[发明专利]一种Z轴负向放大一维精密定位平台

说明书

技术领域

本发明属于微驱动应用领域，具体涉及为利用新型放大原理在Z轴实现负向放大一维精密定位的微驱动平台。

背景技术

近年来，随着微电子技术，宇航，生物工程等学科的迅速发展，正式进入了“亚微米-纳米”时代。在电子，光学，机械制造等众多技术领域中，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的微定位系统，用于实现高精度的研究，微定位技术在微机电系统、纳米制造技术、微电子及纳米电子技术、纳米生物工程等众多高科技领域将发挥越来越重要的作用。用以直接工作或配合其他仪器设备完成高精度的研究和使用。

随着科学技术的不断发展，对微定位的界定也从以前的mm级到现在的亚um—nm级进化，以后的发展方向将是亚nm级(<10-9m)。对高精密系统的研究，以美国、德国和日本走在世界的前列，比如在基于压电陶瓷纳米定位方面，能够达到1nm的分辨率、10nm左右的定位精度、10mm以上的形程。目前我国在微定位技术领域的研究还相对落后，因此，开展微定位平台的相关研究，对于缩小同国内外同行的差距，促进我国的国防军工以及国民经济的快速发展有着重大而深远的意义。

一维精密定位平台，主要功能是实现被操作样件或被观测样件的一维精密运动和定位，以及微探针的一维操作等。其微动工作原理在于利用压电陶瓷的逆压电效应，驱动弹性铰链机构实现微位移传动，以达到一精密定位的要求。它相对于其他驱动方式的一维维精密定位技术，如电机驱动、音圈电机驱动、记忆合金驱动及磁滞伸缩驱动方式等，其基本原理实现方便、控制简单，并具有分辨率高、传动无间隙、易微小化、运动精度高和重复定位精度高等优点。微位移驱动器是微定位平台的关键部分，驱动器的特性和精度对定位平台系统的性能有着重要影响。微位移驱动器是微定位平台的关键部分，驱动器的特性和精度对定位平台系统的性能有着重要影响。

微动工作台由微位移驱动器和导轨两部分组成。根据导轨形式和驱动方式可分为五类：柔性支撑、压电或电致伸缩微位器驱动；滚动导轨，压电陶瓷或电致伸缩微位移器驱动：滑动导轨，机械式驱动；平行弹性导轨，机械式或电磁、压电、电致伸缩微位移器驱动器驱动；气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动。通常的压电陶瓷驱动的微位移工作台以柔性铰链作支承导轨，以压电陶瓷驱动器作驱动元件。

柔性铰链包括正圆型、直角型、椭圆型、双曲线型。正圆型:准确性较低，应力集中小，灵活性最好，加工方便；直角型:具有最大的集中应力，灵活性较好，强度不足；椭圆型：应力集中最小，精确性较低；双曲线型：精度较高，应力集中较低，加工困难。柔性机构包括位移Z轴负向放大机构、位移导向机构、柔性铰链。柔性机构的优点：1、无机械摩擦、无间隙2、免于磨损、提高寿命3、高精度运动4、免于润滑、避免污染；缺点：1、运动范围有限2、很难实现大行程3、刚性低。(如专利号为CN201420081663.6的专利)。

精密定位平台位移Z轴负向放大机构包括杠杆机构、四边形机构、八杆机构、Scott机构、桥式机构。杠杆机构：优点：刚度大、结构简单、易制造，缺点：位移放大倍数小、存在位移耦合；四边形机构：优点：结构对称、消除了位移耦合，缺点：位移放大倍数小；八杆机构：优点：结构紧凑、消除了位移耦合，缺点：结构复杂、不易制造；Scott机构：优点：结构简单紧凑、位移放大倍数大，缺点：放大比非线性；桥式机构：优点：结构简单、位移放大倍数大，缺点：刚度太低。

上述一维精密定位平台在一维实现结构和位移放大方式上有所不同，在实现一维大行程精密定位的过程中都会因为机构类型的原因在一维大行程精密定位中引起误差，最终影响运动精度，而且为一维大行程精密定位平台带来累积误差和角度误差、耦合位移等技术难题。(如专利号为CN201310603633.7、CN201310068434.0的专利)。

因此，有必要找到一种能够有效提高运动范围放大倍数，同时能够减小精密定位平台体积，而且避免角度误差的精密定位平台。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用新型Z轴负向放大机构的Z轴负向放大一维精密定位平台，该种新型Z轴负向放大机构在加工过程中容易保证其加工精度，使工件的对称性有很大提高，这样就避免了新型Z轴负向放大机构的耦合位移。