一种高精度压力驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高精度压力驱动装置，所述装置包括压电陶瓷(1)、方向导槽(2)、弹性簧片(3)、微位移探测器(4)和安装底座(5)，其中压电陶瓷放置于方向导槽中，方向导槽上端存在一个开孔，压电陶瓷的上端可从开孔中部分伸出，方向导槽下端也存在一个开孔，用于与安装底座连接。压电陶瓷的作用在于实现超微量超快速的位移动作；弹性簧片的作用在于承受压电陶瓷的作用力，并产生相应的弹性形变。所述装置可在作用力输出端存在不断变化的微小位移的情形下，精确快速地输出恒定的作用力。由于本发明专利技术装置的直接输出为作用力，且物体形变与作用力成线性关系，因而本装置能够对被控制面进行线性控制，更准确地控制面形。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度压力驱动装置
本专利技术涉及压电驱动的
，具体涉及一种高精度压力驱动装置。
技术介绍
自适应光学在可控激光核聚变系统、天文观测系统和医疗影像系统中都得到了重要应用。自适应光学系统中，变形镜是不可或缺的关键部件。其作用在于通过其自身的表面形貌来实时校正光学系统波相差，以达到更好的成像质量。而压电驱动单元是变形镜的核心单元，其工作方式和性能直接关系到变形镜的面形控制能力，进而影响到整个自适应光学系统的成像质量。为了使得变形镜能获得复杂的面形，往往需要使用大量的压电驱动单元阵列。通常采用直接位移控制型压电驱动单元。位移控制型压电驱动单元的优点是其驱动结果直观，直接反应为面形局部形状的位移变化，但其缺点是各个驱动器间的间隙部分面形改变量与各个单元的位移量不成线性叠加关系，即存在非线性效应。单个驱动器的位移改变，会引起全局面形的变化，这给全局面形控制造成一定困难，而且必须密集排列压电驱动单元，以提高复杂面形的形成能力。而在变形镜中，每一个控制单元对变形镜面的作用力对整个面形的变化量贡献却呈线性关系。这一方面降低了控制的难度，另一方面也可以减少控制单元的数量，以节约成本和系统复杂度。此外，在一些特殊应用场合，譬如透射式变形镜，其控制点与位移目标点位置并不一致，位移式驱动器的直接位移驱动失去了其应有的意义，而其与压力式驱动器相比，又缺少易于控制的线性特性。因而高精度的压力式驱动器更具有优势。
技术实现思路
为了克服位移式压电驱动单元的非线性问题，一种方法就是将压电陶瓷的位移驱动转化为压力驱动，从而通过精确控制对被驱动单元的压力来达到精确控制被作用对象微位移的目的。本专利技术的目的即是提供一种高精度的压力驱动装置，以期满足对变形镜的高精度线性控制需求，最终实现精确面形控制的目的。本专利技术采用的技术方案为：一种高精度压力驱动装置，包括：压电陶瓷、方向导槽、弹性簧片、微位移探测器和安装底座；其中压电陶瓷放置于方向导槽中，方向导槽上端存在一个开孔，压电陶瓷的上端可从该开孔中部分伸出，方向导槽下端也存在一个开孔，用于与安装底座连接，压电陶瓷的下接触点与弹性簧片的中间刚性连接，使得弹性簧片接触点能随着压电陶瓷的下触点一起运动，弹性簧片两端可用固定螺丝固定于安装底座上，安装底座上存在一个用于安装微位移探测器的安装孔。其中，存在一个弹性簧片，其采用弹性好、记忆性强的材料制作，并用弹性形变的大小来测算压力驱动装置的输出力大小。其中，存在一个方向导槽，方向导槽上通过紧定螺丝使得压电陶瓷与方向导槽形成点接触，以减小摩擦力。其中，存在一个安装底座，该安装底座采用地膨胀系数材料制作，以减少温度变化对输出作用力精度的影响。其中，存在一个闭环控制回路，使得作用力输出端位置不断变化时，也可以获得稳定的作用力输出。其中，输出作用力的精度通过理论计算和事先标定的“压力—微位移量”关系曲线来控制。本专利技术的原理在于：一种高精度的压力驱动装置，其中压电陶瓷放置于方向导槽中，方向导槽上端存在一个开孔，压电陶瓷的上端可从开孔中部分伸出，方向导槽下端也存在一个开孔，用于与安装底座连接。为了使得该装置更紧凑，避免压电陶瓷从方向导槽中脱落，也可以在导槽末端设计阻挡结构，当然该结构并非必需。压电陶瓷的下接触点与弹性簧片刚性连接，使得弹性簧片下接触点能随着压电陶瓷的下触点一起运动。为了使模型更简单，可以采用点接触方式，但不限于点接触方式。弹性簧片两端可用固定螺丝固定于安装底座上，安装底座上存在一个用于安装微位移探测器的安装孔。压电陶瓷的作用在于实现超微量超快速的位移动作；弹性簧片的作用在于承受压电陶瓷的作用力，并产生相应的弹性形变，由于弹性簧片接触点的形变量必然与其受到的作用力成对应关系，对于同样的弹性簧片，其受到的作用力越大，其形变量也越大；微位移探测器的作用在于探测弹性簧片的形变量，从而解算出压电陶瓷所施加在弹性簧片上的力；忽略摩擦力和压电陶瓷自身重力的情形下，压电陶瓷施加于弹性簧片上的力也即是压电陶瓷施加在被作用对象上的力；方向导槽的目的在于束缚压电陶瓷1只能做其轴向方向的移动和轴向方向的伸长或缩短，而不能进行其它维度的任何运动。该高精度的压力驱动装置，其工作过程中压电陶瓷上端与被作用对象接触，压电陶瓷下端与弹性簧片接触。被作用对象与弹性簧片的位置相对固定。压电陶瓷伸长前，压电陶瓷上端与被作用对象无压力，被作用对象也不产生形变，压电陶瓷下端与弹性簧片也无压力(忽略压电陶瓷的自身重力，下同)，弹性簧片也不产生弹性形变；当压电陶瓷在电压作用下伸长后，由于被作用对象和弹性簧片的位置相对固定，势必被作用对象和弹性簧片受压电陶瓷的挤压都会发生形变。此时即可通过弹性簧片的形变量来调节压电陶瓷的伸长量来控制其作用在被作用对象上的力。可以通过理论计算来推算弹性簧片所受到的力与弹性形变的关系，也可以通过事先标定的方法，标定弹性簧片所受重力与微位移探测器采集到的弹性形变量的关系。标定方法为，分别将不同重量的标准重物放置于压电陶瓷上端，重物在竖直安装的导槽内可自由上下移动，同时分别记录相应的微位移探测器的示数，并且选择在微位移探测器量程范围内的数据，进行曲线拟合，拟合后的“压力—微位移量”关系曲线即可用于压电陶瓷压力输出的控制曲线。为了使得温度变化对该压力驱动装置的压力输出精度的影响降到最低，用于安装弹性簧片的安装底座可采用膨胀系数小的材料制作，如殷钢等，但不限于该材料。安装底座采用紧定螺丝与方向导槽固定在一起。安装底座中部存在一个螺纹孔，通过紧定螺丝将微位移探测器与安装底座固定在一起。安装底座上存在一个或多个较大的通孔用于引出微位移探测器的读出电路引线。为了使得弹性簧片的性能稳定，可采用弹性好记忆性强的材料制作。同时，可根据实际输出力的大小和作用点的位移大小等参数，结合压电陶瓷的性能对弹性簧片的材料、形状、尺寸等进行优化设计。弹性簧片部分固定于安装底座上，其它位置在力的作用下可以发生可探测的弹性形变。为了减小压电陶瓷与方向导槽之间的摩擦力，以使得压力驱动装置输出更精确稳定的压力，方向导槽与压电陶瓷间可采用点接触的方式以降低摩擦力。方向导槽上存在6个紧定螺丝，通过方向导槽上的紧定螺丝孔旋入方向导槽内与压电陶瓷的外壁轻轻接触。弹性簧片可根据被作用对象的强度和压电陶瓷的最大伸长缩短量、要求的压力分辨率等进行设计。对于容易变形的被作用对象，且压力精度要求更高时，弹性簧片也要相对容易变形，可选择更软更薄的弹性簧片。弹性簧片的形状可以采用长条形，也可采用圆形或其它形状。压电陶瓷作用于被作用对象上的压力，可以通过弹性簧片的变形量来确定。此外，弹性簧片由于自身的形变，也可以进一步分担压电陶瓷在输出端的位移量，使得控制更精确。将微位移探测器的数据与压电陶瓷的伸长缩短量数据，结合事先计算或标定的“压力—微位移量”关系曲线，再辅助一定的闭环控制策略，即可实现只要被作用对象的位置变化在压电陶瓷的量程范围内，即可实现稳定可靠的恒定作用力。其中，闭环控制策略为一般常规控制策略，在此不再赘述。由于该驱动器采用了压电陶瓷作为基本驱动单元，因而其位移量很小，输出力量控制精度极高；且压电陶瓷具有较好的频率响应特性，因而也具有较快的响应速度。本专利技术的优点在于：1.由于本专利技术采用高精度的压电陶瓷和微位移弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度压力驱动装置，其特征在于包括：压电陶瓷(1)、方向导槽(2)、弹性簧片(3)、微位移探测感器(4)和安装底座(5)；其中压电陶瓷(1)放置于方向导槽(2)中，方向导槽(2)上端存在一个开孔(201)，压电陶瓷(1)的上端(101)可从该开孔(201)中部分伸出，方向导槽(2)下端也存在一个开孔，用于与安装底座(5)连接，压电陶瓷(1)的下接触点(102)与弹性簧片(3)的中间刚性连接，使得弹性簧片(3)接触点能随着压电陶瓷(1)的下触点(102)一起运动，弹性簧片(3)两端可用固定螺丝(301)固定于安装底座(5)上，安装底座(5)上存在一个用于安装微位移探测器(4)的安装孔(504)。

【技术特征摘要】
1.一种高精度压力驱动装置，其特征在于包括：压电陶瓷(1)、方向导槽(2)、弹性簧片(3)、微位移探测器(4)和安装底座(5)；其中压电陶瓷(1)放置于方向导槽(2)中，方向导槽(2)上端存在一个开孔(201)，压电陶瓷(1)的上端(101)可从该开孔(201)中部分伸出，方向导槽(2)下端也存在一个开孔，用于与安装底座(5)连接，压电陶瓷(1)的下接触点(102)与弹性簧片(3)的中间刚性连接，使得弹性簧片(3)接触点能随着压电陶瓷(1)的下触点(102)一起运动，弹性簧片(3)两端可用固定螺丝(301)固定于安装底座(5)上，安装底座(5)上存在一个用于安装微位移探测器(4)的安装孔(504)。2.根据权利要求1所述的一种高精度压力驱动装置，其特征在于：存在一个弹性簧片(3)，其采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，付韬韬，王安定，谢伟民，邢廷文，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51