体还包括固定附属边，其整体为一个圆柱形的不锈钢片，固定附属边是其外圈结构，所述的压电梁基体、中间反光镜位于固定附属边内部；压电梁基体、中间反光镜、固定附属边是由同一片不锈钢片线切割制作而成的一体件。

进一步的，所述中间反光镜位于基体中间部分，其通过抛光处理后可反射光束。

进一步的，所述基体固定于底座上，且在所述的固定附属边上设有固定压环，所述的固定压环、固定附属边及底座通过螺栓相连。

进一步的，所述中间反光镜存在绕x、y轴的转动和在垂直方向上的平动。

进一步的，所述基体、底座和固定压环均为304不锈钢材料，金属材料的一种。

进一步的，所述压电陶瓷片为PZT材料，并通过环氧树脂或金属焊接材料粘接在压电梁基体上表面。

本发明采用压电陶瓷驱动器作为中间反光镜的驱动器。通过固定压环将基体固定在底座上，其中基体是由中间反光镜、压电梁基体和固定附属边组成，并通过一块不锈钢一体线切割加工而成的。螺栓起到固连底座和固定压环的作用。压电陶瓷片通过环氧树脂或金属焊接材料粘接在压电梁基体上表面，并通过在三个压电陶瓷片上加载电压来控制压电陶瓷驱动器的弯曲，进而实现中间反光镜绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。

综上所述，本发明具有以下优点：

1.使用压电陶瓷片作为三维微定位平台的驱动材料，不仅成本更低、制造可靠性高，而且性能更加稳定；

2.使用一块不锈钢片一体加工出压电梁基体和中间反光镜部分，不仅降低装配难度，而且提高各组成部分相对位置精度；

3.将压电驱动梁数量减少至三个，不仅降低制作难度，减少不同驱动梁制造时的差异性带来的定位精度误差，而且降低了微定位平台的整体控制难度；

4.中间反光镜设计为三角形，提高了反光镜相对整体微定位平台的占有面积，使平台更加紧凑。

以上所述仅是对本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明并可依照说明书的内容予以实施，附图详细说明如下。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明提供的并联压电三维微伺服平台结构的轴测图；

图2为本发明提供的并联压电三维微伺服平台的原理图；

图3为本发明提供的并联压电三维微伺服平台压电陶瓷驱动器的结构图；

图4为本发明中基体的机构示意图；

图中，1底座，2压电陶瓷片，3固定压环，4螺栓，5中间反光镜，6固定附属边，7压梁基体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，并在兼顾考虑平台结构优化、制造工艺等因素的基础上，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。当然参考附图描述的实施例只是示例性的，目的在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的过多限制。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于讲述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固定”、“相连”、“粘接”、“贴”等应做广义理解，表示可以是固定连接。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，为本发明并联压电三维微伺服平台结构的轴测图，具体包括基体，所述的基体包括类似于三角形状的中间反光镜5和与所述中间反光镜5的三个角分别相连的三个压梁基体7，在所述的三个压梁基体的表面粘贴有压电陶瓷片2进而形成三个压电陶瓷驱动器；三个压电陶瓷驱动器也呈三角形方式排布，所述中间反光镜位于三个压电陶瓷驱动器形成的内部空间内；通过在三个压电陶瓷片上加载电压来控制压电陶瓷驱动器的弯曲，进而实现中间反光镜绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。

三个压梁基体7与中间反光镜5的三个侧面基本平行，也成三角形方式分布；三个压梁基体单独设置，互不相连；即三个压电陶瓷驱动器单独设置互不相连。

中间反光镜、压电梁基体和固定附属边，是由同一片不锈钢片线切割制作而成的一体件。

所述中间反光镜位于基体中间部分，通过抛光处理后可反射光束。

所述基体、底座和固定压环均为304不锈钢材料，金属材料的一种。

所述压电陶瓷片为PZT材料，并通过环氧树脂或金属焊接材料粘接在压电梁基体上表面。

本发明采用压电陶瓷驱动器作为中间反光镜5的驱动器。通过固定压环5将基体固定在底座1上，其中基体是由中间反光镜5、压电梁基体7和固定附属边6组成，并通过一块不锈钢一体线切割加工而成的。螺栓4起到固连底座1和固定压环3的作用。压电陶瓷片2通过环氧树脂或金属焊接材料粘接在压电梁基体7上表面，并通过在三个压电陶瓷片7上加载电压来控制压电陶瓷驱动器的弯曲，进而实现中间反光镜5绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。

如图2所示，为本发明并联压电三维微伺服平台的原理图。本发明采用三个压电陶瓷驱动器驱动中间反光镜5，包括绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。当在压电陶瓷片2加载电压时，压电陶瓷驱动器发生如图2所示弯曲，则中间反光镜5将产生绕y轴转动。

如图3所示，为本发明提供的并联压电三维微伺服平台压电陶瓷驱动器的结构图。本发明采用环氧树脂或金属焊接材料等方法将压电陶瓷片2粘接在压电梁基体7上表面。

本发明致力于克服传统微定位平台中压电驱动器数量多、相对体积比小、各驱动器制造一致性差和控制困难大等问题，提出一种结构紧凑、压电驱动器数量少和相对控制较简单的并联压电三维微伺服平台，并且可以输出微/纳米级精度和分辨率的三维运动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，包括基体，所述的基体包括类似于三角形状的中间反光镜和与所述中间反光镜的三个角分别相连的三个压梁基体，在所述的三个基体的表面粘贴有压电陶瓷片进而形成三个压电陶瓷驱动器；三个压电陶瓷驱动器也呈三角形方式排布，所述中间反光镜位于三个压电陶瓷驱动器形成的内部空间内；通过在三个压电陶瓷片上加载电压来控制压电陶瓷驱动器的弯曲，进而实现中间反光镜绕x、y轴的转动和垂直方向的平动。

2.如权利要求1所述的并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，所述的基体还包括固定附属边，其整体为一个圆柱形的不锈钢片，固定附属边是其外圈结构，所述的压电梁基体、中间反光镜位于固定附属边内部。

3.如权利要求2所述的并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，所述的压电梁基体、中间反光镜、固定附属边是由同一片不锈钢片基体线切割制作而成的一体件。

4.如权利要求2所述的并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，所述中间反光镜是基体的中间部分，其通过抛光处理后可反射光束。

5.如权利要求1所述的并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，所述基体固定于底座上，且在所述的固定附属边上设有固定压环，所述的固定压环、固定附属边及底座通过螺栓相连。

6.如权利要求5所述的并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，所述基体、底座和固定压环均为304不锈钢材料。

7.如权利要求1所述的并联压电三维微伺服平台的结构，其特征在于，所述压电陶瓷片为PZT材料，并通过环氧树脂或金属焊接材料粘接在压电梁基体上表面。