專利名稱：一種大行程、高精度的微動臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微運動平臺裝置。
背景技術(shù)：
自上世紀末起,制造技術(shù)向著超精密、微型化方向，生物技術(shù)向著基因組分析方向以及微電子技術(shù)向著超大規(guī)模集成型方向發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)ξ友b置提出了新的要求，即微動臺能精確輸出納米量級的位移，并要有盡可能大的驅(qū)動力和運動范圍，有高的分辨率和控制精度，從而能方便地實現(xiàn)微定位和納米測量。目前，我國生產(chǎn)企業(yè)和科研院所所使用的微動臺多數(shù)依賴進口，價格昂貴，維修和 調(diào)試不方便，而國內(nèi)設(shè)計生產(chǎn)的微動臺普遍存在精度低、應(yīng)用范圍狹窄等缺點，因此市場占有率不高，難以大量投入應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于適應(yīng)精密加工制造和定位的需要，結(jié)合機械、電子、光學測量、智能控制等相關(guān)技術(shù)，設(shè)計一種能輸出納米量級的位移，具備較大的驅(qū)動力和運動范圍，高的分辨率和控制精度，能方便地實現(xiàn)微定位的大行程、高精度的微動臺。本實用新型是這樣實現(xiàn)的包括宏運動部分、微運動部分、微電腦控制裝置，宏運動部分包括直線導軌、由精密滾珠絲杠機構(gòu)帶動的宏動臺、光柵測量器，微運動部分包括設(shè)置在宏動臺上的微動驅(qū)動機構(gòu)、由微動驅(qū)動機構(gòu)帶動的工件固裝置、激光干涉測量儀，光柵測量器的電信號輸出、激光干涉測量儀的電信號輸出分別與微電腦控制裝置的電信號輸入相連，微電腦控制裝置的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)的控制電信號輸入、微動驅(qū)動機構(gòu)的控制電信號輸入相連。使用時，將工件安裝至工件固裝置，微電腦控制裝置發(fā)出運動指令，控制精密滾珠絲杠機構(gòu)上的交流伺服電機運轉(zhuǎn)，電機的轉(zhuǎn)動將使宏動臺作直線進給運動，從而實現(xiàn)工件固裝置大行程的功能。宏動臺的實際位移經(jīng)光柵測量器測得，返回給微電腦控制裝置，形成閉環(huán)控制，控制算法將采用智能PID算法，以提高運動精度。工件固裝置的運動也是根據(jù)計算機發(fā)出的指令，經(jīng)微電腦控制裝置處理后，再通過微動驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)工件固裝置納米級直線進給或轉(zhuǎn)動，其實際微位移由激光干涉測量儀測得，并返回至微電腦控制裝置，進行誤差補償，達到閉環(huán)控制的目的。這里,微動驅(qū)動機構(gòu)包括設(shè)置在宏動臺上的三套以上的三自由度移動單元、三套微動動力裝置，三自由度移動單元包括固定在宏動臺上的導槽、通過第一導軌滑動設(shè)置在導槽上的中間構(gòu)件、轉(zhuǎn)動設(shè)置在中間構(gòu)件上的轉(zhuǎn)盤、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的第二導軌、通過導槽滑動設(shè)置在第二導軌上的基座，第二導軌與第一導軌相互垂直，其中兩相鄰的三自由度移動單元的第一導軌相互平行，并垂直于另外的三自由度移動單元的第一導軌，微動動力裝置包括固定在宏動臺上的立柱、設(shè)置在立柱與中間構(gòu)件間的壓電陶瓷。三自由度移動單元呈多邊形分布，多邊形的邊的數(shù)量與三自由度移動單元的數(shù)量相同。[0008]工作時，通過三套微動動力裝置上的壓電陶瓷的不同的伸縮量，來實現(xiàn)工件固裝置的前后移動、左右移動、旋轉(zhuǎn)等微運動。這里，為了方便控制，微電腦控制裝置包括PC控制器、宏運動控制板、微運動控制板，光柵測量器的電信號輸出、激光干涉測量儀的電信號輸出分別與宏運動控制板的電信號輸入、微運動控制板的電信號輸入相連，宏運動控制板的控制電信號輸出、微運動控制板的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)上的伺服驅(qū)動板的控制電信號輸入、壓電陶瓷上的壓電陶瓷驅(qū)動器的控制電信號輸入相連，PC控制器的電信號通信端分別與宏運動控制板的電信號通信端、微運動控制板的電信號通信端相連。這里，在中間構(gòu)件與宏動臺間連接有柔性鉸接。采用柔性鉸接，使中間構(gòu)件穩(wěn)定地設(shè)置在宏動臺上，同時，又能在一定幅度上進行微移動。本實用新型與已有技術(shù)相比，具有能輸出納米量級的位移，具備較大的驅(qū)動力和運動范圍，高的分辨率和控制精度，能方便地實現(xiàn)微定位的優(yōu)點。

圖I是本實用新型微動臺的系統(tǒng)原理圖；圖2為微動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為三自由度移動單元的結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細描述本實用新型包括宏運動部分I、微運動部分2、微電腦控制裝置3，宏運動部分I包括直線導軌4、由精密滾珠絲杠機構(gòu)5帶動的宏動臺6、光柵測量器7，微運動部分2包括設(shè)置在宏動臺6上的微動驅(qū)動機構(gòu)8、由微動驅(qū)動機構(gòu)8帶動的工件固裝置9、激光干涉測量儀10，光柵測量器7的電信號輸出、激光干涉測量儀10的電信號輸出分別與微電腦控制裝置3的電信號輸入相連，微電腦控制裝置3的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)5的控制電信號輸入、微動驅(qū)動機構(gòu)8的控制電信號輸入相連。微動驅(qū)動機構(gòu)8包括設(shè)置在宏動臺6上的三套三自由度移動單元11、三套微動動力裝置12，三自由度移動單元11包括固定在宏動臺6上的導槽13、通過第一導軌14滑動設(shè)置在導槽13上的中間構(gòu)件15、轉(zhuǎn)動設(shè)置在中間構(gòu)件15上的轉(zhuǎn)盤16、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤16上的第二導軌17、通過導槽18滑動設(shè)置在第二導軌17上的基座19，第二導軌17與第一導軌14相互垂直，三套三自由度移動單元呈三角形(等邊三角形)分布，其中兩相鄰的三自由度移動單元Ila的第一導軌14相互平行，并垂直于另外的三自由度移動單元Ilb的第一導軌14，微動動力裝置12包括固定在宏動臺6上的立柱20、設(shè)置在立柱20與中間構(gòu)件15間的壓電陶瓷21。在中間構(gòu)件15與宏動臺6間連接有柔性鉸接22。微電腦控制裝置3包括PC控制器23、宏運動控制板24、微運動控制板25，光柵測量器7的電信號輸出、激光干涉測量儀10的電信號輸出分別與宏運動控制板24的電信號輸入、微運動控制板25的電信號輸入相連，宏運動控制板24的控制電信號輸出、微運動控制板25的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)5上的伺服驅(qū)動板的控制電信號輸入、壓電陶瓷21上的壓電陶瓷驅(qū)動器的控制電信號輸入相連，PC控制器23的電信號通信端分別與宏運動控制板24的電信號通信端、微運動控制板25的電信號通信端相連。
權(quán)利要求1.一種大行程、高精度的微動臺，其特征在于包括宏運動部分、微運動部分、微電腦控制裝置，宏運動部分包括直線導軌、由精密滾珠絲杠機構(gòu)帶動的宏動臺、光柵測量器，微運動部分包括設(shè)置在宏動臺上的微動驅(qū)動機構(gòu)、由微動驅(qū)動機構(gòu)帶動的工件固裝置、激光干涉測量儀，光柵測量器的電信號輸出、激光干涉測量儀的電信號輸出分別與微電腦控制裝置的電信號輸入相連，微電腦控制裝置的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)的控制電信號輸入、微動驅(qū)動機構(gòu)的控制電信號輸入相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于微動驅(qū)動機構(gòu)包括設(shè)置在宏動臺上的三套以上的三自由度移動單元、三套微動動力裝置，三自由度移動單元包括固定在宏動臺上的導槽、通過第一導軌滑動設(shè)置在導槽上的中間構(gòu)件、轉(zhuǎn)動設(shè)置在中間構(gòu)件上的轉(zhuǎn)盤、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的第二導軌、通過導槽滑動設(shè)置在第二導軌上的基座，第二導軌與第一導軌相互垂直，其中兩相鄰的三自由度移動單元的第一導軌相互平行，并垂直于另外的三自由度移動單元的第一導軌，微動動力裝置包括固定在宏動臺上的立柱、設(shè)置在立柱與中間構(gòu)件間的壓電陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于三自由度移動單元呈多邊形分布，多邊形的邊的數(shù)量與三自由度移動單元的數(shù)量相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于三自由度移動單元是三套，三套三自由度移動單元呈三角形分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于三套三自由度移動單元呈等邊三角形分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于在中間構(gòu)件與宏動臺間連接有柔性鉸接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于微電腦控制裝置包括PC控制器、宏運動控制板、微運動控制板，光柵測量器的電信號輸出、激光干涉測量儀的電信號輸出分別與宏運動控制板的電信號輸入、微運動控制板的電信號輸入相連，宏運動控制板的控制電信號輸出、微運動控制板的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)上的伺服驅(qū)動板的控制電信號輸入、壓電陶瓷上的壓電陶瓷驅(qū)動器的控制電信號輸入相連，PC控制器的電信號通信端分別與宏運動控制板的電信號通信端、微運動控制板的電信號通信端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大行程、高精度的微動臺，其特征在于微電腦控制裝置包括PC控制器、宏運動控制板、微運動控制板，光柵測量器的電信號輸出、激光干涉測量儀的電信號輸出分別與宏運動控制板的電信號輸入、微運動控制板的電信號輸入相連，宏運動控制板的控制電信號輸出、微運動控制板的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)上的伺服驅(qū)動板的控制電信號輸入、壓電陶瓷上的壓電陶瓷驅(qū)動器的控制電信號輸入相連，PC控制器的電信號通信端分別與宏運動控制板的電信號通信端、微運動控制板的電信號通信端相連。
專利摘要一種大行程、高精度的微動臺，其特征在于包括宏運動部分、微運動部分、微電腦控制裝置，宏運動部分包括直線導軌、由精密滾珠絲杠機構(gòu)帶動的宏動臺、光柵測量器，微運動部分包括設(shè)置在宏動臺上的微動驅(qū)動機構(gòu)、由微動驅(qū)動機構(gòu)帶動的工件固裝置、激光干涉測量儀，光柵測量器的電信號輸出、激光干涉測量儀的電信號輸出分別與微電腦控制裝置的電信號輸入相連，微電腦控制裝置的控制電信號輸出分別與精密滾珠絲杠機構(gòu)的控制電信號輸入、微動驅(qū)動機構(gòu)的控制電信號輸入相連。本實用新型與已有技術(shù)相比，具有能輸出納米量級的位移，具備較大的驅(qū)動力和運動范圍，高的分辨率和控制精度，能方便地實現(xiàn)微定位的優(yōu)點。
文檔編號G05D3/00GK202771265SQ20122046860
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者袁慶丹 申請人:袁慶丹