[发明专利]一种大行程二维压电定位台

说明书

本发明公开了一种大行程和大有效行程面积比的二维压电定位台，属于压电驱动技术领域。包括底板、压电定位台、载物平台和预紧机构；预紧机构包括第一预紧机构和第二预紧机构，分别设于与两个位移放大机构的压电定位台对应侧边的底板上；压电定位台包括载物平台框架、第一位移放大机构、第一解耦机构、第二位移放大机构和第二解耦机构；第一位移放大机构和第一解耦机构为一组实现所述压电定位台在Y方向的位移输出，第二位移放大机构和第二解耦机构为一组实现压电定位台在X方向的位移输出。本发明通过两个位移放大机构的结构设计，使整体放大比达到14.4；通过调整两个解耦机构的机械机构参数，使压电定位台在X方向和Y方向的耦合误差降低至0.35%。

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域，具体涉及一种大行程二维压电定位台。

背景技术

压电定位台是一种利用压电驱动技术实现精密定位的机械结构。利用压电陶瓷的逆压电效应，使得压电陶瓷通电激励后产生微小位移，从而实现精密定位。

目前的压电定位台按照自由度分类可分为单自由度和多自由度两种，按照有无位移放大机构分类可分为直驱型和放大型。由于压电陶瓷的电致伸缩变形通常为陶瓷厚度的千分之一，因此直驱型压电定位台常常受限于压电驱动器的微米级输出位移而无法实现大行程输出，但直驱型压电定位台通常具有很高的谐振频率，被广泛应用于高频扫描定位领域。放大型压电定位台通过合理地设计位移放大机构将压电驱动器的位移进行放大输出，从而实现大行程位移输出，以满足不同定位行程的需求。

一种压电驱动大行程无耦合二维精密定位平台，通过X方向菱形放大机构增大了输出的位移行程，带动嵌套在X方向平台上的整个内层基板实现工作台横向即X向的运动；同时，通过相互串联的两个菱形放大机构带动中央工作台实现Y方向即竖向的运动，内外平台的运动位移均是压电陶瓷驱动器经过菱形放大机构放大后的位移。

但是，与上述压电驱动定位台类似的传统压电定位平台的行程通常小于200微米，无法适用于大行程精密定位的应用场合；载物面积比（载物平台面积/定位台面积）通常小于1/3，很难适用于体积稍大的目标物实现精密定位；有效行程面积比（定位台行程（单位：微米）/定位台面积（单位：毫米））通常小于1，即在同样的尺寸空间下，无法有效地利用机械结构输出更大的位移，有效行程面积比越大，越有利于定位台在有限的空间内实现大行程位移输出；同时，传统压电定位平台X方向与Y方向的输出位移串扰较大，即耦合误差较大，难以实现较高的定位精度。

发明内容

为了解决上述传统压电定位平台存在的行程小、载物面积小、有效行程面积比较小、耦合误差较大的问题，本发明提供了一种大行程二维压电定位台。

一种大行程二维压电定位台包括底板1、压电定位台2、载物平台3和预紧机构；所述压电定位台2固定设于底板1上，所述载物平台3固定设于压电定位台2的顶面上；所述预紧机构包括第一预紧机构和第二预紧机构，分别设于与两个位移放大机构对应的压电定位台2两侧边的底板1上；

所述压电定位台2包括矩形的载物平台框架27、第一位移放大机构23、第一解耦机构25、第二位移放大机构24、第二解耦机构26；

所述载物平台框架27为矩形框架；

所述第一位移放大机构23和第一解耦机构25为一组，水平平行设于载物平台框架27内中部；

所述第二位移放大机构24和第二解耦机构26为一组，分别垂直设于载物平台框架27内两侧；

所述第一位移放大机构23和第二位移放大机构24结构相同，第一位移放大机构23内均设有压电叠堆；所述第一解耦机构25和第二解耦机构26结构相同；

所述第一位移放大机构23和第一解耦机构25实现所述压电定位台在Y方向的位移输出；第二位移放大机构24和第二解耦机构26实现所述压电定位台在X方向的位移输出；实现在相同的电压激励下，X方向和Y方向的输出位移相等。