壓電式二維串聯小體積工作臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微驅動技術領域，特別是涉及一種壓電式二維串聯小體積工作臺。
【背景技術】
[0002]目前，壓電陶瓷致動器件所具有的優點已得到廣泛的承認和應用。壓電陶瓷致動器件是利用壓電材料的逆壓電效應來工作的，僅依靠外加電場的大小就能夠實現驅動，其克服了以往機械式、液壓式、氣動式、電磁式等執行器慣性大、響應慢、結構復雜、可靠性差等不足。具有體積小、結構緊湊、無機械摩擦、無間隙、分辨率高、響應快、無發熱、不受磁場干擾、可在低溫，真空度環境下使用等優點，被廣泛應用于微定位技術中。例如物鏡精密定位、大行程納米對準系統、高精度顯微納米壓印、主動減震、掩模與晶圓對準、光刻、光學干涉、光纖對接、亞納米測量、光盤測試、光學測試、流體控制閥、聲學儀器換能器、線性電動機和微波聲學等領域，這種可控的精密微位移執行器必將在今后諸多技術領域中發揮難以估量的作用。
[0003]二維大行程小體積精密微定位平臺主要是以壓電陶瓷致動器件作為驅動源，依靠壓電陶瓷驅動電源的電壓激勵，實現壓電陶瓷致動器件的微位移形變，并通過柔性鉸鏈柔性機構進行無間隙的微位移傳動，從而實現被驅動樣件的二維精密定位。其相對于其他驅動方式的二維精密定位技術，如電機驅動、音圈電機驅動、記憶合金驅動及磁滯伸縮驅動方式等，其基本原理實現方便、控制簡單，并具有分辨率高、傳動無間隙、易微小化、運動精度高和重復定位精度高等優點。它在微驅動各個領域，如微機電系統、光學調整、超精密加工等方面都是必不可少的，特別是在生物細胞操作、STM和AFM顯微鏡掃描平臺等腔體空間很小的場合，有著廣闊的應用前景，并能產生巨大的社會及經濟效益。現已成為微驅動精密定位領域中不可或缺的關鍵技術之一。其中二維精密定位平臺，主要功能是實現被操作樣件或被觀測樣件的二維精密運動和定位，以及微探針的二維操作等。
[0004]目前根據二維運動實現方式的不同，二維精密定位平臺主要分為串聯式二維精密定位平臺和嵌套式二維精密定位平臺。根據位移放大方式的不同，又分為直接驅動、杠桿式放大、橢圓放大、菱形放大和平行四邊形放大式的二維精密定位平臺。但是，現有的精密定位裝置中存在體積過大、行程過小、定位精度達不到要求、響應時間慢等問題。
[0005]因此，針對上述問題，有必要提供一種壓電式二維串聯小體積工作臺。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明提供了一種壓電式二維串聯小體積工作臺，以克服現有技術中存在的不足。
[0007]為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下:
[0008]一種壓電式二維串聯小體積工作臺，其包括:平臺底座、連接塊、第一平行四邊形放大機構、第二平行四邊形放大機構、運動塊；
[0009]所述第一平行四邊形放大機構位于所述平臺底座上，所述第二平行四邊形放大機構與所述第一平行四邊形放大機構通過所述連接塊相串聯，且所述第二平行四邊形放大機構與所述第一平行四邊形放大機構正交垂直設置，所述第二平行四邊形放大機構的運動方向與所述第一平行四邊形放大機構的運動方向相垂直，所述第二平行四邊形放大機構同時與所述運動塊相連接；
[0010]所述第一平行四邊形放大機構和第二平行四邊形放大機構中的任一個包括:平行四邊形放大機構本體、預緊頂絲、壓電陶瓷致動器、鎢鋼片、鋼制滾珠、封堵；所述壓電陶瓷致動器位于所述平行四邊形放大機構本體內部，所述預緊頂絲、鎢鋼片、鋼制滾珠、封堵設置于所述壓電陶瓷致動器的一端。
[0011]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述平行四邊形放大機構本體具有:第一鉸鏈點、第二鉸鏈點、第三鉸鏈點、第四鉸鏈點、第五鉸鏈點，所述第一鉸鏈點、第二鉸鏈點、第三鉸鏈點位于所述平行四邊形放大機構本體的一端，所述第四鉸鏈點、第五鉸鏈點位于所述平行四邊形放大機構本體的另一端；
[0012]所述第一鉸鏈點、第二鉸鏈點、第三鉸鏈點為純滾動鉸鏈點，所述第四鉸鏈點、第五鉸鏈點為非固定滾動鉸鏈點。
[0013]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述第一鉸鏈點、第二鉸鏈點、第三鉸鏈點、第四鉸鏈點、第五鉸鏈點為柔性鉸鏈。
[0014]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述各個柔性鉸鏈的最大形變時的恢復力小于所述壓電陶瓷致動器的最大驅動力，所述柔性鉸鏈最大應力小于所述平行四邊形放大機構本體自身的許用應力。
[0015]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述壓電陶瓷致動器一端粘接于所述鎢鋼片上，另一端與所述第五鉸鏈點對應的平面相接觸。
[0016]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述鋼制滾珠位于所述鎢鋼片和預緊頂絲之間，所述鋼制滾珠與所述預緊頂絲進行過盈配合，同時與所述鎢鋼片相抵靠，所述封堵位于所述預緊頂絲的另一側。
[0017]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述預緊頂絲包括第一預緊頂絲和第二預緊頂絲，所述第一預緊頂絲和第二預緊頂絲的螺紋方向相反。
[0018]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述預緊頂絲的螺紋為M4*0.35的細牙螺紋。
[0019]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述連接塊與所述第一平行四邊形放大機構和第二平行四邊形放大機構之間通過螺絲進行固定連接，所述第二平行四邊形放大機構與所述運動塊之間通過螺絲進行固定連接。
[0020]作為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺的改進，所述第一平行四邊形放大機構和第二平行四邊形放大機構分別一體加工而成的一體件。
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺避免了在運動過程中產生的耦合誤差，并采用平行四邊形放大機構實現了在結構更緊湊的前提下輸出更大位移，可將輸入的位移放大5-10倍。同時，本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺在微機電系統、光學調整、超精密加工、STM和AFM顯微鏡掃描平臺、微納操作、微小型機器人以及生物微操作等領域因其結構緊湊和易大范圍精確定位而擁有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發明的壓電式二維串聯小體積工作臺一【具體實施方式】的立體示意圖；
[0024]圖2為圖1中第一平行四邊形放大機構或第二平行四邊形放大機構的平面示意圖；
[0025]圖3為圖2中第一平行四邊形放大機構或第二平行四邊形放大機構的剖視圖；
[0026]圖4(1)、圖⑵為第一平行四邊形放大機構、以及第二平行四邊形放大機構的運動原理圖，其中，圖4(1)為壓電陶瓷致動器驅動前的原理圖，圖4(2)為受到壓電陶瓷致動器驅動后的原理圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0028]如圖1所示，本發明公開一種壓電式二維串聯小體積工作臺，其包括:平臺底座10、連接塊20、第一平行四邊形放大機構30、第二平行四邊形放大機構40、運動塊50。
[0029]其中，所述第一平行四邊形放大機構30位于所述平臺底座10上，優選地，其與平臺底座10之間可通過螺釘進行固定連接。所述第二平行四邊形放大機構40與所述第一平行四邊形放大機構30通過所述連接塊20相串聯，且所述第二平行四邊形放大機構40與所述第一平行四邊形放大機構30正交垂直設置，所述第二平行四邊形放大機構40的運動方向與所述第一平行四邊形放大機構30的運動方向相垂直，所述第二平行四邊形放大機構40同時與所述運動塊相連接。所述正交垂直設置是指第一平行四邊形放大機構30與第二平行四邊形放大機構40分別位于相互垂直的平面內，即第一平行四邊形放大機構30與第二平行四邊形放大機構40相互正交串聯實現工作臺的精密驅動。且可將輸入的位移放大5-10 倍。
[0030]如圖2、3所示，所述第一平行四邊形放大機構30和第二平行四邊形放大機構40中的任一個包括:平行四邊形放大機構本體1、預緊頂絲2、壓電陶瓷致動器3、鎢鋼片4、鋼制滾珠5、封堵6。所述壓電陶瓷致動器3位于所述平行四邊形放大機構本體內部，所述預緊頂絲2、鎢鋼片4、鋼制滾珠5、封堵6設置于所述壓電陶瓷致動器3的一端。
[0031]所述第一平行四邊形放大機構30 —端固定于所述平臺底座10上，所述連接塊20與所述第一平行四邊形放大機構30和第二平行四邊形放大機構40之間通過螺絲進行固定連接，相類似地，所述第二平行四邊形放大機構40與所述運動塊50之間也可通過螺絲進行固定連接。
[0032]從而，第一平行四邊形放大機構30中的壓電陶瓷致動器3輸出位移時，平行四邊形放大機構本體I相應帶動連接塊20沿第一方向運動，由于連接塊20同時與第二平行四邊形放大機構40相連接，且