CN204772444U - 一种磁性高精度微位移平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种磁性高精度微位移平台，包括有支撑平台和设置在所述支撑平台上的位移装置，所述支撑平台上设置有第一位移件，所述第一位移件与所述位移装置连接，所述位移装置带动所述第一位移件沿所述支撑平台运动，所述第一位移件具有一个相对于其位移方向倾斜的斜面，所述第一位移件的斜面上滑动设置有第二位移件，所述第一位移件与第二位移件之间贴紧配合，所述支撑平台上还设置有约束装置，所述约束装置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的运动。本申请的方案中，通过以行程换精度的方式，最终得到的位移值小于位移装置输出的位移值，如此，直接提高了本申请微位移平台的精度。

Description

一种磁性高精度微位移平台

技术领域

本实用新型涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种磁性高精度微位移平台。

背景技术

近年来，随着微电子/光电子信息器件制造、微纳制造、光机电一体化、超精密加工技术的飞速发展，制造装备对精度的要求越来越高。例如，约束刻蚀剂层技术电化学加工过程中基材和模板之间的距离需要始终控制在约束刻蚀剂层厚度(纳米或者亚微米)以内、扫描探针显微镜需要实现单分子或原子的纳米操作或装配、纳米压印装备要实行复杂图形的10nm尺度的成形复制、超精密金刚石车床加工光学零件的形状精度和表面粗糙度控制在几个纳米以内等。

由于上述这些超高的精度要求，传统意义上的电机驱动器显然己无法满足精密运动的苛刻要求，所以，具有高精度的，能直接将电或磁能转换成机械能的智能材料驱动器出现在了人们的视野之中。适合于纳米级精度运动的智能材料微驱动器主要有压电陶瓷驱动器、超磁致伸缩驱动器和形状记忆合金驱动器。因具有位移分辨率高、驱动力大、刚度高、体积小、可靠性高等优点，目前已广泛的运用于各精密技术领域之中，其中，压电陶瓷驱动器是其中应用最为广泛的一种智能材料微驱动器。

目前，已研制出了多种压电陶瓷驱动的微位移平台，并在光刻机、扫描探针显微镜、电化学加工装备、超精密机床、太空柔性机械臂和天文望远镜中得到了成功应用，对机械、物理、化学、材料和生物等领域纳米/亚纳米尺度的研究起着越来越重要的作用。

压电陶瓷的工作原理是，直接驱动控制压电陶瓷实现纳米精度的定位，控制压电陶瓷驱动器是利用压电材料的逆压电特性，在输入电压或电流的作用下产生形变，达到机械运动的目的，因而能保证纳米级分辨率运动，有着传统电机驱动不可比拟的优势。

但是，随着科学技术的进步，各个领域所要求的精度越来越高，上述采用压电陶瓷驱动的微位移平台已日渐不能够达到足够的精度要求，同时，随着位移精度的提高，其控制难度也随着大大增加了。

所以，目前亟需一种能够提供更高精度的微位移平台。

发明内容

本实用新型的目的在于克服目前微位移平台精度较低的弊端，提供了一种具有更高精度的新型磁性高精度微位移平台。

一种磁性高精度微位移平台，包括有支撑平台和设置在所述支撑平台上的位移装置，所述支撑平台上设置有第一位移件，所述第一位移件与所述位移装置连接，所述位移装置带动所述第一位移件沿所述支撑平台运动，所述第一位移件具有一个相对于其位移方向倾斜的斜面，所述第一位移件的斜面上滑动设置有第二位移件，所述第一位移件与第二位移件之间贴紧配合，所述支撑平台上还设置有约束装置，所述约束装置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的运动，使得当第一位移件被所述位移装置带动而产生位移时，所述第二位移件被所述第一位移件带动而产生位移，所述第二位移件的位移方向与所述第一位移件的位移方向相垂直。

作为本申请的优选方案，所述第一位移件的斜面与其位移方向的夹角为A度，0＜A＜45。

在本申请的所述方案中，支撑平台上设置位移装置和第一位移件，位移装置带动第一位移件运动，第一位移件具有一个相对于其位移方向倾斜的斜面，当位移装置提供一定的位移值带动第一位移件时，由于约束装置的存在，此时，第二位移件在垂直于第一位移件位移方向上将产生一定的位移值，第二位移件的位移值与位移装置提供的位移值相关，还与第一位移件斜面的倾斜程度相关，即，设第一位移件的斜面与其位移方向的夹角为A度，当位移装置提供的位移值为X时，第二位移件产生的位移值即为Y=Xtan（A），第二位移件的位移方向与第一位移件的位移方向垂直，如此，当夹角A小于45度时，将得到一个小于X值的位移值，当进一步的减小夹角A时，位移值Y也随之减小，如此，使得在本申请的方案中，通过以行程换精度的方式，最终得到一个小于位移装置输出位移值的第二位移件的位移值，直接提高了本申请微位移平台的精度。

作为本申请的进一步优选方案，所述位移装置为压电陶瓷型位移装置。压电陶瓷能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，其在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一的微位移，具有良好的往复形变恢复能力，稳定性好、精度高，如此使得本申请的位移装置能够提供足够小的X值，进一步提高了本申请微位移平台的精度。

作为本申请的进一步优选方案，所述第一位移件与所述支撑平台之间还设置有具有磁性的磁性件，所述第二位移件具有磁性，所述第二位移件与所述磁性件为异性相吸状态。在本申请的方案中，由于第二位移件与所述磁性件为异性相吸状态，使得第二位移件和磁性件将第一位移件夹紧，进一步的保证第二位移件与第一位移件之间的紧贴，进一步的保证本申请微位移平台的精度。

作为本申请的优选方案，所述磁性件与所述支撑平台为一体式结构。将磁性件和支持平台设置为一体式结构，简化了本申请微位移平台的结构，方便使用和调校。

本申请还公开了一种磁性高精度微位移平台的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一：通过约束装置限制第二位移件沿第一位移件位移方向上的运动；

步骤二：将需要实现微位移的物体设置在第二位移件上，并通过所需微小位移的数值计算出第一位移件所需提供的位移值；

步骤三：控制位移装置带动第一位移件运动，使第一位移件得到步骤二中计算得到的第一位移件所需提供的位移值，使第二位移件得到所需的微小位移。

本申请的磁性高精度微位移平台的使用方法，通过位移装置带动第一位移件，使第一位移件具有一定的位移值，由于位移装置是压电陶瓷型位移装置，所以，第一位移件可以获得一个极小并且精度极高的微位移值，当第一位移件发生位移后，第二位移件由于第一位移件的推动也会产生一定的位移，即，设第一位移件的斜面与其位移方向的夹角为A度，当位移装置提供的位移值为X时，第二位移件产生的位移值即为Y=Xtan（A），第二位移件的位移方向与第一位移件的位移方向相垂直，如此，当夹角A小于45度时，将得到一个小于X值的位移值，当进一步的减小夹角A时，位移值Y也随之减小，如此，使得第二位移件得到一个更小的位移值，也就是说，第二位移件可以获得一个更小并且精度更高的微位移值，如此，将需要实现微位移物体设置在第二位移件上，进而实现高精度微位移的输出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本申请的方案中，通过以行程换精度的方式，最终得到的位移值小于位移装置输出的位移值，如此，直接提高了本申请微位移平台的精度。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图;

图2为本实用新型一种磁性高精度微位移平台提供微位移的结构示意图，

图中标记：1-支撑平台，2-位移装置，3-第一位移件，4-斜面，5-第二位移件，6-约束装置，7-磁性件。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1：

如图1、2所示，一种磁性高精度微位移平台，包括有支撑平台1和设置在所述支撑平台1上的位移装置2，所述支撑平台1上设置有第一位移件3，所述第一位移件3与所述位移装置2连接，所述位移装置2带动所述第一位移件3沿所述支撑平台1运动，所述第一位移件3具有一个相对于其位移方向倾斜的斜面4，所述第一位移件3的斜面4上滑动设置有第二位移件5，所述第一位移件3与第二位移件5之间贴紧配合，所述支撑平台1上还设置有约束装置6，所述约束装置6限制所述第二位移件5沿所述第一位移件3位移方向上的运动，使得当第一位移件3被所述位移装置2带动而产生位移时，所述第二位移件5被所述第一位移件3带动而产生位移，所述第二位移件5的位移方向与所述第一位移件3的位移方向相垂直，所述第一位移件3的斜面4与其位移方向的夹角为A度，A=15。

实施例2：

如图1、2所示，一种磁性高精度微位移平台，如实施例1的磁性高精度微位移平台的结构，其中A=10。

实施例3：

如图1、2所示，一种磁性高精度微位移平台，如实施例1的磁性高精度微位移平台的结构，其中A=5。

在本申请的上述实施例中，支撑平台1上设置位移装置2和第一位移件3，位移装置2带动第一位移件3运动，第一位移件3具有一个相对于其位移方向倾斜的斜面4，当位移装置2提供一定的位移值带动第一位移件3时，由于约束装置6的存在，此时，第二位移件5在垂直于第一位移件3位移方向上将产生一定的位移值，第二位移件5的位移值与位移装置2提供的位移值相关，还与第一位移件3斜面4的倾斜程度相关，即，设第一位移件3的斜面4与第一位移件3位移方向的夹角为A度，当位移装置2提供的位移值为X时，第二位移件5产生的位移值即为Y=Xtan（A），第二位移件5的位移方向与第一位移件3的位移方向垂直，如此，当夹角A小于45度时，将得到一个小于X值的位移值，当进一步的减小夹角A时，位移值Y也随之减小，如实施例1、2和3，当A=15时，Y=Xtan（15）；当A=10时，Y=Xtan（10）；当A=5时，Y=Xtan（5）。

如此，使得在本申请的方案中，通过以行程换精度的方式，最终得到一个小于位移装置2输出位移值的第二位移件5的位移值，直接提高了本申请微位移平台的精度。

实施例4：

如图1、2所示，如实施例1的磁性高精度微位移平台的结构，所述位移装置2为压电陶瓷型位移装置。

在本实施例中，压电陶瓷能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，其在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一的微位移，具有良好的往复形变恢复能力，稳定性好、精度高，如此使得位移装置2能够提供足够小的X值，进一步提高了本申请微位移平台的精度。

实施例5：

如图1、2所示，如实施例1的磁性高精度微位移平台的结构，所述第一位移件3与所述支撑平台1之间还设置有具有磁性的磁性件7，所述第二位移件5具有磁性，所述第二位移件5与所述磁性件7为异性相吸状态。在本实施例的方案中，由于第二位移件5与所述磁性件7为异性相吸状态，使得第二位移件5和磁性件7将第一位移件3夹紧，进一步的保证第二位移件5与第一位移件之间的紧贴，进一步的保证本申请微位移平台的精度。

实施例6：

如图1、2所示，如实施例1的磁性高精度微位移平台的结构，，所述磁性件7与所述支撑平台1为一体式结构。将磁性件7和支持平台1设置为一体式结构，简化了本申请微位移平台的结构，方便使用和调校。

实施例7：

如图1、2所示，一种磁性高精度微位移平台的使用方法，包括下述步骤：

步骤一：通过约束装置6限制第二位移件5沿第一位移件3位移方向上的运动；

步骤二：将需要实现微位移的物体设置在第二位移件5上，并通过所需微小位移的数值计算出第一位移件3所需提供的位移值；

步骤三：控制位移装置2带动第一位移件3运动，使第一位移件3得到步骤二中计算得到的第一位移件3所需提供的位移值，使第二位移件5得到所需的微小位移。

本实施例的磁性高精度微位移平台的使用方法，通过位移装置2带动第一位移件3，使第一位移件3具有一定的位移值，位移装置2采用压电陶瓷型位移装置，所以，第一位移件3可以获得一个极小并且精度极高的微位移值，当第一位移件3发生位移后，第二位移件5由于第一位移件3的推动也会产生一定的位移，即，设第一位移件3的斜面4与其位移方向的夹角为A度，当位移装置2提供的位移值为X时，第二位移件5产生的位移值即为Y=Xtan（A），第二位移件5的位移方向与第一位移件3的位移方向垂直，如此，当夹角A小于45度时，将得到一个小于X值的位移值，当进一步的减小夹角A时，位移值Y也随之减小，如此，使得第二位移件5得到一个更小的位移值，也就是说，第二位移件5可以获得一个更小并且精度更高的微位移值，如此，将需要实现微位移物体设置在第二位移件5上，进而实现高精度微位移的输出。

以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但本实用新型不局限于上述具体实施方式，因此任何对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种磁性高精度微位移平台，包括有支撑平台和设置在所述支撑平台上的位移装置，其特征在于，所述支撑平台上设置有第一位移件，所述第一位移件与所述位移装置连接，所述位移装置带动所述第一位移件沿所述支撑平台运动，所述第一位移件具有一相对于其位移方向倾斜的斜面，所述第一位移件的斜面上滑动设置有第二位移件，所述第一位移件与第二位移件之间贴紧配合，所述支撑平台上还设置有约束装置，所述约束装置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的运动，使得当第一位移件被所述位移装置带动而产生位移时，所述第二位移件被所述第一位移件带动而产生位移，所述第二位移件的位移方向与所述第一位移件的位移方向相垂直。

2.如权利要求1所述的磁性高精度微位移平台，其特征在于，所述第一位移件的斜面与其位移方向的夹角为A度，0＜A＜45。

3.如权利要求1所述的磁性高精度微位移平台，其特征在于，所述位移装置为压电陶瓷型位移装置。

4.如权利要求1-3任意一项所述的磁性高精度微位移平台，其特征在于，所述第一位移件与所述支撑平台之间还设置有具有磁性的磁性件，所述第二位移件具有磁性，所述第二位移件与所述磁性件为异性相吸状态。

5.如权利要求4所述的磁性高精度微位移平台，其特征在于，所述磁性件与所述支撑平台为一体式结构。