[發明專利]一種Z軸負向放大一維精密定位平臺

在審

• 申請號: 201410784590.1
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104464838A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 鐘博文;王振華;金子祺;陳林森;錢哲;李宗偉;孫立寧
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐靈;常亮

技術領域

本發明屬于微驅動應用領域，具體涉及為利用新型放大原理在Z軸實現負向放大一維精密定位的微驅動平臺。

背景技術

近年來，隨著微電子技術，宇航，生物工程等學科的迅速發展，正式進入了“亞微米-納米”時代。在電子，光學，機械制造等眾多技術領域中，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的微定位系統，用于實現高精度的研究，微定位技術在微機電系統、納米制造技術、微電子及納米電子技術、納米生物工程等眾多高科技領域將發揮越來越重要的作用。用以直接工作或配合其他儀器設備完成高精度的研究和使用。

隨著科學技術的不斷發展，對微定位的界定也從以前的mm級到現在的亞um—nm級進化，以后的發展方向將是亞nm級(<10-9m)。對高精密系統的研究，以美國、德國和日本走在世界的前列，比如在基于壓電陶瓷納米定位方面，能夠達到1nm的分辨率、10nm左右的定位精度、10mm以上的形程。目前我國在微定位技術領域的研究還相對落后，因此，開展微定位平臺的相關研究，對于縮小同國內外同行的差距，促進我國的國防軍工以及國民經濟的快速發展有著重大而深遠的意義。

一維精密定位平臺，主要功能是實現被操作樣件或被觀測樣件的一維精密運動和定位，以及微探針的一維操作等。其微動工作原理在于利用壓電陶瓷的逆壓電效應，驅動彈性鉸鏈機構實現微位移傳動，以達到一精密定位的要求。它相對于其他驅動方式的一維維精密定位技術，如電機驅動、音圈電機驅動、記憶合金驅動及磁滯伸縮驅動方式等，其基本原理實現方便、控制簡單，并具有分辨率高、傳動無間隙、易微小化、運動精度高和重復定位精度高等優點。微位移驅動器是微定位平臺的關鍵部分，驅動器的特性和精度對定位平臺系統的性能有著重要影響。微位移驅動器是微定位平臺的關鍵部分，驅動器的特性和精度對定位平臺系統的性能有著重要影響。

微動工作臺由微位移驅動器和導軌兩部分組成。根據導軌形式和驅動方式可分為五類：柔性支撐、壓電或電致伸縮微位器驅動；滾動導軌，壓電陶瓷或電致伸縮微位移器驅動：滑動導軌，機械式驅動；平行彈性導軌，機械式或電磁、壓電、電致伸縮微位移器驅動器驅動；氣浮導軌，伺服電機或直線電機驅動。通常的壓電陶瓷驅動的微位移工作臺以柔性鉸鏈作支承導軌，以壓電陶瓷驅動器作驅動元件。

柔性鉸鏈包括正圓型、直角型、橢圓型、雙曲線型。正圓型:準確性較低，應力集中小，靈活性最好，加工方便；直角型:具有最大的集中應力，靈活性較好，強度不足；橢圓型：應力集中最小，精確性較低；雙曲線型：精度較高，應力集中較低，加工困難。柔性機構包括位移Z軸負向放大機構、位移導向機構、柔性鉸鏈。柔性機構的優點：1、無機械摩擦、無間隙2、免于磨損、提高壽命3、高精度運動4、免于潤滑、避免污染；缺點：1、運動范圍有限2、很難實現大行程3、剛性低。(如專利號為CN201420081663.6的專利)。

精密定位平臺位移Z軸負向放大機構包括杠桿機構、四邊形機構、八桿機構、Scott機構、橋式機構。杠桿機構：優點：剛度大、結構簡單、易制造，缺點：位移放大倍數小、存在位移耦合；四邊形機構：優點：結構對稱、消除了位移耦合，缺點：位移放大倍數小；八桿機構：優點：結構緊湊、消除了位移耦合，缺點：結構復雜、不易制造；Scott機構：優點：結構簡單緊湊、位移放大倍數大，缺點：放大比非線性；橋式機構：優點：結構簡單、位移放大倍數大，缺點：剛度太低。

上述一維精密定位平臺在一維實現結構和位移放大方式上有所不同，在實現一維大行程精密定位的過程中都會因為機構類型的原因在一維大行程精密定位中引起誤差，最終影響運動精度，而且為一維大行程精密定位平臺帶來累積誤差和角度誤差、耦合位移等技術難題。(如專利號為CN201310603633.7、CN201310068434.0的專利)。

因此，有必要找到一種能夠有效提高運動范圍放大倍數，同時能夠減小精密定位平臺體積，而且避免角度誤差的精密定位平臺。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種利用新型Z軸負向放大機構的Z軸負向放大一維精密定位平臺，該種新型Z軸負向放大機構在加工過程中容易保證其加工精度，使工件的對稱性有很大提高，這樣就避免了新型Z軸負向放大機構的耦合位移。