微納加工設備及其定位裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種微納加工設備的定位裝置，包括固定座、用于安裝加工裝置的動平臺和兩個安裝于所述固定座并用于驅動所述動平臺移動的驅動裝置，且兩個所述驅動裝置驅動所述動平臺在相互垂直的兩個方向上移動，所述驅動裝置包括壓電陶瓷驅動器和橋式位移放大器，所述橋式位移放大器分別連接所述壓電陶瓷驅動器和所述動平臺。整體結構緊湊易于加工，位移放大倍數較大，位移的輸入輸出有良好的線性關系，穩定性強，且橋式放大機構的剛性較強，應用更廣更普遍。本發明還公開了一種包括上述定位裝置的微納加工設備。
【專利說明】
微納加工設備及其定位裝置
技術領域
[0001]本發明涉及微納加工領域，特別是涉及一種微納加工設備的定位裝置。此外，本發明還涉及一種包括上述定位裝置的微納加工設備。
【背景技術】
[0002]微納加工技術越來越受到國內外的關注，隨著微納技術的不斷發展，許多應用領域對微納米級微納加工技術提出了更多的要求。現有的微納加工設備一般采用杠桿放大結構或壓曲放大結構，杠桿放大結構簡單，但尺寸大，杠桿機構剛度差，運動輸入輸出非線性，且機構中存在著位移損失，使得實際的位移放大比理論位移放大要小，放大的倍數往往受限于機構尺寸，壓曲放大是用薄板或薄片的變形來進行放大，其放大倍數跟薄板的初始曲率有關，故放大倍數比較小，且裝配誤差對其放大性能影響大，不便于平臺集成。
[0003]因此，如何提供一種剛性較強且結構穩定的定位裝置是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種微納加工設備的定位裝置，剛性較強且結構穩定。本發明的另一目的是提供一種包括上述定位裝置的微納加工設備，剛性較強且結構穩定。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種微納加工設備的定位裝置，包括固定座、用于安裝加工裝置的動平臺和兩個安裝于所述固定座并用于驅動所述動平臺移動的驅動裝置，且兩個所述驅動裝置驅動所述動平臺在相互垂直的兩個方向上移動，所述驅動裝置包括壓電陶瓷驅動器和橋式位移放大器，所述橋式位移放大器分別連接所述壓電陶瓷驅動器和所述動平臺。
[0006]優選地，所述橋式位移放大器包括固定平臺、第一輸出平臺、第二輸出平臺和兩個對稱設置的輸入平臺；所述壓電陶瓷驅動器的兩端分別連接兩個所述輸入平臺的中部，所述輸入平臺遠離所述定位裝置的中心的一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿的一端，所述第一連桿的另一端通過柔性鉸鏈連接所述固定平臺的一端;所述輸入平臺靠近所述中心的一端通過柔性鉸鏈連接第二連桿的一端，所述第二連桿的另一端通過柔性鉸鏈連接所述第一輸出平臺的一端，所述固定平臺和所述第一輸出平臺分別位于所述壓電陶瓷驅動器的兩側；所述第一輸出平臺的兩端還通過柔性鉸鏈連接所述固定座，所述第一輸出平臺的中部通過柔性鉸鏈連接所述第二輸出平臺，所述第二輸出平臺固定連接所述動平臺。
[0007]優選地，所述橋式位移放大器還包括與所述第二輸出平臺相對設置的第一輔助平臺和第二輔助平臺，所述第一輔助平臺的兩端通過柔性鉸鏈連接所述固定座，所述第一輔助平臺的中部通過柔性鉸鏈連接所述第二輔助平臺，所述第二輔助平臺和所述第二輸出平臺分別固定連接所述動平臺相對的兩端。
[0008]優選地，所述第一輸出平臺的兩端均通過兩個柔性鉸鏈連接所述固定座，所述第一輔助平臺的兩端均通過兩個柔性鉸鏈連接所述固定座;所述第二輸出平臺的兩側均通過兩個柔性鉸鏈連接所述第一輸出平臺，所述第二輔助平臺的兩側均通過兩個柔性鉸鏈連接所述第一輔助平臺。
[0009]優選地，所述固定座和所述固定平臺上設置有用于固定位置的螺紋孔，所述第二輸出平臺和所述第二輔助平臺上設置有用于連接所述動平臺的螺紋孔。
[0010]優選地，所述動平臺中部設置有用于安裝加工裝置的安裝孔。
[0011 ]優選地，所述柔性鉸鏈具體為直梁型柔性鉸鏈。
[0012]本發明提供一種微納加工設備，包括機床以及安裝于所述機床的定位裝置，所述定位裝置具體為上述任意一項所述的定位裝置。
[0013]優選地，所述微納加工設備具體為微結構表面微納切削加工機床。
[0014]本發明提供的定位裝置，包括固定座、用于安裝加工裝置的動平臺和兩個安裝于固定座并用于驅動動平臺移動的驅動裝置，且兩個驅動裝置驅動動平臺在相互垂直的兩個方向上移動，驅動裝置包括壓電陶瓷驅動器和橋式位移放大器，橋式位移放大器分別連接壓電陶瓷驅動器和動平臺。通過使用橋式位移放大器，取代現有技術中的杠桿放大機構或壓曲放大機構，整體結構緊湊易于加工，位移放大倍數較大，位移的輸入輸出有良好的線性關系，穩定性強，且橋式放大機構的剛性較強，應用更廣更普遍。
[0015]本發明還提供一種包括上述定位裝置的微納加工設備，由于上述定位裝置具有上述技術效果，上述微納加工設備也應具有同樣的技術效果，在此不再詳細介紹。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所提供的定位裝置的一種【具體實施方式】的結構示意圖；
[0017]圖2為本發明所提供的定位裝置的一種【具體實施方式】的俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發明的核心是提供一種微納加工設備的定位裝置，剛性較強且結構穩定。本發明的另一核心是提供一種包括上述定位裝置的微納加工設備，剛性較強且結構穩定。
[0019]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
[0020]請參考圖1和圖2，圖1為本發明所提供的定位裝置的一種【具體實施方式】的結構示意圖；圖2為本發明所提供的定位裝置的一種【具體實施方式】的俯視示意圖。
[0021]本發明【具體實施方式】提供的定位裝置，包括固定座1、動平臺2和兩個驅動裝置，固定座I用于固定定位裝置，一般固定安裝于基座臺，動平臺2用于安裝加工裝置，一般為刀具，可在動平臺2中部設置安裝孔以便于加工裝置的安裝。兩個驅動裝置安裝于固定座I并用于驅動動平臺2移動，且兩個驅動裝置驅動動平臺2在相互垂直的兩個方向上移動，即動平臺2在同一平面內的xy方向移動。驅動裝置包括壓電陶瓷驅動器3和橋式位移放大器，橋式位移放大器分別連接壓電陶瓷驅動器3和動平臺2。
[0022]具體地，橋式位移放大器包括固定平臺4、第一輸出平臺8、第二輸出平臺9和兩個對稱設置的輸入平臺5。壓電陶瓷驅動器3的兩端分別連接兩個輸入平臺5的中部，輸入平臺5遠離定位裝置的中心的一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿6的一端，第一連桿6的另一端通過柔性鉸鏈連接固定平臺4的一端;輸入平臺5靠近中心的一端通過柔性鉸鏈連接第二連桿7的一端，第二連桿7的另一端通過柔性鉸鏈連接第一輸出平臺8的一端，固定平臺4和第一輸出平臺8分別位于壓電陶瓷驅動器3的兩側;第一輸出平臺8的兩端還通過柔性鉸鏈連接固定座I，第一輸出平臺8的中部通過柔性鉸鏈連接第二輸出平臺9，第二輸出平臺9固定連接動平臺2。兩個輸入平臺5在壓電陶瓷驅動器3的兩端對稱設置。
[0023]工作時壓電陶瓷驅動器3接通電源并在電源作用下伸長，增加兩個輸入平臺5之間的距離，通過第一連桿6、第二連桿7和柔性鉸鏈的作用，減少第一輸出平臺8和固定平臺4的距離，由于固定平臺4位置相對與固定座I固定不動，第一輸出平臺8將向固定平臺4移動，通過柔性鉸鏈帶動第二輸出平臺9也向固定平臺4移動，即能夠使動平臺2向固定平臺4的方向移動，即驅動動平臺2移動的方向垂直于壓電陶瓷驅動器3的伸縮方向。斷電后各部件運動方向相反，實現動平臺2退回。兩個驅動裝置的壓電陶瓷驅動器3垂直設置，進而使動平臺2能夠在相互垂直的兩個方向上移動。
[0024]通過使用橋式位移放大器，取代現有技術中的杠桿放大機構或壓曲放大機構，整體結構緊湊易于加工，位移放大倍數較大，位移的輸入輸出有良好的線性關系，穩定性強，且橋式放大機構的剛性較強，應用更廣更普遍。
[0025]在本發明【具體實施方式】提供的定位裝置中，為了提高動平臺2移動時的穩定性，可設置與第二輸出平臺9相對設置的第一輔助平臺10和第二輔助平臺11，第一輔助平臺10的兩端通過柔性鉸鏈連接固定座I，第一輔助平臺10的中部通過柔性鉸鏈連接第二輔助平臺11，第二輔助平臺11和第二輸出平臺9分別固定連接動平臺2相對的兩端。即輸出平臺與輔助平臺相對設置，分別連接動平臺2的兩端，在不影響動平臺2受輸出平臺驅動而運動的情況下，增加連接點，提高穩定性和強度。
[0026]為了進一步增加強度，可使第一輸出平臺8的兩端均通過兩個柔性鉸鏈連接固定座1，第一輔助平臺10的兩端均通過兩個柔性鉸鏈連接固定座I;第二輸出平臺9的兩側均通過兩個柔性鉸鏈連接第一輸出平臺8，第二輔助平臺11的兩側均通過兩個柔性鉸鏈連接第一輔助平臺10。通過增加柔性鉸鏈的數量提高設備的強度，也可根據情況調整柔性鉸鏈的數量，均在本發明的保護范圍之內。
[0027]在本發明【具體實施方式】提供的定位裝置中，固定座I和固定平臺4上設置有用于固定位置的螺紋孔，第二輸出平臺9和第二輔助平臺11上設置有用于連接動平臺2的螺紋孔。需要固定連接的部件通過螺栓連接，便于拆卸更換，也可采用其他連接方式，如卡接或焊接等，均在本發明的保護范圍之內。
[0028]在上述各【具體實施方式】提供的定位裝置的基礎上，柔性鉸鏈可具體為直梁型柔性鉸鏈，提供較大的轉動范圍，也可采用其他類型的柔性鉸鏈，如倒圓角型柔性鉸鏈等，均在本發明的保護范圍之內。
[0029]除了上述定位裝置，本發明的【具體實施方式】還提供一種包括上述定位裝置的微納加工設備，該微納加工設備其他各部分的結構請參考現有技術，本文不再贅述。
[0030]具體地，上述微納加工設備可以是微結構表面微納切削加工機床。
[0031]以上對本發明所提供的微納加工設備及其定位裝置進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種微納加工設備的定位裝置，包括固定座(I)、用于安裝加工裝置的動平臺(2)和兩個安裝于所述固定座(I)并用于驅動所述動平臺(2)移動的驅動裝置，且兩個所述驅動裝置驅動所述動平臺(2)在相互垂直的兩個方向上移動，其特征在于，所述驅動裝置包括壓電陶瓷驅動器(3)和橋式位移放大器，所述橋式位移放大器分別連接所述壓電陶瓷驅動器(3)和所述動平臺(2)。2.根據權利要求1所述的定位裝置，其特征在于，所述橋式位移放大器包括固定平臺(4)、第一輸出平臺(8)、第二輸出平臺(9)和兩個對稱設置的輸入平臺(5);所述壓電陶瓷驅動器(3)的兩端分別連接兩個所述輸入平臺(5)的中部，所述輸入平臺(5)遠離所述定位裝置的中心的一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿(6)的一端，所述第一連桿(6)的另一端通過柔性鉸鏈連接所述固定平臺(4)的一端;所述輸入平臺(5)靠近所述中心的一端通過柔性鉸鏈連接第二連桿(7)的一端，所述第二連桿(7)的另一端通過柔性鉸鏈連接所述第一輸出平臺(8)的一端，所述固定平臺(4)和所述第一輸出平臺(8)分別位于所述壓電陶瓷驅動器(3)的兩側;所述第一輸出平臺(8)的兩端還通過柔性鉸鏈連接所述固定座(I)，所述第一輸出平臺(8)的中部通過柔性鉸鏈連接所述第二輸出平臺(9)，所述第二輸出平臺(9)固定連接所述動平臺(2)。3.根據權利要求2所述的定位裝置，其特征在于，所述橋式位移放大器還包括與所述第二輸出平臺(9)相對設置的第一輔助平臺(10)和第二輔助平臺(11)，所述第一輔助平臺(10)的兩端通過柔性鉸鏈連接所述固定座(I)，所述第一輔助平臺(10)的中部通過柔性鉸鏈連接所述第二輔助平臺(U)，所述第二輔助平臺(11)和所述第二輸出平臺(9)分別固定連接所述動平臺(2)相對的兩端。4.根據權利要求3所述的定位裝置，其特征在于，所述第一輸出平臺(8)的兩端均通過兩個柔性鉸鏈連接所述固定座(I)，所述第一輔助平臺(10)的兩端均通過兩個柔性鉸鏈連接所述固定座(I);所述第二輸出平臺(9)的兩側均通過兩個柔性鉸鏈連接所述第一輸出平臺(8)，所述第二輔助平臺(11)的兩側均通過兩個柔性鉸鏈連接所述第一輔助平臺(10)。5.根據權利要求4所述的定位裝置，其特征在于，所述固定座(I)和所述固定平臺(4)上設置有用于固定位置的螺紋孔，所述第二輸出平臺(9)和所述第二輔助平臺(11)上設置有用于連接所述動平臺(2)的螺紋孔。6.根據權利要求5所述的定位裝置，其特征在于，所述動平臺(2)中部設置有用于安裝加工裝置的安裝孔。7.根據權利要求2至6任意一項所述的定位裝置，其特征在于，所述柔性鉸鏈具體為直梁型柔性鉸鏈。8.—種微納加工設備，包括機床以及安裝于所述機床的定位裝置，其特征在于，所述定位裝置具體為權利要求1至7任意一項所述的定位裝置。9.根據權利要求8所述的微納加工設備，其特征在于，所述微納加工設備具體為微結構表面微納切削加工機床。
【文檔編號】B81C1/00GK106082115SQ201610716024
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發明人】湯暉, 邱遷, 曾昭和, 李宏城, 張攬宇, 高健, 陳新, 賀云波, 楊志軍, 陳云, 王晗, 王素娟
【申請人】廣東工業大學