[发明专利]一种含三级位移放大机构的探针微进给平台及工作方法

权利要求书

1.一种含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：包括基座Ⅰ、基座Ⅱ、压电陶瓷、双平行板导向机构和柔性位移放大机构；

所述压电陶瓷设在基座Ⅰ内侧中心处，压电陶瓷下方设有螺纹连接为一体的盖形螺母和预紧螺栓，所述压电陶瓷的下端与盖形螺母的球面接触；所述预紧螺栓下方与基座Ⅱ的顶部接触；

所述双平行板导向机构包括位于压电陶瓷顶部的输入块，所述双平行板导向机构的左右两侧与基座Ⅰ连接；双平行板导向机构沿压电陶瓷轴向产生的变形，将压电陶瓷压紧在输入块下。所述柔性位移放大机构包括左右对称布置的SR机构、杠杆机构与双Z型机构；SR机构可以将压电陶瓷的单向输出位移转换为同一直线上大小相等、方向相反的两路输出位移，并对压电陶瓷的输出位移进行了放大，是第一级位移放大机构；两个杠杆机构左右对称布置，将其各自中间位置的输入位移放大，是第二级位移放大机构；双Z型机构促使探针安装台产生垂直方向位移，是第三级位移放大机构。

2.如权利要求1所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：所述SR机构顶端与所述输入块通过柔性铰链B连接，所述SR机构下方内侧与所述基座Ⅰ通过柔性铰链A连接，所述SR机构下方外侧与连接块Ⅰ通过柔性铰链D连接，所述SR机构中间位置设有柔性铰链C；

SR机构的第一级位移放大倍数为：

式中，l_AB为转动副A与转动副B的距离，l_AD为转动副A与转动副D的距离。

3.如权利要求2所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：所述连接块Ⅰ是SR机构的输出端，并作为输入端将压电陶瓷的输出位移通过柔性铰链F传递至杠杆机构的中间位置。

4.如权利要求3所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：所述杠杆机构的一端通过柔性铰链E与基座Ⅱ柔性连接，另一端通过柔性铰链G与连接块Ⅱ柔性连接；

杠杆机构的第二级位移放大倍数为：

式中，l_GE为转动副G与转动副E的距离,l_FE为转动副F与转动副E的距离，θ为转动副E、转动副F连线与转动副D、转动副F连线的夹角。

5.如权利要求1所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：所述连接块Ⅱ上方设有平行式柔性支撑机构，所述平行式柔性支撑机构的上端与所述基座Ⅱ连接。

6.如权利要求1所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：所述连接块Ⅱ是杠杆机构的输出端，并作为输入端将位移传递至两个连接块Ⅱ之间的双Z型机构。

7.如权利要求1所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台，其特征在于：两个双Z型机构左右对称布置，两个双Z型机构的一端分别连接一个连接块Ⅱ，探针安装台居中的连接在两个双Z型机构的另一端。

8.如权利要求4所述的含三级位移放大机构的探针微进给平台的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、使用辅助手段使盖形螺母保持静止，并使用改锥通过预紧通孔拧转预紧螺栓，使盖形螺母和预紧螺栓产生相对转动，轴向预紧压电陶瓷；

S2、对压电陶瓷施加一定电压，压电陶瓷会沿预紧螺栓轴向产生相应的形变，并输出位移至所述输入块；所述双平行板导向机构对输入块进行导向，保证压电陶瓷输出直线位移；

S3、所述输入块通过柔性铰链将位移传递至SR机构，SR机构可以将压电陶瓷的单向输出位移转换为同一直线上大小相等、方向相反的两路输出位移，并对压电陶瓷的输出位移进行了放大，是对位移的第一级放大；

S4、SR机构将放大后的位移输出至所述连接块Ⅰ，两个杠杆机构再将其各自中间位置的输入位移放大，并传递至连接块Ⅱ，是对位移的第二级放大；

S5、两个连接块Ⅱ将两个大小相等、方向相反的位移同时作用在左右对称的双Z型机构的输入端，双Z型机构将位移进行第三级放大并输出至探针安装台，使探针安装台产生垂直方向的位移；

双Z型机构的第三级位移放大倍数为：

式中，C_Zin为双Z型机构输入端的柔度矩阵，具体为阶矩阵，中的i、j为矩阵C_Zin的第i行j列元素。

柔性位移放大机构的总位移放大倍数为AMP＝AMP₁×AMP₂×AMP₃。