精密致動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密致動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種精密致動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]精密致動(dòng)是指控制目標(biāo)沿特定方向?qū)崿F(xiàn)微納米量級(jí)的運(yùn)動(dòng)(移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng))的技術(shù)，作為核心技術(shù)在表面分析、微納加工、光學(xué)調(diào)整、細(xì)胞操縱等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。精密致動(dòng)機(jī)制的發(fā)展經(jīng)歷了由最初的機(jī)械驅(qū)動(dòng)型，如杠桿式、差分螺絲式、差分彈簧式等，到現(xiàn)在的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)型，如虱式爬行式，蠕蟲(chóng)爬行式、慣性滑動(dòng)式等兩個(gè)發(fā)展階段，現(xiàn)在比較成熟的精密致動(dòng)機(jī)制一般是通過(guò)壓電陶瓷步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。多自由度精密致動(dòng)機(jī)構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度上的微納米量級(jí)的移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)控制。比如二維精密移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以精確地控制定位至二維平面上的目標(biāo)位置，三維精密轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以精確的控制定位到三維空間的目標(biāo)角度等。
[0003]現(xiàn)有的多自由度精密致動(dòng)機(jī)構(gòu)，比如二維精密移動(dòng)機(jī)構(gòu)，往往具有體積大，移動(dòng)范圍小的缺點(diǎn)。這不但降低了多自由度精密致動(dòng)機(jī)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，而且極大地限制了其在表面分析、微納加工、光學(xué)調(diào)整、細(xì)胞操縱等領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0004]另外，在現(xiàn)有的精密致動(dòng)機(jī)構(gòu)中，往往選用磁力將驅(qū)動(dòng)部件和精密移動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在一起，這極大的限制了精密致動(dòng)裝置在磁場(chǎng)環(huán)境下的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種精密致動(dòng)裝置。本發(fā)明的精密致動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加緊湊、精密致動(dòng)裝置占用體積小、移動(dòng)范圍大。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種精密致動(dòng)裝置，用于在至少兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)精密致動(dòng)，包括:第一移動(dòng)部件，具有在其內(nèi)部形成的安裝空間；其中，第一移動(dòng)部件具有上表面和內(nèi)側(cè)面，安裝空間從上表面向第一移動(dòng)部件的內(nèi)部凹入并朝向上表面敞開(kāi)，并且安裝空間的周邊由內(nèi)側(cè)面限定；第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與第一移動(dòng)部件傳動(dòng)連接，第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)部件沿第一方向運(yùn)動(dòng)；第二移動(dòng)部件和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，布置且保持在安裝空間內(nèi)，以便能夠隨第一移動(dòng)部件一起沿第一方向運(yùn)動(dòng)；其中，第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與第二移動(dòng)部件傳動(dòng)連接，用于驅(qū)動(dòng)第二移動(dòng)部件在安裝空間內(nèi)沿不同于第一方向的第二方向運(yùn)動(dòng)。
[0007]進(jìn)一步地，第一移動(dòng)部件形成為扁平狀塊體并基本上處于由具有一厚度的延伸平面所構(gòu)成的延伸空間內(nèi)；其中，第一移動(dòng)部件沿第一方向的運(yùn)動(dòng)位于所述延伸空間內(nèi)；
[0008]優(yōu)選地，第二移動(dòng)部件形成為扁平狀塊體并基本上在延伸空間內(nèi)延伸；其中，第二移動(dòng)部件沿第二方向的運(yùn)動(dòng)位于延伸空間內(nèi)；
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選地，第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于延伸空間內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步地，第一方向是第一直線方向；并且，第二方向是與第一直線方向在同一平面內(nèi)相互垂直的第二直線方向，或者是繞與延伸平面垂直的旋轉(zhuǎn)軸線在延伸空間內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的的旋轉(zhuǎn)方向。
[0011]進(jìn)一步地，在第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與第一移動(dòng)部件之間，和/或在第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與第二移動(dòng)部件之間，形成有導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)，用于引導(dǎo)第一和/或第二移動(dòng)部件相對(duì)于對(duì)應(yīng)的第一和/或第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅能夠沿對(duì)應(yīng)的第一和/或第二方向移動(dòng)；
[0012]優(yōu)選地，第一和/或第二移動(dòng)部件僅被對(duì)應(yīng)的第一和/或第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)借助導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)可移動(dòng)地保持。
[0013]進(jìn)一步地，導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)包括:導(dǎo)向槽；和滑動(dòng)塊，用于與導(dǎo)向槽相配合并設(shè)置在導(dǎo)向槽中；其中，第一和/或第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有導(dǎo)向槽和滑動(dòng)塊中的一種，第一和/或第二移動(dòng)部件形成有導(dǎo)向槽和滑動(dòng)塊中的另一種。
[0014]進(jìn)一步地，形成在第一和/或第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)處的導(dǎo)向槽或滑動(dòng)塊同時(shí)形成為第一和/或第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的用于致動(dòng)對(duì)應(yīng)的第一和/或第二移動(dòng)部件的致動(dòng)頭。
[0015]進(jìn)一步地，還包括彈性元件，用于產(chǎn)生將第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓靠至第一移動(dòng)部件的彈力。
[0016]進(jìn)一步地，第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝并保持在第一移動(dòng)部件的內(nèi)側(cè)面處；
[0017]進(jìn)一步地，安裝空間包括在內(nèi)側(cè)面處形成的安裝凹槽，用于容納并保持第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；安裝凹槽在背向內(nèi)側(cè)面的方向上開(kāi)口，第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一部分伸出安裝凹槽以保持第二移動(dòng)部件。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選地,安裝凹槽的一部分朝向第一移動(dòng)部件的上表面的方向敞開(kāi)。
[0019]進(jìn)一步地，第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部件，多個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部件圍繞第二移動(dòng)部件的周邊設(shè)置；和/或第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)部件，多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)部件圍繞第一移動(dòng)部件的周邊設(shè)置。
[0020]進(jìn)一步地，第一移動(dòng)部件具有相互平行的兩條直線側(cè)邊，第一方向與第一移動(dòng)部件的兩條直線側(cè)邊平行；多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)部件分別沿第一移動(dòng)部件的兩條直線側(cè)邊分布在第一移動(dòng)部件的兩側(cè)；和/或第二移動(dòng)部件具有相互平行的兩條直線側(cè)邊，第二方向與第二移動(dòng)部件的兩條直線側(cè)邊平行；多個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部件分別沿第二移動(dòng)部件的兩條直線側(cè)邊分布在第二移動(dòng)部件的兩側(cè)；或第二移動(dòng)部件為圓盤(pán)形，多個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部件沿第二移動(dòng)部件的圓周均勻分布。
[0021]進(jìn)一步地，第一驅(qū)動(dòng)部件和第二驅(qū)動(dòng)部件具有用于提供驅(qū)動(dòng)力的壓電陶瓷；并且第一驅(qū)動(dòng)部件和第二驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)造成產(chǎn)生與對(duì)應(yīng)的第一和第二移動(dòng)部件之間的接觸面相切的驅(qū)動(dòng)力。
[0022]將沿一個(gè)方向的第二移動(dòng)部件集成在另一個(gè)方向的第一移動(dòng)部件的內(nèi)部，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，這樣也可以極大地降低整個(gè)精密致動(dòng)裝置的體積，并且精密致動(dòng)裝置雙向的移動(dòng)范圍變大，并且精密致動(dòng)裝置的穩(wěn)定性和整體性能得到了提高。
[0023]根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說(shuō)明】
[0024]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的精密致動(dòng)裝置的主視圖；
[0026]圖2是圖1所示精密致動(dòng)裝置的側(cè)視圖；
[0027]圖3是圖1所示精密致動(dòng)裝置的立體圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的精密致動(dòng)裝置的主視圖；
[0029]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的精密致動(dòng)裝置的主視圖；
[0030]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的聚焦離子束刻蝕(FIB)系統(tǒng)的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1-圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的精密致動(dòng)裝置的示意圖。本實(shí)施例的精密致動(dòng)裝置可以應(yīng)用在表面分析、微納加工、光學(xué)調(diào)整、細(xì)胞操縱等領(lǐng)域。圖1中只示出了精密致動(dòng)裝置的核心部件，其外部的殼體以及電路線等并未示出。
[0032]本實(shí)施例中的精密致動(dòng)裝置可以在兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)精密致動(dòng)。該精密致動(dòng)裝置可以設(shè)置有第一移動(dòng)部件10、第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11、第二移動(dòng)部件20和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21。第一移動(dòng)部件10和第二移動(dòng)部件20分別朝兩個(gè)方向進(jìn)行精密移動(dòng)。第一移動(dòng)部件10的內(nèi)部形成有安裝空間101，第一移動(dòng)部件具有上表面102、下表面105和內(nèi)側(cè)面103，安裝空間101從上表面102朝著下表面105向第一移動(dòng)部件10的內(nèi)部凹入并朝向上表面102敞開(kāi)，并且安裝空間101的周邊由內(nèi)側(cè)面103限定。在圖1所示實(shí)施例中，上述的安裝空間101穿透第一移動(dòng)部件10的整個(gè)厚度，而形成為沿第一移動(dòng)部件10的厚度方向通透的空間；在其它實(shí)施例中，該安裝空間101也可以是從第一移動(dòng)部件10的上表面102向下延伸第一移動(dòng)部件10的部分厚度，而形成為內(nèi)部凹槽狀的安裝空間。
[0033]第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11與第一移動(dòng)部件10之間傳動(dòng)連接，第一精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11用于驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)部件10沿第一方向Al運(yùn)動(dòng)。在圖1中，該第一方向Al可以為沿圖1的紙面的豎向的直線方向。
[0034]第二移動(dòng)部件20和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21均布置且保持在安裝空間101內(nèi)。第二移動(dòng)部件20和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21能夠隨第一移動(dòng)部件10 —起沿第一方向Al運(yùn)動(dòng)。第二移動(dòng)部件20和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21保持在安裝空間101內(nèi)可以理解為，第二移動(dòng)部件20和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21整體上通過(guò)安裝固定在安裝空間101內(nèi)并且維持其位置狀態(tài)，但是如下文所述，這種保持允許第二移動(dòng)部件20和第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21與第二移動(dòng)部件20之間傳動(dòng)連接，第二精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21用于驅(qū)動(dòng)第二移動(dòng)部件20在安裝空間101內(nèi)沿不同于第一方向Al的第二方向A2運(yùn)動(dòng)。參見(jiàn)圖1所不，第一方向Al可以是第一直線方向,第二方向A2是與第一直線方向垂直的第二直線方向，第二方向A2可以為沿圖1的紙面的橫向或者說(shuō)水平方向的直線方向。
[0035]通過(guò)按照上述方式將兩個(gè)方向移動(dòng)的第一精密移動(dòng)部件10和第二精密移動(dòng)部件20進(jìn)行集成，使精密致動(dòng)裝置的整體