[发明专利]一种基于柔性铰链的压电定位平台及工业相机

说明书

本发明公开一种基于柔性铰链的压电定位平台及工业相机，涉及微纳定位平台领域。本发明中压电定位平台包括平台基底和固定于所述平台基底上的定位平台，定位平台上设置有通孔，所述通孔内设置有移动部和预紧压块；压电定位平台还包括压电陶瓷，安装在移动部与预紧压块之间，所述压电陶瓷用于推动移动部移动。相较于现有技术中采用外部器件或旋入紧固件、布置弹性元件等预紧策略，本发明将压电陶瓷预紧机制集成到柔性铰链定位平台中，并利用柔性梁发生弹性变形后的自恢复趋势实现压电陶瓷预紧；本方案可以改善系统在高频下的动态性能，同时柔性铰链设置有位移导向机构，可减小多轴运动之间的耦合，提高定位精度。

技术领域

本发明涉及微纳定位平台领域，具体是一种基于柔性铰链的压电定位平台及工业相机。

背景技术

精密定位技术是精密加工、精密测量和精密驱动中的核心技术，广泛应用在微型机械制造、半导体技术、超精密加工、生物工程、生命与医疗技术等领域中。作为精密定位系统中一个重要组成部分，微纳定位平台能够提供具有纳米级别分辨率的微米级步进位移。微纳定位平台的固定端固定安装在设备上，微纳定位平台的移动端上安装有待步进位移的机构。

柔性铰链是利用构件局部变形而设计的一类弹性支承，具备运动无摩擦、响应速度快、精度高等特点。压电陶瓷利用了某些材料的逆压电效应制成，在外界电场激励作用下将发生形变，常用于微位移驱动与控制。基于柔性铰链而制作的压电定位平台位移延迟小、分辨率高，其精度可达纳米级，被广泛应用于超精密加工、生物工程、微电子封装等精密定位领域。

现有技术多采用在柔性定位平台上预留螺丝孔，通过旋入螺丝并配合垫块将压电陶瓷压紧的方式实现预紧，其他的手段有螺旋装置配合楔形块、在机构运动的反方向布置弹性元件等。

上述压电预紧策略中，预紧螺丝压紧压电陶瓷的方式在高频使用时螺丝与垫块表现为一个质量——弹簧系统，起到减振的作用，缩小了系统响应的带宽，该方式中预紧螺丝须进行防松处理，且通常辅以垫片类装置传递预紧力，防止螺丝对压电陶瓷施加集中力，造成损坏，给拆装带来不便。螺旋装置配合楔形块的方式则易产生侧向力，压电陶瓷在承受侧向力时同样易发生损坏，且易引起多轴运动耦合。在机构运动的反方向布置弹性元件的方式可能引起共振的问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种新的压电陶瓷预紧机制，并将其集成到柔性铰链定位平台，可以改善系统在高频下的动态性能，同时柔性铰链设置有位移导向机构，可减小多轴运动之间的耦合，提高压电定位平台的定位精度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于柔性铰链的压电定位平台，包括：

平台基底；

定位平台，固定于所述平台基底上，所述定位平台上设置有通孔，所述通孔内设置有移动部和预紧压块，所述移动部位于预紧压块上方；所述移动部与平台基底之间存在间隙；

压电陶瓷，安装在移动部与预紧压块之间，所述压电陶瓷用于推动移动部沿竖直向移动；所述压电陶瓷与平台基底之间存在间隙；所述压电陶瓷的自由长度大于移动部与预紧压块之间的距离；

其中，所述移动部左右两侧均设置有沿移动部对称分布的若干柔性梁，通过柔性梁与所述定位平台连接，以使移动部维持竖直向位移；所述压电陶瓷安装完成后，所述预紧压块固定于所述平台基底上；所述预紧压块左右两侧均设置有沿预紧压块对称分布的若干预紧梁，通过预紧梁与所述定位平台连接，对压电陶瓷进行预紧、限位。

进一步地，所述通孔设置在所述定位平台上表面，通孔贯通定位平台上下表面。

进一步地，所述预紧梁为可变形的弹性梁，其形变方向与压电陶瓷驱动方向一致。

进一步地，所述预紧梁和柔性梁的两端均设置有柔性铰链；预紧梁、柔性梁均通过柔性铰链分别实现与预紧压块和定位平台之间、移动部和定位平台之间的连接。