[發明專利]一種三維解耦超聲納米振動臺

有效

• 申請號: 201910094734.3
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109622348B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 田延嶺;盧康康;王福軍;周重凱;馬越;張大衛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種三維解耦超聲納米振動臺，包括基座，所述的基座上設置有超聲振動臺，所述超聲振動臺的底部與所述的基座為鑲嵌式連接，所述超聲振動臺內沿超聲振動臺的X、Y方向分別設置有用于對超聲振動臺的主振動臺進行X、Y方向超聲振動驅動的第一超聲振動驅動機構和第二超聲振動驅動機構，所述超聲振動臺的底端沿超聲振動臺的Z方向設置有用于對超聲振動臺的主振動臺進行Z方向超聲振動驅動的第三超聲振動驅動機構，所述第一超聲振動驅動機構、第二超聲振動驅動機構和第三超聲振動驅動機構之間為相互垂直設置。本發明超聲振動臺采用整體設計，結構簡單、緊湊，能夠有效提高超聲振動臺的一階固有頻率，從而保證超聲納米振動平臺輔助加工的可調頻率范圍。

技術領域

本發明涉及一種超聲納米振動臺。特別是涉及一種三維解耦超聲納米振動臺。

背景技術

隨著納米器件在航空航天、生物醫療、半導體等領域的廣泛應用，對納米加工的能力也提出了更高的要求。在納米加工領域，光刻加工、電子束加工、聚集離子束加工等加工方法，由于儀器成本、加工環境的限制，更適合于產品的大批量生產。而基于原子力顯微鏡(Atomic force microscopy,AFM)探針的納米刻劃加工方法，由于其原理簡單、簡單易行、儀器成本低、且可在實驗室環境中實現的優勢，更適合進行小批量的樣件的加工。但原子力顯微鏡是作為表面的測量表征設備，直接將其用于納米加工時，存在一些固有的局限性，比如加工精細度有限，僅在數十納米級別；加工深度有限，在刻劃較硬材料時，最深不超過幾十納米；加工速度低等。所以，基于原子力顯微鏡探針的納米加工方法在加工能力上的局限性限制了它的加工效率和應用范圍。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種具有結構緊湊、運動解耦、振動頻率可調、高一階固有頻率特性的三維解耦超聲納米振動臺。

本發明所采用的技術方案是：一種三維解耦超聲納米振動臺，包括基座，所述的基座上設置有超聲振動臺，所述超聲振動臺的底部與所述的基座為鑲嵌式連接，所述超聲振動臺內沿超聲振動臺的X、Y方向分別設置有用于對超聲振動臺的主振動臺進行X、Y方向超聲振動驅動的第一超聲振動驅動機構和第二超聲振動驅動機構，所述超聲振動臺的底端沿超聲振動臺的Z方向設置有用于對超聲振動臺的主振動臺進行Z方向超聲振動驅動的第三超聲振動驅動機構，所述第一超聲振動驅動機構、第二超聲振動驅動機構和第三超聲振動驅動機構之間為相互垂直設置。

所述超聲振動臺包括有中空的振動臺基體，所述主振動臺位于所述振動臺基體的中心，并且，所述主振動臺通過四個對稱設置的簧片型柔性鉸鏈與所述振動臺基體一體柔性連接，每兩個所述簧片型柔性鉸鏈之間均形成有一個側安裝槽，形成的四個所述的側安裝槽為十字對稱，所述第一超聲振動驅動機構和第二超聲振動驅動機構分別安裝在相鄰的兩個側安裝槽內，所述主振動臺的底端與所述的基座之間形成有用于安裝所述第三超聲振動驅動機構的下安裝槽。

所述的振動臺基體位于周邊處設置有若干個用于連接外部設備的安裝孔。

所述的第一超聲振動驅動機構、第二超聲振動驅動機構和第三超聲振動驅動機構結構相同，均包括有由超聲振動臺中的主振動臺側邊至振動臺基體的內周面依次設置、或由超聲振動臺中的主振動臺底端至基座依次設置的平面陶瓷墊片、球面陶瓷墊片、壓電陶瓷片和預緊墊片，其中，所述球面陶瓷墊片的平面端與所述壓電陶瓷片為面接觸連接，所述球面陶瓷墊片的球面與所述平面陶瓷墊片為點接觸連接，所述振動臺基體的側壁上對應所述的第一超聲振動驅動機構和第二超聲振動驅動機構分別形成有水平貫通螺孔，所述水平貫通螺孔內設置有用于對第一超聲振動驅動機構和第二超聲振動驅動機構分別與主振動臺的接觸連接進行調節性預緊的水平預緊螺栓，所述基座上對應所述的第三超聲振動驅動機構結構形成有垂直貫通螺孔，所述垂直貫通螺孔內設置有用于對第三超聲振動驅動機構結構與主振動臺的接觸連接進行調節性預緊的垂直預緊螺栓。