CN2339365Y

CN2339365Y - 双足式大行程双向微动工作台

Info

Publication number: CN2339365Y
Application number: CN 98243475
Authority: CN
Inventors: 姚英学; 张宏志; 周亮
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 1999-09-22
Anticipated expiration: 2008-09-24

Abstract

本实用新型涉及一种双足式大行程双向微动工作台,工作台是由二套小行程微动工作组成,每一套小行程微动工作台包括微动部分和抬足部分。其中微动部分是在钢板上左右两部分分别按方形布局线切割四条长孔,形成柔性铰链,在钢板的四个侧面钻孔,在孔内分别装上压电陶瓷,长方体钢块对称立放在钢板中间,通过螺钉与阀板连接,放置被测物体的工作台直接放在长方体钢块上,在钢块底侧钻孔,分别装入压电陶瓷,钢块的上端分别缠有线圈。

Description

双足式大行程双向微动工作台

本实用新型涉及一种工业用双足式大行程双向微动工作台。

目前，工业应用的微动工作台；根据导轨形式和驱动方式可分为五类：1.柔性支承，压电或电致伸缩微位移器驱动；2.滚动导轨，压电或电致伸缩微位移器驱动；3.滑动导轨，机械式驱动；4.平行弹簧导轨，机械式或电磁、压电，电致伸缩微位移器驱动；5.气浮导轨，伺贸电机或直线电机驱动；这些工作台主要存在三点缺点：其一是，为了获得高的位移分辨率和重复定位精度，要求导轨具有极高的尺寸精度和形状精度；其二是，机构在位移过程中，要求移动部件与导轨间频繁的夹紧，松开操作，引起相关另件的磨损，影响位移分辨率和重复定位精度；第三种缺点是，为实现大行程，高位移分辨率的微位移，采用了三组压电陶瓷作为驱动单元，每个单元由六个压电陶瓷驱动器组成，结构复杂，需要一个复杂的控制系统。综上所述，为了实现大行程，高位移分辨率、高重复定位精度的微动机构，需要解决三个方面的问题。①微动机构的驱动技术，②微位移的传递技术，③增大微动机构行程技术。压电、电致伸缩微位移器件(压电陶瓷)是近年来发展起来的新型微位移器件，它具有结构紧凑、体积小、位移分辨率高、频率响应快、控制简单等优点，同时没有发热问题，用压电陶瓷作微动机构的驱动元件，满足住移分辨率和重复定位精度的要求。但压电陶瓷最大的缺点是最大位移行程小，一般只有几十个微米。柔性铰链是本世纪六十年代发展起来的新型弹性支承机构，它具有体积小、机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高等特点，利用柔性铰链作为移动部件的支承可实现高位移分辨率和重复定位精度的位移传递要求。同样，柔性铰链机构也存在最大位移行程小的缺点，一般也只有几十微米。实现大行程是目前微动机构急需解决的问题。仿尺蠖机构，受导轨的制造精度和工作时的摩擦，磨损的影响，降低了位移分辨率和重复定位精度，长期工作时，机构的工作可靠性下降。日本Kobe大学的仿人行走的机构中，控制系统非常复杂。

本实用新型的目的是针对现有微动工作台存在的不足，提出一种具有高位移分辨率和重复定位精度的双足式大行程双向微动工作台。

本实用新型由二套小行程微动工作台组成，其中每一套小行程微动工作台包括微动部分和抬足部分。下面结合附图详细阐述微动部分和抬足部分：微动部分是在钢板5左半部上，按方形布局线切割四条长孔，在两条交汇的线切割线之间留下很小的间隙，这样就形成一个柔性铰链，在钢板5右半部分上，也按方形布局线切割四条长孔，这样形成了两个互不影响的两个微动平台，在钢板5的四个侧面钻孔，在孔内分别装上压电陶瓷PZT2、PZT3、PZT4、PZT5。每一个压电陶瓷的前端顶住微动平台，通过对压电陶瓷的充放电，就可使压电陶瓷伸长和缩短，从而推动微动微动平台向X、Y方向进行运动；抬足部分包括一对长方体钢块3、4，经过线切割，将钢块形成通过柔性铰链连接的两部分。在钢块底侧钻孔分别装入压电陶瓷PZT1、PZT6，使其顶住另一部分，通过对压电陶瓷充放电，从而推动钢块的一部分上下运动。抬足部分的一对钢块3、4分别立放在小行程微动工作台的两个微动平台上，它们之间通过螺钉连接，放置被测物体的工作台M则直接放在作为抬足部分的钢块上，两个微动平台与抬足部分的协调运动就可完成放置被测物体的工作台的大行程运动。在抬足部分的钢块上端分别缠有线圈1、2，可通电产生磁力。本实用新型的工作原理是：工作台分为A、B独立运动的两部分，A、B两部分对彼此的运动不影响，但又能通过相互协调运动，完成放置被测物体的平台M的大行程运动。小行程微动工作台的工作原理可从图2中看出：该工作台利用压电陶瓷作为驱动元件，以柔性铰链作为支承部件，达到高精度、高位移分辨率、高频响及高稳定性的微动部分，压电陶瓷PTZ2、PTZ4驱动工作台在X向运动，压电陶瓷PTZ3、PTZ5驱动工作台在Y向运动。抬足部分也是利用柔性支承完成在Z向的抬足与落足动作，它由压电陶瓷PTZ1与PTZ6来完成。在抬足部分的钢块上缠有线圈，可通电产生磁力，提高钢块3或钢块4与M之间的作用力，以增加钢块3、4或钢块3、4带动M运动时的摩擦力，从而提高M的移动和定位时的精度。双足式大行程双向微动工作台要完成大行程运动，需要微动机构与抬足机构的协调运动，以及A、B两部分的相互配合，其完成行走的运动周期如图3所示：①处于开始状态，压电陶瓷PZT1、PZT2、PTZ3、PTZ4、PZT5、PTZ6都处于断电状态；②给PZT1充电，PZT1伸长，这样，抬足机构中的钢块3将放置被测物体的平台M抬起，钢块4与M分离；③给PZT2与PZT3充电使微动工作台在XY平面内移动，从而通过钢块3带动M在XY平面内移动；④给PZT6充电，使钢块4与M接触，这时，钢块3、4同时将M抬起；⑤给PZT1、PZT2、PZT3断电，此时A部分恢复原状；⑥给PZT6断电，M又重新与钢块3、4同时接触，即回到初始状态。这样，就使M在XY平面内完成了一步移动工作，再重复②～⑥步的工作，M就可在XY平面内进行大行程的运动，当然，PZT2与PZT3只可使M向X与Y正向运动，要使M在X与Y反向运动，可通过给PZT6充电，使钢块4将M抬起，再给PZT4、PZT5充电，就可使M向X、Y反向运动。

本实用新型具有位移分辨率高，重复定位精度高，最大工作行程、无导轨、无摩擦、承载能力高等特点。

图1为本实用新型主视图

图2为本实用新型附视图

图3为本实用新型工作原理图

实施例：本实用新型工作台为240×170×18(mm³)的钢板，材料是40CrMnTi，抬足部分的钢块为80×100×30(mm³)，当给压电陶瓷加0～100V电压时，此工作台行走在0～15μm范围内移动。微动工作台与抬足部分的协调运动，其运动范围达到105×105mm，每次重复定位精度达到10nm。

Claims

1.一种双足式大行程双向微动工作台，其特征在于：由二套小行程微动工作台组成，其中每一套小行程微动工作台包括微动部分和抬足部分。

2.根据权利要求1所述的工作台，其特征在于：微动部分是在钢板[5]左半部上，按方形布局线切割四条长孔，在两条交汇的线切割线之间留下很小的间隙，形成一个柔性铰链，在钢板[5]右半部分上，也按方形布局线切割四条长孔，这样形成两个互不影响的两个微动平台，在钢板[5]的四个侧面钻孔，在孔内分别装上压电陶瓷[PZT2]、[PZT3]、[PZT4]、[PZT5]；抬足部分是长方体钢块[3]、[4]对称立放在钢板[5]的中间，通过螺钉与钢板[5]连接，放置被测物体的工作台[M]则直接放在长方体钢块[3]、[4]上，在钢块[3]、[4]底侧钻孔，分别装入压电陶瓷[PZT1]和[PZT6]，钢块[3]、[4]上端分别缠有线圈[1]、[2]。