CN110048634A - 一种微动平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微动平台，包括动平台、位移输出装置、柔性连接装置和安装底座；其中位移输出装置包括：固定支架、压电陶瓷驱动器、高钢弹簧、推杆、和预紧装置。本申请采用压电陶瓷和高钢弹簧组成可快速动态调节的驱动结构，实现累积误差小且复杂环节少的精密位移输出。同时设置预紧装置对压电陶瓷驱动器的预紧力进行改变，有利于提高微动平台的运动性能和实现运动控制。

Description

一种微动平台

技术领域

本申请涉及精密加工技术领域，尤其涉及一种微动平台。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展，精密微动平台在微机电系统、超精密测量与机械制造、微纳米加工、扫描探针显微镜、光学元件制造及生物医学工程等微纳技术领域应用的越来越广泛。因此，精密微动平台的研制成为人们研究微观领域的重要环节。例如，光刻机作为精密平台的典型应用在集成电路产业中是最为核心的关键设备，而精密微动平台作为光刻机系统中的多自由度定位及矫正补偿机构是实现光刻标准线宽，获得高质量光刻图形的首要条件，决定了光刻机最终的光刻分辨率，是实现纳米级别精密定位的核心条件。

现有的运动平台的驱动方式多以液压驱动和气压驱动，虽然推力大，但是精度低且需要有液压或气压的循环系统，不适用于较小的微动平台结构。

发明内容

本申请的目的在于提供一种微动平台，解决误差大、精度低技术问题。

有鉴于此，本申请提供了一种微动平台，包括动平台、位移输出装置、柔性连接装置和安装底座；

所述位移输出装置包括：固定支架、压电陶瓷驱动器、高钢弹簧、推杆、和预紧装置；

所述固定支架固定于所述安装底座上；

所述推杆包括接触部、杆身和连接部，所述接触部的横截面积大于所述杆身的横截面积；

所述压电陶瓷驱动器的一端固定于所述固定支架上，另一端与所述接触部接触；

所述预紧装置包括开设有轴向通孔的圆柱状预紧部，所述预紧部的外表面与所述固定支架螺纹连接，所述推杆从所述轴向通孔中穿过；

所述高钢弹簧套接于所述杆身上，一端抵在所述接触部上，另一端与所述预紧装置接触；

所述连接部通过所述柔性连接装置与所述动平台连接。

优选的，所述预紧装置还包括预紧螺母，所述预紧螺母与所述预紧部固定连接。

可选的，所述固定支架具体为中空的圆柱形套筒，所述压电陶瓷驱动器固定于所述圆柱形套筒内部，并与所述圆柱形套筒同轴配合。

可选的，所述柔性连接装置与所述推杆的连接部螺纹连接。

可选的，所述柔性连接装置通过螺钉固定于所述动平台表面。

优选的，所述位移输出装置和所述柔性连接装置的个数均为3个；

所述动平台表面为三角形；

3个所述位移输出装置分别通过3个柔性连接装置固定于所述动平台的3个顶点；

优选的，所述动平台表面为正三角形。

可选的，所述柔性连接装置包括直圆形柔性铰链。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：

本申请实施例中，提供了一种微动平台，包括动平台、位移输出装置、柔性连接装置和安装底座；其中位移输出装置包括：固定支架、压电陶瓷驱动器、高钢弹簧、推杆、和预紧装置。本申请采用压电陶瓷和高钢弹簧组成可快速动态调节的驱动结构，实现累积误差小且复杂环节少的精密位移输出。同时设置预紧装置对压电陶瓷驱动器的预紧力进行改变，有利于提高微动平台的运动性能和实现运动控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的微动平台的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的微动平台的爆炸视图；

图3为本申请实施例所提供的微动平台的局部示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1至图3，图1为本申请实施例所提供的微动平台的结构示意图，图2为本申请实施例所提供的微动平台的爆炸视图，图3为为本申请实施例所提供的微动平台的局部示意图。

本申请设计了一种微动平台，包括动平台1、位移输出装置、柔性连接装置2和安装底座7。

位移输出装置包括固定支架5、压电陶瓷驱动器6、高钢弹簧9、推杆4和预紧装置3。

固定支架5固定在安装底座7上，用于对整个位移输出装置进行支撑。可选的，固定支架通过4个螺钉固定在安装底座上。

推杆4包括接触部、杆身和连接部，且接触部的横截面积大于杆身的横截面积。一方面更大的横截面积有利于传导压电陶瓷驱动器传递的力，另一方面可以支撑高钢弹簧9。

压电陶瓷驱动器6的一端固定在固定支架5上，通过固定支架5与安装底座7固定。压电陶瓷驱动器6的另一端与推杆的接触部接触，传递驱动力。

预紧装置3包括开设有轴向通孔的圆柱状的预紧部，预紧部的外表面与固定支架5螺纹连接，推杆4从预紧部的轴向通孔中穿过。

高钢弹簧9套接于推杆4的杆身上，一端抵在接触部上，另一端与预紧装置接触。通过旋转预紧装置3可以推动高钢弹簧9，从而对推杆4提供推力，使得压电陶瓷驱动器6两端的预紧力随之改变，有利于寻求压电陶瓷驱动器6在不同受压下最合适的输出位移，从而提高微动平台的运动性能，有利于运动控制。

推杆4的连接部通过柔性连接装置2与动平台1连接，力从压电陶瓷驱动器依次通过推杆4、柔性连接装置2传递到动平台，使得动平台产生位移，实现微动。

本申请实施例所提供的微动平台，采用压电陶瓷和高钢弹簧9组成可快速动态调节的驱动结构，实现累积误差小且复杂环节少的精密位移输出。同时设置预紧装置对压电陶瓷驱动器6的预紧力进行改变，有利于提高微动平台的运动性能和实现运动控制。

可选的，以柔性铰链作为放大机构及导向机构，通过电磁驱动获得位移输出，能消除铰链间的摩擦和回程间隙，精度高、行程大，优选的采用直圆形柔性铰链结构作为柔性连接装置2的传动机构。

优选的，预紧装置3包括预紧螺母，预紧螺母与预紧部固定连接。可以理解的是，预紧部圆柱形的侧面不便于调整，因此，可以增加一个六边形的预紧螺母，通过夹持预紧螺母相对的两个侧面，可以方便的对预紧力进行调整。

优选的，为了保证精密仪器的密闭性，固定支架5具体为中空的圆柱形套筒，压电陶瓷驱动器6固定于圆柱形套筒内部，并与圆柱形套筒同轴配合。

可选的，柔性连接装置2内加工有内螺纹，推杆4的连接部加工有外螺纹，柔性连接装置2与推杆4的连接部通过螺纹连接。

可选的，柔性连接装置2通过螺钉固定在所述动平台1的表面，具体的，螺钉的数量为4个，呈正方形排布。

优选的，位移输出装置和柔性连接装置2的个数均为3个，动平台1表面形状为三角形，优选的为正三角形。3个位移输出装置分别通过3个柔性连接装置2固定在动平台1的3个顶点上。当三组压电陶瓷驱动器6同步驱动时，三根推杆4同步直线上升，带动动平台1上升从而实现Z轴自由度；当只有一个或两个压电陶瓷驱动器6驱动时，使动平台1在空间内转动，实现两个旋转自由度。此处设计突破了传统一维或二维平动微动平台自由度有限的格局，提高了平台的自由度数，且双俯仰结构更有利于加工平台的调平及位移矫正补偿。通过三个驱动机构的协调配合与翻转关节处柔性结构的形变来实现平台的升降移动和角度翻转，驱动过程动态灵活可调。与其它多自由度微动平台相比，结构简单，制作工艺精简，节约成本。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种微动平台，其特征在于，包括动平台、位移输出装置、柔性连接装置和安装底座；

所述位移输出装置包括：固定支架、压电陶瓷驱动器、高钢弹簧、推杆、和预紧装置；

所述固定支架固定于所述安装底座上；

所述推杆包括接触部、杆身和连接部，所述接触部的横截面积大于所述杆身的横截面积；

所述压电陶瓷驱动器的一端固定于所述固定支架上，另一端与所述接触部接触；

所述预紧装置包括开设有轴向通孔的圆柱状预紧部，所述预紧部的外表面与所述固定支架螺纹连接，所述推杆从所述轴向通孔中穿过；

所述高钢弹簧套接于所述杆身上，一端抵在所述接触部上，另一端与所述预紧装置接触；

所述连接部通过所述柔性连接装置与所述动平台连接。

2.根据权利要求1所述的微动平台，其特征在于，所述预紧装置还包括预紧螺母，所述预紧螺母与所述预紧部固定连接。

3.根据权利要求1所述的微动平台，其特征在于，所述固定支架具体为中空的圆柱形套筒，所述压电陶瓷驱动器固定于所述圆柱形套筒内部，并与所述圆柱形套筒同轴配合。

4.根据权利要求1所述的微动平台，其特征在于，所述柔性连接装置与所述推杆的连接部螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的微动平台，其特征在于，所述柔性连接装置通过螺钉固定于所述动平台表面。

6.根据权利要求1所述的微动平台，其特征在于，所述位移输出装置和所述柔性连接装置的个数均为3个；

所述动平台表面形状为三角形；

3个所述位移输出装置分别通过3个柔性连接装置固定于所述动平台的3个顶点。

7.根据权利要求6所述的微动平台，其特征在于，所述动平台表面为正三角形。

8.根据权利要求1所述的微动平台，其特征在于，所述柔性连接装置包括直圆形柔性铰链。