CN111273418A - 一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置 - Google Patents

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王依
卢启鹏
龚学鹏
宋源
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，涉及真空紫外光学技术领域，解决现有光学元件定位采用电磁驱动结构复杂，需要采用真空隔离装置且不能满足使用要求等问题，包括光学平台，在光学平台两侧分别通过交错柔性铰链安装有驱动方向相反的压电驱动器；每个压电驱动器包括端盖、螺栓、压电振子、电极和端座；端盖与外界固定支撑连接，采用螺栓将端盖、压电振子、电极和端座依次串接；压电振子包括两组，所述两组压电振子极性偏置90度安装；每组压电振子包括多片压电振子，所述电极交替安装于每两片压电振子之间。本发明利用两组压电驱动器直接驱动光学平台X、Y、Z、RX、RZ五个自由度的调节，实现光学元件的精密定位。

Description

一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置
技术领域
本发明涉及真空紫外光学技术领域，具体涉及一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置。
背景技术
真空紫外光学系统中，对于光学元件的精密定位，传统的方法是采用电磁驱动，通常情况下，为满足真空系统要求，需要采用真空隔离措施。真空隔离导致结构复杂，系统可靠性下降。此外，电磁驱动的输出一般为一维自由度，而光学元件的精密定位需要多自由度的调节，由此导致电磁驱动的数量随调节自由度的需求而增加，进一步增加结构的复杂性。
为实现真空紫外光学系统光学元件的精密定位，简化系统结构，迫切需要一种兼容真空条件并能多自由度调节的精密定位方法。
发明内容
本发明为解决现有光学元件定位采用电磁驱动结构复杂，需要采用真空隔离装置且不能满足使用要求等问题，提供一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置。
一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，包括光学平台，在所述光学平台两侧分别通过交错柔性铰链安装有驱动方向相反的压电驱动器；通过对光学平台两侧压电驱动器振动形式的控制，实现光学平台在X、Y、Z、RX、RZ五个自由度的调节；
每个压电驱动器包括端盖、螺栓、压电振子、电极和端座；所述端盖与外界固定支撑连接，采用螺栓将端盖、压电振子、电极和端座依次串接；
所述压电振子包括两组，所述两组压电振子极性偏置90度安装；每组压电振子包括多片压电振子，所述电极交替安装于每两片压电振子之间。
本发明的有益效果：本发明利用两组压电驱动器直接驱动光学平台X、Y、Z、RX、RZ五个自由度的调节，实现光学元件的精密定位。采用本装置定位精度高，可达微米甚至纳米级，同时采用陶瓷材料的压电振子，满足真空条件对材料的要求，无需真空隔离直接驱动光学平台。压电驱动器利用逆压电效应，具有结构简单、低速、力矩大、自锁、定位精度高等特点。本方法尤其适用于真空紫外光学中光学元件的姿态调节。
本发明所述的定位装置，不仅实现无真空隔离条件下直接驱动，而且可保证光学元件多自由度、高精度空间位置定位。
附图说明
图1为本发明所述的一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置的结构示意图；
图2为本发明所述的一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置中压电驱动器的结构示意图；
图3为压电驱动器中压电振子的分区示意图。
图中，1、压电驱动器，1-1、端盖，1-2、螺栓，1-3、压电振子，1-4、电极，1-5、端座，2、交错柔性铰链，3、光学平台。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，基于压电陶瓷的逆压电效应，通过弯振的摩擦驱动来实现光学元件的多自由度精密定位。包括光学平台3，在所述光学平台3两侧分别通过交错柔性铰链2安装有驱动方向相反的压电驱动器1；通过对光学平台3两侧压电驱动器振动形式的控制，实现光学平台3在X、Y、Z、RX、RZ五个自由度的调节；
每个压电驱动器1包括端盖1-1、螺栓1-2、压电振子1-3、电极1-4和端座1-5；所述端盖1-1与外界固定支撑连接，采用螺栓1-2将端盖1-1、压电振子1-3、电极1-4和端座1-5依次串接；所述压电振子1-3包括两组，所述两组压电振子极性偏置90度安装；每组压电振子1-3包括多片压电振子，所述电极1-4交替安装于每两片压电振子之间。
本实施方式中，所述压电驱动器1产生驱动力，交错柔性铰链2是弹性元件，实现光学平台3的复位，光学平台3用于安装光学元件。
本实施方式中，所述光学平台3被驱动方式分为移动和转动，所述移动和转动的实现方式分别为：
结合图3，图中为压电振子的四个分区，图中的1+、2+、3+和4+为四个区的正极，通过激发压电振子四个不同分区，既可激发纵振，也可激发弯振。
通过改变相位差，激发振子的纵振，光学平台两侧的压电驱动器驱动方向相反，可实现X轴、Y轴、Z轴方向移动。通过改变相位差，激发其中一组振子的弯振，可实现绕Z轴的转动方向RZ或绕X轴的转动方向RX转动。本实施方式中，所述压电振子1-3采用材料为压电陶瓷PZT-8。
本实施方式所述的光学元件多自由度精密定位装置，利用两组压电驱动器直接驱动光学平台X、Y、Z、RX、RZ五个自由度的调节，实现光学元件的精密定位。采用本装置定位精度高，可达微米甚至纳米级，同时采用陶瓷材料的压电振子，满足真空条件对材料的要求，无需真空隔离直接驱动光学平台。压电驱动器利用逆压电效应，具有结构简单、低速、力矩大、自锁、定位精度高等特点。本方法尤其适用于真空紫外光学中光学元件的姿态调节。

Claims (4)

1.一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，包括光学平台(3)，其特征是：在所述光学平台(3)两侧分别通过交错柔性铰链(2)安装有驱动方向相反的压电驱动器(1)；通过对光学平台(3)两侧压电驱动器振动形式的控制，实现光学平台(3)在X、Y、Z、RX、RZ五个自由度的调节；
每个压电驱动器(1)包括端盖(1-1)、螺栓(1-2)、压电振子(1-3)、电极(1-4)和端座(1-5)；
所述端盖(1-1)与外界固定支撑连接，采用螺栓(1-2)将端盖(1-1)、压电振子(1-3)、电极(1-4)和端座(1-5)依次串接；
所述压电振子(1-3)包括两组，所述两组压电振子极性偏置90度安装；每组压电振子(1-3)包括多片压电振子，所述电极(1-4)交替安装于每两片压电振子之间。
2.根据权利要求1所述的一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，其特征在于：每组交错柔性铰链(2)均包括两件柔性铰链(2-1)，所述两件柔性铰链通过螺栓交错固定连接，实现每组铰链两侧两个方向的转动。
3.根据权利要求1所述的一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，其特征在于：所述柔性铰链(2)的材料为铍青铜QBe1.9。
4.根据权利要求1所述的一种真空条件下光学元件多自由度精密定位装置，其特征在于：所述压电振子(1-3)采用材料为压电陶瓷PZT-8。
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