一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置，以解決當前角度調節裝置主要采用手動調節方式，導致存在調節精度低、響應速度慢等問題。本實用新型由角度調節裝置和壓電超聲促動器組成，所述角度調節裝置由頂板、角度調節機構和固定安裝座組成，所述壓電超聲促動器包括輸出動子、固定架、彈性體振子、緊固螺釘、壓電陶瓷激振片和固定后蓋。施加超聲頻段激勵信號于壓電陶瓷激振片，激發彈性體振子產生兩列駐波振動模態，利用振動模態疊加耦合產生行波，驅動輸出動子實現旋轉-直線運動輸出，進而實現裝置精密的角度調節。本實用新型具有調節精度高、響應速度快等技術優勢，在微納驅動與精密定位技術領域具有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置，屬于微納儀器裝置技術領域。
【背景技術】
[0002]微位移技術是精密機械與精密光學的關鍵技術之一，近年來隨著微電子技術、生物工程等學科的發展而迅速發展起來。其中，角度調節裝置(又叫角位移臺或轉角平臺)主要是用來在小角度范圍內精確旋轉物體的裝置，它繞著空間中的一個固定點進行旋轉。角度調節裝置與線性調節裝置相類似，但它不是提供線性移動，而是繞著平臺安裝面上方的一個固定點進行旋轉，進而實現對物體在一定角度范圍內的調節。具有結構緊湊、穩定性好等特點，被廣泛應用于微納驅動與精密定位技術領域。
[0003]中國發明專利《簡易式可拆卸多精度微角度轉動平臺》，申請公布號為CN103969781A，申請公布日為2014年08月06日，公開的簡易式可拆卸多精度微角度轉動平臺，由固定圈、參考平臺、扇形結構、刻度盤、角度指針、轉動把手等組成，固定圈和參考平臺可拆卸，通過鋸齒的吻合形成穩固的圓柱體，固定圈通過微調螺絲將被夾持物固定且與固定圈和參考平臺同軸，參考平臺與固定圈之間通過矩形鋸齒相連，可在水平面內任意方向和任意角度轉動，扇形結構上帶有刻度與參考平臺固定在一起，指針與固定圈固定在一起，指針的頂端是轉動把手，通過轉動把手可以實現微小角度的轉動夾持物；中國實用新型專利《一種角度微調節平臺》，授權公告號為CN 204028430U，授權公告日為2014年12月17日，公開的一種角度微調節平臺，包括微調節平臺塊、前后拉緊螺釘、前后頂緊螺釘、上下拉緊螺釘及上下頂緊螺釘，所述微調節平臺塊一體制有立式前后剛體構件和橫式上下剛體構件，立式前后剛體構件的一端與橫式上下剛體構件的一端連接制在一起;微調節平臺能夠提供前后和上下兩個方向的轉動微變形。
[0004]上述實現方式的角度調節裝置，其雖能實現一定范圍內的角度調節，但由于其主要采用手動方式進行調節，導致其存在調節精度低、響應速度慢等問題，嚴重制約了角度調節裝置在微納驅動與精密定位技術領域的應用與發展。
【發明內容】
[0005]為解決當前角度調節裝置由于主要采用手動方式實現調節，從而導致其存在調節精度低、響應速度慢等技術問題，本實用新型公開了一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置。
[0006]本實用新型所采用的技術方案是:所述一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置由角度調節裝置和壓電超聲促動器組成。所述角度調節裝置由頂板、角度調節機構和固定安裝座組成，所述頂板設置有通孔、螺紋孔、鎖緊螺釘孔、凸圓弧接觸面和導向槽，所述通孔與螺紋孔用于安裝布置其他部件，所述鎖緊螺釘孔用于實現裝置的鎖緊，所述凸圓弧接觸面與凹圓弧接觸面配合連接，所述導向槽用于裝置的導向。所述角度調節機構設置有凹圓弧接觸面、促動器固定安裝孔和燕尾槽圓弧形導軌，所述促動器固定安裝孔用于壓電超聲促動器的過盈配合緊固安裝，所述燕尾槽圓弧形導軌與導向槽配合連接。所述固定安裝座設置有長圓槽安裝孔，其用于實現裝置的固定安裝，所述固定安裝座與角度調節機構之間通過螺栓固定連接。所述壓電超聲促動器包括輸出動子、固定架、彈性體振子、緊固螺釘、壓電陶瓷激振片和固定后蓋;所述輸出動子為設置有外螺紋的圓軸結構，其與彈性體振子的內螺紋旋合連接，所述輸出動子一側端部設置有解耦球頭機構;所述固定架一側端部設置有光孔，用于實現輸出動子的運動輸出，所述固定架一側端部設置有光滑外表面，用于促動器固定安裝孔過盈配合連接實現壓電超聲促動器的固定安裝，所述固定架的外圓周表面上沿圓周方向均勻設置有緊固螺釘的安裝孔，所述固定架另一側端部設置有內連接螺紋，其用于與固定后蓋的外連接螺紋旋合連接。所述彈性體振子兩側端部設置有內螺紋，所述彈性體振子沿圓周方向設置有4η個外連接平面，用于實現壓電陶瓷激振片的膠粘連接，其中η為大于等于I的整數，所述彈性體振子的外連接平面沿圓周方向設置有緊固錐孔，其用于通過緊固螺釘實現彈性體振子的固定安裝。所述壓電陶瓷激振片為4η片矩形壓電陶瓷片，均采用d31激振模式，且沿厚度方向極化，所述固定后蓋一側端部設置有導線通孔，其用于壓電陶瓷激振片通電導線的引出，所述固定后蓋另一側端部設置有外連接螺紋。
[0007]本實用新型的有益效果:本實用新型一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置，通過施加超聲頻段內(一般大于20 kHz)的交流激勵電信號于壓電陶瓷激振片，激發彈性體振子產生兩列駐波振動模態，利用振動模態的疊加耦合產生行波，驅動壓電超聲促動器的輸出動子實現旋轉-直線運動輸出，進而可實現本實用新型一定范圍內精密的角度調節。本實用新型解決了當前角度調節裝置由于主要采用手動方式實現調節而存在的技術問題，具有調節精度高、響應速度快等優勢，在微納驅動與精密定位技術領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的結構示意圖；
[0009]圖2所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的角度調節裝置的結構示意圖；
[0010]圖3所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的結構示意圖；
[0011]圖4所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的爆炸視圖；
[0012]圖5所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的輸出動子的結構示意圖；
[0013]圖6所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的固定架的結構示意圖；
[0014]圖7所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的固定外架的側視圖；
[0015]圖8所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的彈性體振子的結構示意圖；
[0016]圖9所示為本實用新型提出的一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的壓電超聲促動器的固定后蓋的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:結合圖1?圖9說明本實施方式。本實施方式提供了一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的具體實施方案。所述一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置由角度調節裝置I和壓電超聲促動器2組成。
[0018]所述角度調節裝置I由頂板1-1、角度調節機構1-2和固定安裝座1-3組成，所述頂板1-1設置有通孔1-1-1、螺紋孔1-1-2、鎖緊螺釘孔1-1-3、凸圓弧接觸面1-1-4和導向槽1-
1-5，所述通孔1-1-1與螺紋孔1-1-2用于安裝布置其他部件，所述鎖緊螺釘孔1-1-3用于實現裝置的鎖緊，所述凸圓弧接觸面1-1-4與凹圓弧接觸面1-2-1配合連接，所述導向槽1-1-5用于裝置的導向。所述角度調節機構1-2設置有凹圓弧接觸面1-2-1、促動器固定安裝孔1-
2-2和燕尾槽圓弧形導軌1-2-3，所述促動器固定安裝孔1-2-2用于壓電超聲促動器2的過盈配合緊固安裝，所述燕尾槽圓弧形導軌1-2-3與導向槽1-1-5配合連接。所述固定安裝座1-3設置有長圓槽安裝孔1-3-1，其用于實現裝置的固定安裝，所述固定安裝座1-3與角度調節機構1-2之間通過螺栓固定連接。
[0019]所述壓電超聲促動器2包括輸出動子2-1、固定架2-2、彈性體振子2-3、緊固螺釘2-
4、壓電陶瓷激振片2-5和固定后蓋2-6;所述輸出動子2-1為設置有外螺紋2-1-1的圓軸結構，其與彈性體振子2-3的內螺紋2-3-1旋合連接，所述輸出動子2-1—側端部設置有解耦球頭機構2-1-2;所述固定架2-2—側端部設置有光孔2-2-1，用于實現輸出動子2-1的運動輸出，所述固定架2-2—側端部設置有光滑外表面2-2-2，用于促動器固定安裝孔1-2-2過盈配合連接實現壓電超聲促動器2的固定安裝，所述固定架2-2的外圓周表面上沿圓周方向均勻設置有緊固螺釘2-4的安裝孔2-2-3，所述固定架2-2另一側端部設置有內連接螺紋2-2-5，其用于與固定后蓋2-6的外連接螺紋2-6-1旋合連接。所述彈性體振子2-3兩側端部設置有內螺紋2-3-1，所述彈性體振子2-3沿圓周方向設置有4η個外連接平面2-3-3，用于實現壓電陶瓷激振片2-5的膠粘連接，其中η為大于等于I的整數，所述彈性體振子2-3的外連接平面2-3-3沿圓周方向設置有緊固錐孔2-3-2，其用于通過緊固螺釘2-4實現彈性體振子2-3的固定安裝。所述壓電陶瓷激振片2-5為4η片矩形壓電陶瓷片，均采用d31激振模式，且沿厚度方向極化，所述固定后蓋2-6—側端部設置有導線通孔2-6-2，其用于壓電陶瓷激振片2-5通電導線的引出，所述固定后蓋2-6另一側端部設置有外連接螺紋2-6-1。
[0020]【具體實施方式】二:本實施方式提供了一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的精密調節方法的具體實施方案。所述一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置的精密調節方法如下所示。
[0021]所述4n片壓電陶瓷激振片2-5中相互間隔布置的2n片壓電陶瓷激振片2-5構成激振組A，并通以某一超聲頻段內(一般大于20 kHz)的正弦波激勵電信號，激發彈性體振子2-3產生某一駐波振動模態;所述4n片壓電陶瓷激振片2-5中其余相互間隔布置的2n片壓電陶瓷激振片2-5構成激振組B，并通以同一頻率的余弦波激勵電信號，激發彈性體振子2-3產生另一駐波振動模態；當激振組A與激振組B所施加激勵電信號的相位差為90度時，兩列駐波振動模態疊加耦合形成正向運動行波，驅動壓電超聲促動器2中的輸出動子2-1實現正向運動輸出；當激振組A與激振組B所施加激勵電信號的相位差為270度時，兩列駐波振動模態疊加耦合形成反向運動行波，驅動壓電超聲促動器2中的輸出轉子2-1實現反向運動輸出；進而可實現本實用新型的精密調節。
【主權項】
1.一種帶有壓電超聲促動器的精密角度調節裝置，由角度調節裝置(I)和壓電超聲促動器(2)組成;其特征在于:所述角度調節裝置(I)由頂板(1-1)、角度調節機構(1-2)和固定安裝座(1-3)組成，所述頂板(1-1)設置有通孔(1-1-1)、螺紋孔(1-1-2)、鎖緊螺釘孔(1-1-3)、凸圓弧接觸面(1-1-4)和導向槽(1-1-5)，所述通孔(1-1-1)與螺紋孔(1-1-2)用于安裝布置其他部件，所述鎖緊螺釘孔(1-1-3)用于實現裝置的鎖緊，所述凸圓弧接觸面(1-1-4)與凹圓弧接觸面(1-2-1)配合連接，所述導向槽(1-1-5)用于裝置的導向；所述角度調節機構(1-2)設置有凹圓弧接觸面(1-2-1)、促動器固定安裝孔(1-2-2)和燕尾槽圓弧形導軌(1-2-3)，所述促動器固定安裝孔(1-2-2)用于壓電超聲促動器(2)的過盈配合緊固安裝，所述燕尾槽圓弧形導軌(1-2-3)與導向槽(1-1-5)配合連接;所述固定安裝座(1-3)設置有長圓槽安裝孔(1-3-1 )，其用于實現裝置的固定安裝，所述固定安裝座(1-3)與角度調節機構(1-2)之間通過螺栓固定連接;所述壓電超聲促動器(2)包括輸出動子(2-1)、固定架(2-2)、彈性體振子(2-3)、緊固螺釘(2-4)、壓電陶瓷激振片(2-5)和固定后蓋(2-6);所述輸出動子(2-1)為設置有外螺紋(2-1-1)的圓軸結構，其與彈性體振子(2-3)的內螺紋(2-3-1)旋合連接，所述輸出動子(2-1)—側端部設置有解耦球頭機構(2-1-2);所述固定架(2-2)—側端部設置有光孔(2-2-1)，用于實現輸出動子(2-1)的運動輸出，所述固定架(2-2)—側端部設置有光滑外表面(2-2-2)，用于促動器固定安裝孔(1-2-2)過盈配合連接實現壓電超聲促動器(2)的固定安裝，所述固定架(2-2)的外圓周表面上沿圓周方向均勻設置有緊固螺釘(2-4)的安裝孔(2-2-3)，所述固定架(2-2)另一側端部設置有內連接螺紋(2-2-5)，其用于與固定后蓋(2-6)的外連接螺紋(2-6-1)旋合連接;所述彈性體振子(2-3)兩側端部設置有內螺紋(2-3-1)，所述彈性體振子(2-3)沿圓周方向設置有4η個外連接平面(2-3-3)，用于實現壓電陶瓷激振片(2-5)的膠粘連接，其中η為大于等于I的整數，所述彈性體振子(2-3)的外連接平面(2-3-3)沿圓周方向設置有緊固錐孔(2-3-2)，其用于通過緊固螺釘(2-4)實現彈性體振子(2-3)的固定安裝;所述壓電陶瓷激振片(2-5)為4η片矩形壓電陶瓷片，均采用d31激振模式，且沿厚度方向極化，所述固定后蓋(2-6)—側端部設置有導線通孔(2-6-2)，其用于壓電陶瓷激振片(2-5)通電導線的引出，所述固定后蓋(2-6)另一側端部設置有外連接螺紋(2-6-1)。
【文檔編號】G02B7/00GK205450402SQ201620214108
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發明人】李靜, 程廷海, 張邦成, 柳虹亮
【申請人】長春工業大學