[發明專利]具有納米級分辨率的超精密定位工作臺

無效

• 申請號: 201310423958.7
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN104440141A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李志剛
• 申請（專利權）人: 李志剛
• 主分類號: B23Q1/34
• 分類號: B23Q1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是涉及一種定位工作臺，尤其是涉及一種納米級分辨率的超精密定位工作臺。

背景技術

21世紀，納米測量具有廣泛的需求，例如在微電子領域，1999年的典型線寬為180nm，到2006年的典型線寬將為100nm,2009年典型線寬將為70nm。定位精度應為線寬的1/3～1/4。在生物領域，DNA的尺度在2～3nm范圍內。所以，微納米定位技術在超精加工、微電子工程、生物工程、納米技術領域中有著重要的應用。

傳統的微動工作臺采用精密絲桿副及滾動(或滑動)導軌、精密螺旋楔塊機構、渦輪凹輪機構、齒輪杠桿式機構等機械傳動式微位移驅動器。由于機械摩擦、間隙、爬行等原因，其運動精度、定位精度很難達到亞微米甚至納米量級。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提供一種運動精度、定位精度可達到亞微米甚至納米量級的一種具有納米級分辨率的超精密定位工作臺。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，本發明主體由柔性鉸鏈工作臺和壓電陶瓷微位移器組成，其結構要點是：采用雙頻激光干涉儀SJD5檢測，由計算機和相位計共同組成閉環控制系統；通過計算機給出數字信號，經D/A轉換并放大，產生0～1000V、步長為1V的可變電壓，驅動壓電陶瓷伸縮，然后再由壓電陶瓷帶動柔性鉸鏈工作臺作微位移。

作為一種優選方案，控制部分采用PC機控制。

本發明有益效果。

本發明采用壓電陶瓷可以很容易實現高分辨率的運動，而且沒有空回、粘滑等現象，成為微定位系統中廣泛應用的微致動器。而柔性鉸鏈機構具有無機械摩擦、無間隙、不需要潤滑、不產生熱量和噪聲等優點。采用壓電陶瓷驅動的柔性鉸鏈工作臺，具有直接傳動、結構緊湊、重量輕、位移分辨率高等優點，有著廣闊的應用發展前景。

附圖說明

為本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

圖1是本發明原理框圖。

具體實施方式

如圖所示，本發明主體由柔性鉸鏈工作臺和壓電陶瓷微位移器組成，采用雙頻激光干涉儀SJD5檢測，由計算機和相位計共同組成閉環控制系統；通過計算機給出數字信號，經D/A轉換并放大，產生0～1000V、步長為1V的可變電壓，驅動壓電陶瓷伸縮，然后再由壓電陶瓷帶動柔性鉸鏈工作臺作微位移。

作為一種優選方案，控制部分采用PC機控制。

微致動器-壓電陶瓷的選擇。

分別采用了中國科學院聲學所研制的壓電陶瓷PZT1和德國PI公司20世紀90年代初制造的壓電陶瓷PZT2作為驅動件。這兩種PZT的量程都在5μm左右，驅動電壓均為1000V。所以平均電壓每升高或降低1V對應的分辨率在5nm左右。另外還采用了日本產的壓電陶瓷PZT3，其最大量程約為15μm，對應于驅動電壓150V；如果對定位精度要求相對較低的話，可使用PZT3。所以,為了進一步提高微位移分辨率，須采用具有一定減速比的柔性鉸鏈工作臺。

本發明公開了一種具有較大傳動比的超精密定位工作臺，并從理論上對其剛性等機械性能進行了計算分析。采用具有亞納米測量分辨率的雙頻激光干涉儀對該定位工作臺的運動定位特性進行了測量。在1000V電壓驅動下，壓電陶瓷通過定位工作臺形成的測量分辨率可以達到012?nm。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明，對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明所提交的權利要求書確定的保護范圍。