[发明专利]一种宏／微二维位移台

说明书

技术领域

    本发明属于精密工程技术领域，特指一种可获得大行程，高精度位移二维位移台，用于精密加工与测量。

背景技术

    高精度和高分辨率的精密位移装置在现代尖端工业生产和科学研究领域内占有极其重要的地位。它是直接影响精密、超精密加工水平和精密测量水平的关键环节。现有的大行程驱动装置多采用旋转伺服电机驱动加精密滚珠丝杠传动或是直线电机直接驱动的方案，但采用该方案的位移装置的定位精度一般局限在微米级，精度不高；而以压电陶瓷微驱动器为代表的微位移平台，其定位精度能够达到纳米级，但行程通常只能达到几十微米。尽管有些研究中引入了柔性铰链机构，采用杠杆放大原理将行程放大，但效果并不理想，放大倍数越大，杠杆的力臂就要越长，平台整体体积也就越大，同时也会增大X和Y两方向的耦合度误差，并降低了平台的整体刚度，得不偿失。而且常见的基于柔性铰链的微位移平台的设计方案中，多采用将X和Y两个一维平台按照上下堆栈模式（请参见图1-a所示）或内外嵌套模式（请参见图1-b所示）组合起来实现X-Y二维的位移。但这两种模式会分别产生堆栈误差和耦合误差，不利于平台的精确定位和误差的反馈补偿。同时这两种模式还会使平台的整体体积变大，结构变得复杂化。内外嵌套模式还会使得平台的整体刚度降低，不利于系统的稳定性。同时作为微位移平台的常用驱动原件—压电陶瓷驱动器也存在着诸如输出力小、所需驱动电压高、存在磁滞非线性等问题。如何较好地解决大行程和高精度之间的矛盾，实现大行程运动系统的精密定位,如何设计出更稳定有效的微驱动器和位移台已成为当今前沿科学的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决大行程与高精度矛盾的一种新型宏／微二维位移台及一种新型的基于弹性变形的液压式微驱动器。

该位移台采用宏／微两级驱动。整体体积小，刚度较高。微动平台采用“十”字型布局，理论上无堆栈和耦合误差，X和Y方向同刚度，结构简单。采用的液压式驱动器具有良好的刚度（约为常用同规格压电陶瓷驱动器的2-10倍）、线性度，结构简单，经济实用。该平台可用于精密加工进给、误差反馈补偿和精密测量领域。

     为了实现以上目的，该宏／微二维位移台分为宏动位移台、微动位移台和驱动元件三大部分，所述的宏动位移台X和Y方向的位移总是沿着基体上表面,可有效地减小宏动平台的阿贝误差；导轨采用“钢球+V型槽”模式，与传统的滚珠导轨相较，既起到了导向作用，又起到了联接作用，能够保证宏动平台、十字滑块和基体三者的无隙接触并便于调整；V型槽的对中性保证了十字滑块的线性移动；也可在宏动位移台和基体上开几个矩形槽以降低加工难度、提高加工效率，保证宏动位移台和基体相互运动的公共基准面的平面度，利于减小阿贝误差。

     所述的微动位移台采用“十”字型布局，引入了新型的直角型柔性铰链机构；平台由一整块平板经线切割方法加工而成，结构上关于X和Y方向对称，故平台在X和Y方向上的刚度相同，无堆栈误差和嵌套误差，无耦合误差，无机械摩擦，无需润滑，体积小，刚度高；在微动平台的X和Y方向上分别装有弹簧，其对平台的运动方向上施加一个预紧力，保证平台和驱动器的无隙接触，以及实现平台的有效回程；整个平台结构简单，输入与输出成良好的线性关系。

     所述的驱动元件包括宏动驱动器和微动驱动器两种:宏动驱动器采用固定在宏动平台上的各方向的千分尺直接驱动，故宏动平台的行程理论上由千分尺的有效长度决定，此处设计宏动行程为10mm-20mm；微动驱动器采用固定在微动平台上的新型的基于弹性变形的液压式驱动器驱动，该驱动器是基于前端面薄板在油压下的线弹性变形原理设计而成的，结构简单，刚度大，线性度好，无磁滞现象，抗干扰能力强，定位精度由控制所输入油压的压力表的最小分辨率决定；驱动器精度一般能达到10nm。

     本发明中的宏动平台可通过千分尺实现快速高效定位，通过微驱动器驱动微动平台实现精密进给和误差补偿，从而解决了大行程和精密定位的矛盾问题；由于微动平台采用了新型的“十”字型结构模式，有效地减小了传统的微动平台所固有的堆栈误差或嵌套误差，减小了平台整体尺寸，定位更为精确，性能更为稳定。

附图说明

     图1为采用上下堆栈模式的微位移台示意图；

图2为采用内外嵌套模式的微位移台示意图；

     图3为本发明的一种宏／微二维位移台的三维装配爆炸图；

     图4为采用的新型液压式微驱动器的三维视图

     图5为“钢球+V型槽”模式示意图；

     图6为微动平台及其附件；