[发明专利]一种含三级位移放大机构的探针微进给平台及工作方法

说明书

本发明属于探针微进给平台技术领域，尤其涉及一种含三级位移放大机构的探针微进给平台及工作方法。包括基座Ⅰ、基座Ⅱ、压电陶瓷、双平行板导向机构和柔性位移放大机构；压电陶瓷设在基座Ⅰ内侧中心处，压电陶瓷下方设有螺纹连接为一体的盖形螺母和预紧螺栓，压电陶瓷的下端与盖形螺母的球面接触；预紧螺栓下方与基座Ⅱ的顶部接触；双平行板导向机构包括位于压电陶瓷顶部的输入块，双平行板导向机构的左右两侧与基座Ⅰ连接；双平行板导向机构沿压电陶瓷轴向产生的变形，将压电陶瓷压紧在输入块下；柔性位移放大机构包括左右对称布置的SR机构、杠杆机构与双Z型机构，扩大了压电陶瓷输出位移，实现了探针安装台的大行程平移进给。

技术领域

本发明属于探针微进给平台技术领域，尤其涉及一种含三级位移放大机构的探针微进给平台及工作方法。

背景技术

表面微纳米结构加工是微纳领域的一个重要方向。相比于光刻、纳米压印等微纳技术，基于探针的微纳加工技术具有柔性好、成本低、控制简单等优势，因此在微纳加工领域占有重要地位，而探针的精密进给是实现微纳加工的必要条件。原子力显微镜作为微纳加工的常用设备，其探针进给功能主要通过压电陶瓷直接驱动悬臂梁实现，但是受制于压电陶瓷尺寸，探针进给行程一般较小。此外，悬臂梁沿轴向和横向的刚度差异较大，不利于保证加工精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含三级位移放大机构的探针微进给平台及工作方法。

为了实现上述目的，本申请的技术方案如下：

一种含三级位移放大机构的探针微进给平台，包括基座Ⅰ、基座Ⅱ、压电陶瓷、双平行板导向机构和柔性位移放大机构；

所述压电陶瓷设在基座Ⅰ内侧中心处，压电陶瓷下方设有螺纹连接为一体的盖形螺母和预紧螺栓，所述压电陶瓷的下端与盖形螺母的球面接触；所述预紧螺栓下方与基座Ⅱ的顶部接触；

所述双平行板导向机构包括位于压电陶瓷顶部的输入块，所述双平行板导向机构的左右两侧与基座Ⅰ连接；双平行板导向机构沿压电陶瓷轴向产生的变形，将压电陶瓷压紧在输入块下。

所述柔性位移放大机构包括左右对称布置的SR机构、杠杆机构与双Z型机构；SR机构可以将压电陶瓷的单向输出位移转换为同一直线上大小相等、方向相反的两路输出位移，并对压电陶瓷的输出位移进行了放大，是第一级位移放大机构；两个杠杆机构左右对称布置，将其各自中间位置的输入位移放大，是第二级位移放大机构；双Z型机构促使探针安装台产生垂直方向位移，是第三级位移放大机构。

进一步的，所述SR机构顶端与所述输入块通过柔性铰链B连接，所述SR机构下方内侧与所述基座Ⅰ通过柔性铰链A连接，所述SR机构下方外侧与连接块Ⅰ通过柔性铰链D连接，所述SR机构中间位置设有柔性铰链C；

SR机构的第一级位移放大倍数为：

式中，l_AB为转动副A与转动副B的距离，l_AD为转动副A与转动副D的距离。

进一步的，所述连接块Ⅰ是SR机构的输出端，并作为输入端将压电陶瓷的输出位移通过柔性铰链F传递至杠杆机构的中间位置。

进一步的，所述杠杆机构的一端通过柔性铰链E与基座Ⅱ柔性连接，另一端通过柔性铰链G与连接块Ⅱ柔性连接；

杠杆机构的第二级位移放大倍数为：

式中，l_GE为转动副G与转动副E的距离,l_FE为转动副F与转动副E的距离，θ为转动副E、转动副F连线与转动副D、转动副F连线的夹角。

进一步的，所述连接块Ⅱ上方设有平行式柔性支撑机构，所述平行式柔性支撑机构的上端与所述基座Ⅱ连接。