CN104079204B - 跨行程精密定位操作台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种跨行程精密定位操作台，包括用于驱动的压电陶瓷，其特征在于：还包括固定基座、滑台，压电陶瓷、惯性质量块设置于固定基座上，压电陶瓷和惯性质量块相连，压电陶瓷可推动惯性质量块水平移动；惯性质量块上方设有凸轮，惯性质量块可粘滑驱动凸轮转动，惯性质量块顶面相应涂有摩擦陶瓷；滑台内开有形封闭槽，凸轮位于形封闭槽内，凸轮可带动滑台相对固定基座滑动。
Description
技术领域
本发明涉及一种跨行程精密定位操作台。
背景技术
在传统的精密定位技术中，绝大多数的定位和操作都是通过压电陶瓷驱动实现。然而压电效应产生的位移量很小，长度为几十毫米的压电陶瓷通常只能实现几十微米的运动范围。这就使很多依赖于精密定位技术同时又需要较大运动范围的科学研究受到了较大的制约。
最相关的现有技术中，发明名称为“一维微位移装置”专利(公开号CN101702329A)解决了现有的微位移装置的柔性铰链径向刚度小、径向承载力小，以及难以精确控制输出的问题。发明名称为“高精度可调速直线型微位移工作台”专利(公开号CN101860256A)，通过压电驱动器和平面三联柔顺机构复合运动实现了精度高、行程大(理论上最大行程无限制)、载荷大、步距及响应频率可调和机电转换效率高的微位移技术,可以满足精密制造、检测以及微操作领域中不同的使用要求。但是，前述两项专利都存在的不足之处在于，输出行程短，结构复杂，运动精度不高。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种跨行程精密定位操作台，输出行程长，结构简单，运动精度高。
实现本发明目的的技术方案：
一种跨行程精密定位操作台，包括用于驱动的压电陶瓷，其特征在于：还包括固定基座、滑台，压电陶瓷、惯性质量块设置于固定基座上，压电陶瓷和惯性质量块相连，压电陶瓷可推动惯性质量块水平移动；惯性质量块上方设有凸轮，惯性质量块可粘滑驱动凸轮转动，惯性质量块顶面相应涂有摩擦陶瓷；滑台内开有形封闭槽，凸轮位于形封闭槽内，凸轮可带动滑台相对固定基座滑动。
滑台两侧设有形封闭导轨，固定基座相应设有保持架、保持架内设有滚子，前述形封闭导轨、保持架、滚子构成滚动导轨副。
凸轮采用等宽凸轮；凸轮通过预紧螺母、蝶形弹簧安装在旋转中心轴上，蝶形弹簧位于凸轮的下方，旋转中心轴与固定基座固定。
滑台的侧面设有用于实时位移反馈的光栅。
压电陶瓷采用叠堆型压电陶瓷。
本发明具有的有益效果：
本发明提出了一种压电陶瓷驱动的基于粘滑原理和凸轮传动的跨行程精密定位操作台，本发明压电陶瓷可推动惯性质量块水平移动，惯性质量块可粘滑驱动凸轮转动，凸轮可带动滑台相对固定基座滑动，粘滑驱动以其驱动范围大，分辨率高，结构简单，体积小，集成度高等突出优点，非常适用于微纳操作领域，结合凸轮机构结构紧凑，运动可靠的特点，可以充分满足精密定位平台对传动的要求。本发明输出行程长，结构简单，运动精度高。
附图说明
图1是本发明运动原理图；
图2是本发明结构示意图。
具体实施方式
如图2、图1所示，压电陶瓷4、惯性质量块5设置于固定基座9上，固定基座9底部设有安装槽，实施时，压电陶瓷采用叠堆型压电陶瓷。压电陶瓷4和惯性质量块5相连，压电陶瓷4可推动惯性质量块5水平移动，惯性质量块5的质量根据压电陶瓷4的力学性能确定。惯性质量块5上方设有凸轮3，惯性质量块5可粘滑驱动凸轮3转动，惯性质量块5顶面相应涂有摩擦陶瓷。滑台1内开有形封闭槽7，凸轮3位于形封闭槽7内，形封闭槽7的具体尺寸由所设计的等宽凸轮3尺寸决定，凸轮可带动滑台1相对固定基座滑动。滑台1的两侧设有形封闭导轨6，固定基座相应设有保持架2、保持架2内设有滚子10，前述形封闭导轨6、保持架2、滚子10构成滚动导轨副。
凸轮通过预紧螺母8、蝶形弹簧11安装在旋转中心轴12上，蝶形弹簧11位于凸轮3的下方，旋转中心轴12与固定基座9固定。蝶形弹簧11和预紧螺母8为标准件，根据旋转中心轴和等宽凸轮3的尺寸确定其大小，可用来调节惯性质量块5与等宽凸轮3接触面的接触力的大小；凸轮3采用等宽凸轮；可以根据具体的运动行程确定具体尺寸，本实施例中采用三对圆弧来构成凸轮外轮廓，等宽凸轮3的中心孔与旋转中心轴12为小间隙配合。滑台1的侧面设有用于实时位移反馈的光栅。
工作时，电源信号为锯齿波电压，其具体电压幅值和频率可根据所选择的压电陶瓷取值。在电源信号的驱动下，压电陶瓷4产生了相应的位移，推动与之相连的惯性质量块5移动，惯性质量块5通过摩擦陶瓷给与之相接触的等宽凸轮3摩擦力，推动凸轮3绕旋转中心轴旋转，带动滑台1移动。
根据上述的驱动形式，按照驱动方式不同分为步进方式和扫描方式两种：
步进方式可以实现跨尺度、高速度的运动。在电源驱动下，惯性质量块5不断与等宽凸轮3表面发生“粘”、“滑”的交替，从而驱动凸轮3不断的转动，由于在粘滑驱动中通常采用运动范围较小的压电陶瓷，通常为几百纳米到几微米的运动范围，因此步进方式的分辨率较高，可以达到亚微米级；
扫描方式由压电陶瓷4以较慢速度运动，带动滑块，从而驱动凸轮3转动，实现精确定位，通常的扫描范围就是压电陶瓷4的最大变形量，其扫描分辨率即为压电陶瓷4的分辨率，通常为纳米级。
Claims (5)
1.一种跨行程精密定位操作台，包括用于驱动的压电陶瓷，其特征在于：还包括固定基座、滑台，压电陶瓷、惯性质量块设置于固定基座上，压电陶瓷和惯性质量块相连，压电陶瓷可推动惯性质量块水平移动；惯性质量块上方设有凸轮，惯性质量块可粘滑驱动凸轮转动，惯性质量块顶面相应涂有摩擦陶瓷；滑台内开有形封闭槽，凸轮位于形封闭槽内，凸轮可带动滑台相对固定基座滑动。
2.根据权利要求1所述的跨行程精密定位操作台，其特征在于：滑台两侧设有形封闭导轨，固定基座相应设有保持架，保持架内设有滚子，前述形封闭导轨、保持架、滚子构成滚动导轨副。
3.根据权利要求2所述的跨行程精密定位操作台，其特征在于：凸轮采用等宽凸轮；凸轮通过预紧螺母、碟形弹簧安装在旋转中心轴上，碟形弹簧位于凸轮的下方，旋转中心轴与固定基座固定。
4.根据权利要求3所述的跨行程精密定位操作台，其特征在于：滑台的侧面设有用于实时位移反馈的光栅。
5.根据权利要求4所述的跨行程精密定位操作台，其特征在于：压电陶瓷采用叠堆型压电陶瓷。
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