嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜制造技术

本发明专利技术公开了一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜，特征是第一支撑环固定于筒形框架内壁，筒形框架上端与第一环形滑片间的弹簧将第一环形滑片压于第一支撑环上，第一套管与第一环形滑片共轴固定，第一滑杆套于第一套管内并通过簧片与之相压；X压电管套于筒形框架内并与之下端固定，第二支撑环固定于X压电管自由端，弹簧将第二环形滑片与第二支撑环相压，第二环形滑片将第一套管或第一环形滑片套入其内；第二套管固定于Z压电管自由端，第二滑杆套于第二套管内并通过簧片与之相压，构成Z马达，Z马达安装于第一套管与第一滑杆之间以驱动第一滑杆在第一套管中步进。本发明专利技术既能实现多维步进，又能实现多维脱离。

Nested piezoelectric tube driven multi-dimensional separable piezoelectric motor and scanning probe microscope

The invention discloses a piezoelectric tube driven from the nested multidimensional piezoelectric motor and scanning probe microscope. The feature is the first support ring is fixed on the cylindrical inner wall of the frame, the upper end of the frame tube and the first annular slide spring between the first annular slide pressure on the first support ring, a casing and a first annular slide the first piece of coaxial fixed, sliding rod sleeve in the first sleeve and the spring and the pressure; X piezoelectric tube set in cylindrical frame and the lower end is fixed, the second support rings are fixed on the free end of the piezoelectric tube X, spring second circular sliding plate and second support ring pressure, second ring will slide the first casing or the first annular slide sleeve into the sleeve; second is fixed on the free end of the piezoelectric tube Z, second slide rod cover on the second casing and the reed with the pressure, Z motor, Z motor is arranged in the first casing and the first slide The first slide rod is driven in the first sleeve by a rod. The invention not only can realize the multidimensional step, but also can realize multi-dimensional detachment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电定位器和扫描探针显微镜领域，具体是一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜。
技术介绍
压电马达是一种能够同时实现纳米甚至亚纳米量级的高定位精度和毫米甚至厘米以上宏观行程的压电定位器。它通常是利用重复的压电形变来产生累加的位移而实现的，具有小体积和高定位精度的优点，所以被广泛地应用于精密仪器控制、原子分辨率扫描探针显微镜、微电子制造乃至航空航天、生物医学等诸多重要的领域，已成为现代尖端科学研究和工业生产的重要工具。两个或三个维度方向步进的压电马达属于多维压电马达。由于刚体具有三个平动自由度和三个转动自由度，所以完全控制刚体的定位需要六个自由度。由此可见，多维压电马达对控制刚体的完全定位非常重要。特别是，有一类多维压电马达，需要在对位移体（被定位物体）进行两或三维平移定位之后，能够把马达的驱动部分撤离，只留下位移体本身高稳定地停留在目标位置，这类压电马达我们此处称为多维可脱离压电马达，在扫描探针显微镜领域有重要应用，后者往往需要把探针相对于样品进行两或三维平动定位（其中有一维是Z方向的粗逼近定位，其余一或两维是沿着样品表面的搜索定位）后，把马达的驱动部件撤回，只留下一个尽可能小的探针-样品机械支撑回路，以提高探针相对于样品的稳定性，从而提高成像品质。我们之前曾提出过一维的可脱离压电马达。在本专利技术中，我们提出两维和三维的多维可脱离压电马达的技术方案，并提出用这样的多维可脱离压电马达制成相应的大范围可搜索高稳定扫描探针显微镜（镜体）的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有多维步进压电马达不能在完成定位后与被定位物体脱离，造成后者稳定性低的问题，提出一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，包括筒形框架、第一支撑环、第一环形滑片、第一弹簧、第一套管、第一滑杆、第一弹簧片，其特征是还包括X压电管、第二支撑环、第二环形滑片、第二弹簧，Z压电管、第二套管、第二滑杆、第二弹簧片，所述筒形框架的两端分别称为其下端与上端，这也对下与上给出了定义，第一支撑环共轴地固定于筒形框架内壁，第一环形滑片处于第一支撑环的下方，设置于筒形框架上端与第一环形滑片之间的第一弹簧将第一环形滑片环面对环面地压于第一支撑环上，所述第一套管共轴地与第一环形滑片相固定，第一滑杆套于第一套管内，二者的轴平行，第一弹簧片置于第一滑杆外壁与第一套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压；X压电管套于筒形框架之内，二者的轴平行，X压电管的两端分别称为其自由端和固定端，X压电管固定端与筒形框架的下端相固定，第二支撑环共轴地固定于X压电管自由端，第二弹簧设置于第二环形滑片与第二支撑环之间或第二环形滑片与X压电管固定端之间，将第二环形滑片与第二支撑环环面对环面相压，第二环形滑片处于第一环形滑片的下方并将第一套管的一部分或第一环形滑片的一部分套入其内；下面构建Z马达：所述Z压电管的两端分别称为其自由端和固定端，第二套管共轴地固定于Z压电管的自由端，第二滑杆套于第二套管内，二者的轴平行，第二弹簧片置于第二滑杆外壁与第二套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压，这构成了Z马达，其固定端为Z压电管固定端，其步进杆为第二滑杆；上述Z马达以如下三种结构之一安装于第一套管与第一滑杆之间以驱动第一滑杆在第一套管中进行轴向步进：（a）所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，二者的固定端相互固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（b）所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第一套管相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（c）所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第二环形滑片相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合。在Z马达步进杆与第一滑杆对顶着的两个端部之间，增设一对相互钩住的推挽钩，钩与钩之间留有间隙。用所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达制成的扫描探针显微镜，其特征是：增设固定于筒形框架上端的顶架，顶架的一部分作为目标台，沿轴向对着第一滑杆，二者之间增设固定于一方而指向另一方的XYZ压电扫描管。实现本专利技术目的的技术方案还可以是：本专利技术嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，包括筒形框架、第一支撑环、第一环形滑片、第一弹簧、第一套管、第一滑杆、第一弹簧片，其特征是还包括XY压电管、第二支撑环、第二环形滑片、第二弹簧，Z压电管、第二套管、第二滑杆、第二弹簧片，所述筒形框架的两端分别称为其下端与上端，这也对下与上给出了定义，第一支撑环共轴地固定于筒形框架内壁，第一环形滑片处于第一支撑环的下方，设置于筒形框架上端与第一环形滑片之间的第一弹簧将第一环形滑片环面对环面地压于第一支撑环上，所述第一套管共轴地与第一环形滑片相固定，第一滑杆套于第一套管内，二者的轴平行，第一弹簧片置于第一滑杆外壁与第一套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压；XY压电管套于筒形框架之内，二者的轴平行，XY压电管的两端分别称为其自由端和固定端，XY压电管固定端与筒形框架的下端相固定，第二支撑环共轴地固定于XY压电管自由端，第二弹簧设置于第二环形滑片与第二支撑环之间或第二环形滑片与XY压电管固定端之间，将第二环形滑片与第二支撑环环面对环面相压，第二环形滑片处于第一环形滑片的下方并将第一套管的一部分或第一环形滑片的一部分套入其内；下面构建Z马达：所述Z压电管的两端分别称为其自由端和固定端，第二套管共轴地固定于Z压电管的自由端，第二滑杆套于第二套管内，二者的轴平行，第二弹簧片置于第二滑杆外壁与第二套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压，这构成了Z马达，其固定端为Z压电管固定端，其步进杆为第二滑杆；上述Z马达以如下三种结构之一安装于第一套管与第一滑杆之间以驱动第一滑杆在第一套管中进行轴向步进：（d）所述Z马达套于XY压电管之内，二者的轴平行，二者的固定端相互固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（e）所述Z马达套于XY压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第一套管相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（f）所述Z马达套于XY压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第二环形滑片相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合。在Z马达步进杆与第一滑杆对顶着的两个端部之间，增设一对相互钩住的推挽钩，钩与钩之间留有间隙。用所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达制成的扫描探针显微镜，其特征是：增设固定于筒形框架上端的顶架，顶架的一部分作为目标台，沿轴向对着第一滑杆，二者之间增设固定于一方而指向另一方的XYZ压电扫描管。本专利技术嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达的工作原理如下：首先在筒形框架上构建被弹性夹持住，但在外力推动下可进行多维移动的多维位移体：所述筒形框架的两端分别称为其下端与上端，这也对下与上给出了定义，第一支撑环共轴地固定于筒形框架内壁，第一环形滑片处于第一支撑环的下方，设置于筒形框架上端与第一环形滑片之间的第一弹簧将第一环形滑片环面对环面地压于第一支撑环上，所述第一套管共轴地与第一环形滑片相固定，第一滑杆套于第一套管内，二者的轴平行，第一弹簧片置于第一滑杆外壁与第一套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压；此处的第一套管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，包括筒形框架、第一支撑环、第一环形滑片、第一弹簧、第一套管、第一滑杆、第一弹簧片，其特征在于：还包括X压电管、第二支撑环、第二环形滑片、第二弹簧，Z压电管、第二套管、第二滑杆、第二弹簧片，所述筒形框架的两端分别称为其下端与上端，这也对下与上给出了定义，第一支撑环共轴地固定于筒形框架内壁，第一环形滑片处于第一支撑环的下方，设置于筒形框架上端与第一环形滑片之间的第一弹簧将第一环形滑片环面对环面地压于第一支撑环上，所述第一套管共轴地与第一环形滑片相固定，第一滑杆套于第一套管内，二者的轴平行，第一弹簧片置于第一滑杆外壁与第一套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压；X压电管套于筒形框架之内，二者的轴平行，X压电管的两端分别称为其自由端和固定端，X压电管固定端与筒形框架的下端相固定，第二支撑环共轴地固定于X压电管自由端，第二弹簧设置于第二环形滑片与第二支撑环之间或第二环形滑片与X压电管固定端之间，将第二环形滑片与第二支撑环环面对环面相压，第二环形滑片处于第一环形滑片的下方并将第一套管的一部分或第一环形滑片的一部分套入其内；下面构建Z马达：所述Z压电管的两端分别称为其自由端和固定端，第二套管共轴地固定于Z压电管的自由端，第二滑杆套于第二套管内，二者的轴平行，第二弹簧片置于第二滑杆外壁与第二套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压，这构成了Z马达，其固定端为Z压电管固定端，其步进杆为第二滑杆；上述Z马达以如下三种结构之一安装于第一套管与第一滑杆之间以驱动第一滑杆在第一套管中进行轴向步进：（a）  所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，二者的固定端相互固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（b）  所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第一套管相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（c）  所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第二环形滑片相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合。...

【技术特征摘要】
1.一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，包括筒形框架、第一支撑环、第一环形滑片、第一弹簧、第一套管、第一滑杆、第一弹簧片，其特征在于：还包括X压电管、第二支撑环、第二环形滑片、第二弹簧，Z压电管、第二套管、第二滑杆、第二弹簧片，所述筒形框架的两端分别称为其下端与上端，这也对下与上给出了定义，第一支撑环共轴地固定于筒形框架内壁，第一环形滑片处于第一支撑环的下方，设置于筒形框架上端与第一环形滑片之间的第一弹簧将第一环形滑片环面对环面地压于第一支撑环上，所述第一套管共轴地与第一环形滑片相固定，第一滑杆套于第一套管内，二者的轴平行，第一弹簧片置于第一滑杆外壁与第一套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压；X压电管套于筒形框架之内，二者的轴平行，X压电管的两端分别称为其自由端和固定端，X压电管固定端与筒形框架的下端相固定，第二支撑环共轴地固定于X压电管自由端，第二弹簧设置于第二环形滑片与第二支撑环之间或第二环形滑片与X压电管固定端之间，将第二环形滑片与第二支撑环环面对环面相压，第二环形滑片处于第一环形滑片的下方并将第一套管的一部分或第一环形滑片的一部分套入其内；下面构建Z马达：所述Z压电管的两端分别称为其自由端和固定端，第二套管共轴地固定于Z压电管的自由端，第二滑杆套于第二套管内，二者的轴平行，第二弹簧片置于第二滑杆外壁与第二套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压，这构成了Z马达，其固定端为Z压电管固定端，其步进杆为第二滑杆；上述Z马达以如下三种结构之一安装于第一套管与第一滑杆之间以驱动第一滑杆在第一套管中进行轴向步进：（a）所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，二者的固定端相互固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（b）所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第一套管相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；（c）所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第二环形滑片相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合。2.根据权利要求1所述的嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，其特征在于：在Z马达步进杆与第一滑杆对顶着的两个端部之间，增设一对相互钩住的推挽钩，钩与钩之间留有间隙。3.一种用权利要求1所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达制成的扫描探针显微镜，包括权利要求1所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，其特征在于：增设固定于筒形框架上端的顶架，顶架的一部分作为目标台，沿轴向对着第一滑杆，二者之间增设固定于一方而指向另一方的XYZ压电扫描管。4.一种用权利要求2所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达制成的扫描探针显微镜，包括权利要求2所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，其特征在于：增设固定于筒形框架上端的顶架，顶架的一部分作为目标台，沿轴向对着第一滑杆，二者之间增设固定于一方而指向另一方的XYZ压电扫描管。5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆轻铀，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34