[发明专利]高精度可调速直线型微位移工作台

说明书

技术领域

本发明属于超精密制造与检测技术领域，特别涉及了逆压电效应和摩擦微驱动技术实现高精度、可调速的微位移工作台。

背景技术

国内外愈来愈多地采用压电陶瓷材料实现微位移驱动，较多采用PZT压电陶瓷。用压电陶瓷材料片叠片粘接制成的驱动器，具有响应频率高、调节精度高的优点，技术上已较为成熟，应用于高频率动态调节的微驱动场合，效果很好；但它行程很小，无自锁，通常不能对微动步距调整，工业精密加工应用范围受到制约。现有的微动工作台主要以双层结构，即粗细两层，细工作台由压电陶瓷驱动，而粗工作台由电机驱动，这种粗细各两套控制系统使其本身过于复杂、成本过高。德国PI公司2006年推出的型号为M674压电陶瓷超声直线电机中实现了快速响应高精度大行程直线运动，但其执行位移速度非常快，驱动负载较小，最大负载仅7N。不易在工业实际生产中所需求的慢速较大载荷中应用。在国内研究的双足式大行程双向微动工作台，专利号ZL98243475.8协调运动控制仍然复杂，可承受的负载有限。新型大位移精密微动工作台的行程量变大，专利号ZL02245100.5，但范围依然局限在小行程中。基于矩形压电陶瓷薄板面内振动的直线型超声电机，专利号ZL01127038.1，解决了行程范围的限制，但受制于驱动原理，负载小。因此，面对现行情况，依然需求一种高精度、行程范围大，超过100mm，并可调整移动速度、负载大的微动技术。

发明内容

本发明要解决的技术难题是：在保证压电陶瓷材料驱动高精度、快响应的优势下，针对现有微位移工作台的不足之处，通过平面三联柔顺机构实现结构简单、体积小巧、机电转换效率高的微动系统以产生大行程(理论上最大行程无限制)、可调速和快速响应，并可承载较大载荷的微位移，同时尽量降低控制复杂度。

本发明采用的技术方案是：一种高精度可调速直线型微位移工作台，具有微驱动单元3、承载板2、4、导向装置6、7和基体9；微驱动单元3由相互平行且共面布置的第一、第二、第三压电陶瓷驱动器11、14、16，第一、第二、第三调整片12、13、15，平面三联柔顺结构10和摩擦触角17组合而成；其中：第一压电陶瓷驱动器11和第一调整片12、第三压电陶瓷驱动器16和第三调整片15分别对应安装在平面三联柔顺结构10的左、右椭圆形柔顺结构c、f中，第二压电陶瓷驱动器14和第二调整片13放置在单稳态柔顺结构d中；摩擦触角17固结在平面三联柔顺结构10中心轴上的一端；平面三联柔顺结构10中的椭圆形柔顺结构c、f以及单稳态柔顺结构d、四足柔性支撑梁e呈中心对称分布。上承载板2和微驱动单元3通过紧定螺栓1连接到下承载板4，下承载板4通过紧定螺钉5连接到导向装置滑块7上，导向装置导轨6用调整螺钉8将连接在L型基体承载面a上；通过调整螺钉8调整，使摩擦触角17与L型基体摩擦面b垂直相对并保持5μm间距。

本发明具有以下显著效果：依据以上技术方案，利用摩擦驱动和平面三联柔顺机构很好地实现了大行程、高精度的微位移，承载方向与驱动力方向异面垂直，减小了负载大小对驱动力的作用，承载能力得到进一步提高。同时，改变压电驱动器控制方案，可实现大小步距不同、频率不同的微位移动作。以上效果说明微位移工作台的应用范围进一步扩大，在一定情况下可取代粗细双台组合方式的工作台，降低设备成本。

附图说明

图1是高精度可调速直线型微位移工作台装配示意图，图2是微位移工作台的俯视图，图3是微位移工作台的A-A截面图，图4是平面三联柔顺机构层示意图。其中：1-紧定螺栓，2-上承载板，3-微驱动单元，4-下承载板，5-紧定螺钉，6-导轨，7-滑块，8-调整螺钉，9-L型基体，10-平面三联柔顺结构，11-第一压电陶瓷驱动器，12-第一调整片，13-第二压电陶瓷驱动器，14-第二调整片，15-第三压电陶瓷驱动器，16-第三调整片，17-摩擦触角，a-L型基体承载面，b-L型基体摩擦面，c-左椭圆形柔顺结构，d-单稳态柔顺结构，f-右椭圆形柔顺结构，U1-第一压电驱动器施加电压，U2-第二压电驱动器施加电压，U3-第三压电驱动器施加电压，XY-平面坐标轴。

具体实施方式

依据本发明的技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式：