專利名稱：一種一維微平動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一維平動機構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一維微平動機構(gòu)，該機構(gòu)基于智能材料和彈性導(dǎo)向機構(gòu)，適用于在各種姿態(tài)和方向的小負載情況下，實現(xiàn)一維精密直線微位移的輸出，尤其適用于光學(xué)干涉儀中需要實現(xiàn)精密直線微位移的移相驅(qū)動器件。
背景技術(shù)：
壓電驅(qū)動器和柔性鉸鏈因其具有高精度、無摩擦、無滯后、無間隙等諸多優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于微位移平臺技術(shù)中。傳統(tǒng)的微位移技術(shù)以壓電驅(qū)動器等智能材料為驅(qū)動元件，以柔性鉸鏈機構(gòu)作為柔性導(dǎo)軌，以提供高的定位精度和快速的響應(yīng)速度。
傳統(tǒng)一維微平動平臺機構(gòu)多為平面機構(gòu)，通常采用柔性鉸鏈為導(dǎo)向機構(gòu)、壓電陶瓷驅(qū)動器作為驅(qū)動機構(gòu)，采用杠桿原理與單平行四桿機構(gòu)相結(jié)合的柔性鉸鏈整體式結(jié)構(gòu)。 輸出位移存在位移耦合及非線性的問題，如果采用對稱結(jié)構(gòu)對單平行四桿機構(gòu)進行優(yōu)化及改進，解決了單柔性平行四桿機構(gòu)的位移耦合問題，但對于微平動平臺可能的轉(zhuǎn)動或扭動問題尚缺乏有效的避免方法，且驅(qū)動力或作用反力與輸出位移呈嚴重非線性關(guān)系。在光學(xué)干涉儀的具體應(yīng)用過程中，需要在留出通光孔徑和克服各種姿態(tài)及小負載的同時，保證在通光方向上機構(gòu)保持的一維直線精密微位移運動。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于輸出較大位移范圍(亞毫米級)的簡單可靠的， 具有無摩擦、無滯后、無間隙、無需潤滑維護等特點的，適用于在各種工作姿態(tài)下和受各種方向小負載情況下的高精密(納米級位移分辨率)的一維直線微平動平臺機構(gòu)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種一維微平動機構(gòu)，包括微位移驅(qū)動組件、包含驅(qū)動球頭及墊塊的單向調(diào)整組件、包含平行的環(huán)形彈性薄片的微平動機構(gòu)導(dǎo)向和支承組件；其中
所述的微位移驅(qū)動組件，為3只微位移驅(qū)動器，且是旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)置；
所述的包含球頭及墊塊的單向調(diào)整組件，采用耐磨材料及單向接觸方式，有效避免了微位移驅(qū)動器之間的位移干涉現(xiàn)象；通過調(diào)節(jié)螺桿和鎖緊螺母，可調(diào)整墊塊的高低并鎖緊，從而補償3只微位移驅(qū)動器的高度、加工及安裝的誤差；同時，可通過調(diào)整3個墊塊的高度，為微位移驅(qū)動器施加必要的預(yù)緊力；
所述的包含平行的環(huán)形彈性薄片的微平動機構(gòu)導(dǎo)向和支承組件，此組件利用平行的具有旋轉(zhuǎn)對稱的U形連接的環(huán)形彈性薄片，環(huán)形彈性薄片內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒通過螺釘緊固，環(huán)形彈性薄片外環(huán)與筒狀機架通過螺釘緊固，從而確保微平動平臺作一維單向微位移時不會發(fā)生轉(zhuǎn)動；U形連接的數(shù)量為3個，確保在環(huán)形彈性薄片內(nèi)外環(huán)之間的留有足夠空間，可穿過微位移驅(qū)動器。
進一步的，所述的微位移驅(qū)動組件采用基于壓電陶瓷或者磁致伸縮材料為驅(qū)動核心器件的微位移驅(qū)動器。
進一步的，該機構(gòu)可應(yīng)用于精密光學(xué)儀器微平動機構(gòu)中或者透鏡的精密機械調(diào)整機構(gòu)中。
進一步的，該機構(gòu)可應(yīng)用于且特別適用于光學(xué)干涉儀鏡頭中。
進一步的，該一維微平動機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)為將內(nèi)導(dǎo)向套筒置于外殼內(nèi)，然后將第一環(huán)形彈性薄片的內(nèi)環(huán)采用螺釘緊固件與內(nèi)導(dǎo)向套筒組合成一個整體；將3只微位移驅(qū)動器分別通過沉頭螺釘固聯(lián)于底座上，并將3個球頭分別通過螺紋或膠接固聯(lián)于3只微位移驅(qū)動器的輸出端；然后將3只微位移驅(qū)動器穿過第一環(huán)形彈性薄片的環(huán)間空隙，并將第一環(huán)形彈性薄片的外環(huán)采用螺釘緊固件通過底座與外殼緊固；為確保第二環(huán)形彈性薄片和第一環(huán)形彈性薄片姿態(tài)對應(yīng)，將第二環(huán)形彈性薄片通過其環(huán)間間隙套在3只微位移驅(qū)動器上， 然后將第二環(huán)形彈性薄片的外環(huán)采用螺釘緊固件通過壓圈的螺孔與外殼緊固；將3個墊塊通過調(diào)節(jié)螺桿機構(gòu)聯(lián)接于微平動平臺下側(cè)，確保3個墊塊與3個球頭相對應(yīng)，通過微平動平臺的內(nèi)圈螺孔采用螺釘緊固件將第二環(huán)形彈性薄片的內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒2緊固。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
1)結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，維護和保養(yǎng)簡單；
2)由于采用了具有U形連接的雙環(huán)形彈性薄片導(dǎo)向機構(gòu)，實現(xiàn)了微位移平臺機構(gòu)的精確單向運動，且無需潤滑保養(yǎng)；
3)采用了微位移驅(qū)動器通過球頭和墊塊與微平動平臺單向連接的設(shè)計方法，解決了微位移驅(qū)動器的位移輸出不同步帶來的問題，并且減小了驅(qū)動控制的復(fù)雜度；
4)本發(fā)明中可調(diào)預(yù)緊的耐磨墊塊的應(yīng)用，不僅可以方便地調(diào)節(jié)機構(gòu)的初始狀態(tài)、 補償誤差，更可以方便的施加預(yù)緊力；
5)由于采用雙環(huán)形彈性薄片導(dǎo)向機構(gòu)，并將微位移驅(qū)動器設(shè)置于內(nèi)外環(huán)之間，為本發(fā)明的中心位置留出了通暢的空間，可通光或通過其它器件。


圖1為本發(fā)明一維微平動機構(gòu)的雙彈性平行薄片導(dǎo)向機構(gòu)原理示意圖2為具有U形連接的環(huán)形彈性薄片示意圖3為微位移驅(qū)動器輸出端球頭示意圖4為可調(diào)預(yù)緊的耐磨墊塊示意圖5為兩片具有U形連接的彈性薄片構(gòu)成的導(dǎo)向機構(gòu)的實施例圖6為微位移驅(qū)動器通過球頭和墊塊與微平動平臺單向連接的實施例圖7為不含外殼的微平動平臺機構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的實施例圖8為不含內(nèi)導(dǎo)向套筒的微平動平臺機構(gòu)的實施例圖9為微平動平臺機構(gòu)的完整封裝結(jié)構(gòu)的實施例在上述附圖中，1.第一、第二環(huán)形彈性薄片，2.內(nèi)導(dǎo)向套筒，3.墊塊，4.微平動平臺，5. U形連接，6.球頭，7.微位移驅(qū)動器，8.底座，9.調(diào)節(jié)螺桿機構(gòu)，10.沉頭螺釘，11.壓圈，12.外殼，13.調(diào)節(jié)螺桿，14.鎖緊螺母。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合

本發(fā)明的實施例。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實施例對該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。
如圖1所示，平行雙環(huán)形彈性薄片原理設(shè)計本發(fā)明的一種一維微平動機構(gòu)的導(dǎo)向和支承，以確保微位移平臺具有恒定的運動方向。其中，如圖2所示，環(huán)形彈性薄片1是具有旋轉(zhuǎn)對稱的U形連接5的環(huán)形彈性薄片機構(gòu)，其內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒2通過螺釘緊固，其外環(huán)與筒狀機架通過螺釘緊固，筒狀機架可以根據(jù)實際需要選擇，這是本領(lǐng)域容易選擇的，具體的例如外環(huán)采用螺釘緊固件通過底座8與外殼12緊固，從而確保微平動機構(gòu)輸出平臺作一維單向微位移時不會發(fā)生轉(zhuǎn)動，并具有在各種工作姿態(tài)下和受各種方向的小負載的情況下實現(xiàn)精密直線微位移導(dǎo)向的功能。U形連接5的數(shù)量為3個，需確保在環(huán)形彈性薄片1 內(nèi)外環(huán)之間留有足夠空間，可穿過微位移驅(qū)動器7。共需3只微位移驅(qū)動器7，而且也是旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)置。環(huán)形彈性薄片1內(nèi)外環(huán)之間的間距由所采用的微位移驅(qū)動器7的尺寸確定， 并稍大于微位移驅(qū)動器7的徑向尺寸，可允許微位移驅(qū)動器7通過，不發(fā)生接觸。3只微位移驅(qū)動器7安裝于底座8上，3只微位移驅(qū)動器7輸出端分別通過球頭6和墊塊3與微平動平臺接觸，參見圖3和圖4，微位移驅(qū)動器7輸出位移時，可推動微平動平臺在雙環(huán)形彈性薄片的導(dǎo)向作用下進行直線微位移運動。進一步，應(yīng)采用基于智能材料(如壓電陶瓷、磁致伸縮材料等)為驅(qū)動核心器件的微位移驅(qū)動器7 ；微位移驅(qū)動器7輸出端所采用的球頭6 和墊塊3應(yīng)采用耐磨材料，如硬質(zhì)合金等。3只微位移驅(qū)動器7不可能理想同步工作，輸出完全一致的位移，并因為智能材料基的微位移促動器7不能承受拉力，因此，采用球頭6和墊塊3單向接觸的方式，即當(dāng)某一個微位移驅(qū)動器7的輸出位移較大時，微位移平臺被其推動，使得另外兩個微位移驅(qū)動器7輸出球頭6與墊塊3分開，從而有效避免了微位移驅(qū)動器 7之間的位移干涉現(xiàn)象，保全微位移驅(qū)動器7，同時簡化了微位移驅(qū)動器7的控制。另外，墊塊3采用如圖4所示的設(shè)計方案，即通過調(diào)節(jié)螺桿13和鎖緊螺母14，調(diào)整墊塊3的高低并鎖緊，從而補償3只微位移驅(qū)動器7的高度誤差以及加工和安裝等誤差。同時，可以通過一致地調(diào)整3個墊塊3的高度，為微位移驅(qū)動器7施加必要的預(yù)緊力。
如圖2-9所示的本發(fā)明的一維微平動機構(gòu)的實例為將內(nèi)導(dǎo)向套筒2置于外殼12 內(nèi)，然后將第一環(huán)形彈性薄片1的內(nèi)環(huán)采用螺釘緊固件與內(nèi)導(dǎo)向套筒2組合成一個整體。將 3只微位移驅(qū)動器7分別通過沉頭螺釘10固聯(lián)于底座8上，并將3個球頭6分別通過螺紋或膠接固聯(lián)于3只微位移驅(qū)動器7的輸出端。然后將3只微位移驅(qū)動器7穿過環(huán)形彈性薄片1的環(huán)間空隙，并將環(huán)形彈性薄片1的外環(huán)采用螺釘緊固件通過底座8與外殼12緊固； 為確保第二環(huán)形彈性薄片1和第一環(huán)形彈性薄片1姿態(tài)對應(yīng)，將第二環(huán)形彈性薄片1通過其環(huán)間間隙套在3只微位移驅(qū)動器7上，然后將第二環(huán)形彈性薄片1的外環(huán)采用螺釘緊固件通過壓圈11的螺孔與外殼12緊固。將3個墊塊3通過調(diào)節(jié)螺桿機構(gòu)9聯(lián)接于微平動平臺4下側(cè)，確保3個墊塊3與3個球頭6相對應(yīng)，通過微平動平臺4的內(nèi)圈螺孔采用螺釘緊固件將環(huán)形彈性薄片3的內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒2緊固。
本發(fā)明未詳細闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種一維微平動機構(gòu)，其特征在于包括微位移驅(qū)動組件、包含驅(qū)動球頭(6)及墊塊(3)的單向調(diào)整組件、包含平行的環(huán)形彈性薄片(1)的微平動機構(gòu)導(dǎo)向和支承組件；其中所述的微位移驅(qū)動組件，為3只微位移驅(qū)動器(7)，且是旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)置；所述的包含球頭(6)及墊塊C3)的單向調(diào)整組件，采用耐磨材料及單向接觸方式，有效避免了微位移驅(qū)動器(7)之間的位移干涉現(xiàn)象；通過調(diào)節(jié)螺桿(1 和鎖緊螺母(14)，可調(diào)整墊塊(3)的高低并鎖緊，從而補償3只微位移驅(qū)動器(7)的高度、加工及安裝的誤差；同時，可通過調(diào)整3個墊塊(3)的高度，為微位移驅(qū)動器(7)施加必要的預(yù)緊力；所述的包含平行的環(huán)形彈性薄片(1)的微平動機構(gòu)導(dǎo)向和支承組件，此組件利用平行的具有旋轉(zhuǎn)對稱的U形連接( 的環(huán)形彈性薄片(1)，環(huán)形彈性薄片(1)內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒 (2)通過螺釘緊固，環(huán)形彈性薄片(1)外環(huán)與筒狀機架通過螺釘緊固，從而確保微平動平臺 (15)作一維單向微位移時不會發(fā)生轉(zhuǎn)動；U形連接( 的數(shù)量為3個，確保在環(huán)形彈性薄片 (1)內(nèi)外環(huán)之間的留有足夠空間，可穿過微位移驅(qū)動器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維微平動機構(gòu)，其特征在于所述的微位移驅(qū)動組件采用基于壓電陶瓷或者磁致伸縮材料為驅(qū)動核心器件的微位移驅(qū)動器(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維微平動機構(gòu)，其特征在于該機構(gòu)可應(yīng)用于精密光學(xué)儀器微平動機構(gòu)中或者透鏡的精密機械調(diào)整機構(gòu)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維微平動機構(gòu)，其特征在于該機構(gòu)可應(yīng)用于且特別適用于光學(xué)干涉儀鏡頭中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維微平動機構(gòu)，其特征在于該一維微平動機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)以及組裝方式為將內(nèi)導(dǎo)向套筒( 置于外殼(1 內(nèi)，然后將第一環(huán)形彈性薄片(1)的內(nèi)環(huán)采用螺釘緊固件與內(nèi)導(dǎo)向套筒( 組合成一個整體；將3只微位移驅(qū)動器(7)分別通過沉頭螺釘(10)固聯(lián)于底座⑶上，并將3個球頭(6)分別通過螺紋或膠接固聯(lián)于3只微位移驅(qū)動器(7)的輸出端；然后將3只微位移驅(qū)動器(7)穿過第一環(huán)形彈性薄片(1)的環(huán)間空隙，并將第一環(huán)形彈性薄片(1)的外環(huán)采用螺釘緊固件通過底座(8)與外殼(1 緊固； 為確保第二環(huán)形彈性薄片(1)和第一環(huán)形彈性薄片(1)姿態(tài)對應(yīng)，將第二環(huán)形彈性薄片(1) 通過其環(huán)間間隙套在3只微位移驅(qū)動器(7)上，然后將第二環(huán)形彈性薄片(1)的外環(huán)采用螺釘緊固件通過壓圈(11)的螺孔與外殼(1 緊固；將3個墊塊C3)通過調(diào)節(jié)螺桿機構(gòu)(9) 聯(lián)接于微平動平臺(4)下側(cè)，確保3個墊塊C3)與3個球頭(6)相對應(yīng)，通過微平動平臺 (4)的內(nèi)圈螺孔采用螺釘緊固件將第二環(huán)形彈性薄片(1)的內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒O)緊固。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于彈性導(dǎo)向機構(gòu)的一種一維微平動機構(gòu)，微位移驅(qū)動器的輸出端的球頭和墊塊采用單向接觸方式，環(huán)形彈性薄片是具有旋轉(zhuǎn)對稱的U形連接的環(huán)形彈性薄片機構(gòu)，其內(nèi)環(huán)與內(nèi)導(dǎo)向套筒通過螺釘緊固，外環(huán)與筒狀機架通過螺釘緊固，從而確保微平動機構(gòu)輸出平臺作一維單向微位移時不會發(fā)生轉(zhuǎn)動，并具有在各種工作姿態(tài)下和受各種方向的小負載的情況下，實現(xiàn)精密直線微位移導(dǎo)向的功能。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，維護和保養(yǎng)容易等優(yōu)點，解決了微位移驅(qū)動器的位移輸出不同步帶來的問題，并且減小了驅(qū)動控制的復(fù)雜度，機構(gòu)中心位置留有較大空間，有利于通光或通過其它器件，適用于各種微納級一維位移調(diào)整機構(gòu)。
文檔編號G02B7/02GK102519355SQ20111038212
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者萬勇建, 伍凡, 吳永前, 范斌 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所