CN108453492A - 一种用于微纳刻划的大行程压入机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微纳刻划的大行程压入机构，包括探针安装平台，压入机构采用左右对称形式，包括基体、压电陶瓷驱动器、杠杆放大机构I、双平行板导向机构、平行四边形导向机构、杠杆放大机构II、柔性支撑机构和桥式放大机构，压电陶瓷驱动器设置于压入机构的中心位置，压电陶瓷驱动器通过缺口型柔性铰链与双平行板导向机构相连，双平行板导向机构通过连接杆I与杠杆放大机构I连接，杠杆放大机构I通过半缺口型柔性铰链与平行四边形导向机构连接，平行四边形导向机构通过连接杆II与杠杆放大机构II相连，并通过柔性支撑机构与桥式放大机构相连，桥式放大机构连接至探针安装平台。本发明具有高精度、高稳定性、大行程的特点。

Description

一种用于微纳刻划的大行程压入机构
技术领域
本发明涉及基于探针的微纳刻划技术领域，具体涉及一种用于微纳刻划的大行程压入机构。
背景技术
随着生物医疗、半导体等科学技术的不断发展，对具备更多功能和更小尺寸的器件和设备也提出了更高的要求，现有的微纳加工方法存在着自身无法解决的问题，比如光刻加工方法成本昂贵，纳米压印技术只能加工与母型相同的结构，而基于探针的微纳刻划技术具有成本低、控制简单，以及可以加工任意形状的图案的特点，是一种具有广泛应用前景的微纳加工技术。但是传统的基于原子力显微镜的探针加工方法，由于连接驱动机构与探针的悬臂梁刚度很小，导致整个压入机构的动态性能较差，从而导致加工速度有限，而且对于超硬材料的加工存在很大的限制，并且由于悬臂梁正向与侧向的刚度存在很大的差别，导致加工方向对加工效果的影响很大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有高精度、高稳定性的用于微纳刻划的大行程压入机构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于微纳刻划的大行程压入机构，包括探针安装平台，所述压入机构采用左右对称形式，包括基体、压电陶瓷驱动器、杠杆放大机构I、双平行板导向机构、平行四边形导向机构、杠杆放大机构II、柔性支撑机构和桥式放大机构，所述压电陶瓷驱动器设置于压入机构的中心位置，可输出竖直方向上的位移，压电陶瓷驱动器通过缺口型柔性铰链与所述双平行板导向机构相连，所述双平行板导向机构通过连接杆I与杠杆放大机构I连接，杠杆放大机构I通过半缺口型柔性铰链与所述平行四边形导向机构连接，平行四边形导向机构通过连接杆II与所述杠杆放大机构II相连，并通过所述柔性支撑机构与所述桥式放大机构相连，桥式放大机构连接至探针安装平台。
进一步的，所述压入机构具有三级的运动放大机构作用。基体上设有安装孔。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.整体机构采用柔性、对称式设计，可使机构获得高精度、高刚度特性。
2.采用三级放大机构(两级杠杆放大和桥式放大机构)对输入位移进行放大，保证机构有足够大的输出位移驱动探针进行微纳刻划加工。
3.采用平行四边形机构，对运动的传递过程进行稳定。
4.采用柔性铰链及连接杆连接各级放大机构，可有效补偿加工与装配不对称造成的误差与非输出方向上的耦合误差，增强稳定性。
5.采用双平行板导向机构对输入位移进行约束，可有效平衡压电陶瓷对双侧的输入；
6.采用柔性支撑机构对桥式放大机构的进行竖直方向上的约束，可有效提高末端执行机构的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2是本发明的三维结构示意图。
附图标记：1、基体，2、压电陶瓷驱动器，3、双平行板导向机构，4、安装孔，5、缺口型柔性铰链，6、半缺口型柔性铰链，7、连接杆I，8、杠杆放大机构I，9、平行四边形导向机构，10、连接杆II，11、杠杆放大机构II，12、柔性支撑机构，13、桥式放大机构，14、探针安装平台。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图2，为本实施例中用于微纳刻划的高精度、高稳定性的大行程压入机构，机构采用左右对称式设计；压电陶瓷驱动器2位于整个机构的中心位置，通过缺口型柔性铰链5与双平行板导向机构3连接，双平行板导向机构3经连接杆I 7与杠杆放大机构I8连接，然后通过半缺口型柔性铰链6与平行四边形导向机构9相连，其中平行四边形导向机构9与杠杆放大机构I 8共用一杆，平行四边形导向机构9经过连接杆II 10与杠杆放大机构II 11相连，并在柔性支撑机构12的作用下与桥式放大机构13直接相连，连接到探针安装平台14。
本发明压入机构的工作原理如下：
压电陶瓷驱动器2为压入机构提供输入位移，双平行板导向机构3将可有效平衡压电陶瓷对双侧的输入，提高机构整体的动态性能，经连接杆I 7，运动传递到杠杆放大机构I8，平行四边形机构9对运动进行导向，经连接杆II 10将运动传递至杠杆放大机构II 11，最后在柔性支撑机构12的导向作用下，将运动传递至桥式放大机构13，并最终通过探针安装平台14，固定探针，并实现大行程压入操作。
综上，本发明的压入机构不但能够实现高精度、高稳定性的压入操作，而且能够提供经过三级放大的大压入行程。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于微纳刻划的大行程压入机构，包括探针安装平台，其特征在于，所述压入机构采用左右对称形式，包括基体、压电陶瓷驱动器、杠杆放大机构I、双平行板导向机构、平行四边形导向机构、杠杆放大机构II、柔性支撑机构和桥式放大机构，所述压电陶瓷驱动器设置于压入机构的中心位置，可输出竖直方向上的位移，压电陶瓷驱动器通过缺口型柔性铰链与所述双平行板导向机构相连，所述双平行板导向机构通过连接杆I与杠杆放大机构I连接，杠杆放大机构I通过半缺口型柔性铰链与所述平行四边形导向机构连接，平行四边形导向机构通过连接杆II与所述杠杆放大机构II相连，并通过所述柔性支撑机构与所述桥式放大机构相连，桥式放大机构连接至探针安装平台。
2.根据权利要求1所述的用于微纳刻划的大行程压入机构，其特征在于，所述压入机构具有三级的运动放大机构作用。
3.根据权利要求1所述的用于微纳刻划的大行程压入机构，其特征在于，所述基体上设有安装孔。
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