[发明专利]一种一维微平动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一维平动机构的技术领域，特别涉及一种一维微平动机构，该机构基于智能材料和弹性导向机构，适用于在各种姿态和方向的小负载情况下，实现一维精密直线微位移的输出，尤其适用于光学干涉仪中需要实现精密直线微位移的移相驱动器件。

背景技术

压电驱动器和柔性铰链因其具有高精度、无摩擦、无滞后、无间隙等诸多优点而广泛应用于微位移平台技术中。传统的微位移技术以压电驱动器等智能材料为驱动元件，以柔性铰链机构作为柔性导轨，以提供高的定位精度和快速的响应速度。

传统一维微平动平台机构多为平面机构，通常采用柔性铰链为导向机构、压电陶瓷驱动器作为驱动机构，采用杠杆原理与单平行四杆机构相结合的柔性铰链整体式结构。输出位移存在位移耦合及非线性的问题，如果采用对称结构对单平行四杆机构进行优化及改进，解决了单柔性平行四杆机构的位移耦合问题，但对于微平动平台可能的转动或扭动问题尚缺乏有效的避免方法，且驱动力或作用反力与输出位移呈严重非线性关系。在光学干涉仪的具体应用过程中，需要在留出通光孔径和克服各种姿态及小负载的同时，保证在通光方向上机构保持的一维直线精密微位移运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于输出较大位移范围(亚毫米级)的简单可靠的，具有无摩擦、无滞后、无间隙、无需润滑维护等特点的，适用于在各种工作姿态下和受各种方向小负载情况下的高精密(纳米级位移分辨率)的一维直线微平动平台机构。

本发明所采用的技术方案是：一种一维微平动机构，包括：微位移驱动组件、包含驱动球头及垫块的单向调整组件、包含平行的环形弹性薄片的微平动机构导向和支承组件；其中：

所述的微位移驱动组件，为3只微位移驱动器，且是旋转对称设置；

所述的包含球头及垫块的单向调整组件，采用耐磨材料及单向接触方式，有效避免了微位移驱动器之间的位移干涉现象；通过调节螺杆和锁紧螺母，可调整垫块的高低并锁紧，从而补偿3只微位移驱动器的高度、加工及安装的误差；同时，可通过调整3个垫块的高度，为微位移驱动器施加必要的预紧力；

所述的包含平行的环形弹性薄片的微平动机构导向和支承组件，此组件利用平行的具有旋转对称的U形连接的环形弹性薄片，环形弹性薄片内环与内导向套筒通过螺钉紧固，环形弹性薄片外环与筒状机架通过螺钉紧固，从而确保微平动平台作一维单向微位移时不会发生转动；U形连接的数量为3个，确保在环形弹性薄片内外环之间的留有足够空间，可穿过微位移驱动器。

进一步的，所述的微位移驱动组件采用基于压电陶瓷或者磁致伸缩材料为驱动核心器件的微位移驱动器。

进一步的，该机构可应用于精密光学仪器微平动机构中或者透镜的精密机械调整机构中。

进一步的，该机构可应用于且特别适用于光学干涉仪镜头中。

进一步的，该一维微平动机构具体结构为：将内导向套筒置于外壳内，然后将第一环形弹性薄片的内环采用螺钉紧固件与内导向套筒组合成一个整体；将3只微位移驱动器分别通过沉头螺钉固联于底座上，并将3个球头分别通过螺纹或胶接固联于3只微位移驱动器的输出端；然后将3只微位移驱动器穿过第一环形弹性薄片的环间空隙，并将第一环形弹性薄片的外环采用螺钉紧固件通过底座与外壳紧固；为确保第二环形弹性薄片和第一环形弹性薄片姿态对应，将第二环形弹性薄片通过其环间间隙套在3只微位移驱动器上，然后将第二环形弹性薄片的外环采用螺钉紧固件通过压圈的螺孔与外壳紧固；将3个垫块通过调节螺杆机构联接于微平动平台下侧，确保3个垫块与3个球头相对应，通过微平动平台的内圈螺孔采用螺钉紧固件将第二环形弹性薄片的内环与内导向套筒2紧固。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)结构简单，造价低廉，维护和保养简单；

2)由于采用了具有U形连接的双环形弹性薄片导向机构，实现了微位移平台机构的精确单向运动，且无需润滑保养；

3)采用了微位移驱动器通过球头和垫块与微平动平台单向连接的设计方法，解决了微位移驱动器的位移输出不同步带来的问题，并且减小了驱动控制的复杂度；

4)本发明中可调预紧的耐磨垫块的应用，不仅可以方便地调节机构的初始状态、补偿误差，更可以方便的施加预紧力；

5)由于采用双环形弹性薄片导向机构，并将微位移驱动器设置于内外环之间，为本发明的中心位置留出了通畅的空间，可通光或通过其它器件。

附图说明

图1为本发明一维微平动机构的双弹性平行薄片导向机构原理示意图；

图2为具有U形连接的环形弹性薄片示意图；