压电定位器制造技术

描述了多轴压电定位器（１６、３６、５６、１１６）。此定位器包含固定部件（２０、６０、１２０），可相对于可移动部件（２２、６２、１２２）在一平面内移动。可移动部件包括压电器件（２４、６４Ａ－Ｄ、６６Ａ－Ｄ、１２４），可在此平面内膨胀和收缩。通过相应的第一、第二和第三可松开夹持机构（２８Ａ－Ｃ、３４Ａ－Ｃ、６３Ａ－Ｄ、１２８Ａ－Ｃ），可移动部件可相对于固定部件在第一、第二和第三位置处被选择性地夹住。因此可移动部件可在压电器件膨胀或收缩时通过可松开夹持机构的选择启动而在此平面内相对于固定部件移动。这就提供了并列机构的多轴压电定位器。可提供可沿垂直于此平面的方向定位的载台而得到三轴定位器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到压电定位器，尤其是涉及到多轴压电定位器。
技术介绍
定位器广泛地用于生产线和科学实验中来为光学部件定位。图1示意地表示一熟知类型的直线压电定位器2的纵向剖面[1，2]。这种类型的定位器称为蠕动型定位器，它可对目标进行一维定位。此定位器2是对中心轴Z圆周对称的，包含可移动部件4、固定部件6、驱动机构8及控制器(未示出)。此定位器可使可移动部件4沿Z轴相对于固定部件6定位。驱动机构8包含左压电环10、右压电环12和压电隔挡14。可移动部件4包含一轴，可使待定位的物体与之相连。可移动部件为左、右压电环10和12所夹持。压电环10、12安排成可由控制器独立驱动而绕Z轴沿径向扩展和收紧，从而连续地夹紧或松开可移动部件4。压电隔挡14可被驱动而平行于Z轴扩展和收缩。左、右压电环10、12被分别固定在压电隔挡14的左端和右端。而压电隔挡14的中心与固定部件6固定连接。如图1所示，可移动部件4因左、右压电环10、12的夹持而保持与固定部件6的关系。若欲使可移动部件4向右(亦即，沿-Z方向)移动，则控制器执行如下次序。首先，左压电环10膨胀，使之不再夹持可移动部件4。其次，压电隔挡14膨胀，膨胀量为ΔZ，使得左压电环10左移ΔZ/2，而右压电环12也向右移同样的量。由于在此动作期间，可移动部件4为右压电环12所夹持，故可移动部件4也相对于固定部件6右移ΔZ/2。第三，左压电环10松弛，使得可移动部件4再次被压电环10、12夹持。第四，右压电环12膨胀，使之不再夹持可移动部件4。第五，压电隔挡14松弛，使之收缩ΔZ。这就使右压电环12左移ΔZ/2，而左压电环10右移ΔZ/2，即压电环10、12相对于固定部件6回复到图1所示的轴向位置。在此动作期间，可移动部件4因被左压电环10夹持而再右移ΔZ/2。最后，右压电环12松弛，使之再夹持可移动部件4。在执行上述次序后，固定部件6，左、右压电环10、12及压电隔挡14都处于图1所示的相对位置。然而，可移动部件4已右移了ΔZ。如需进一步移动，重复此次序，使得可移动部件4逐渐右移。使用类似的次序可实现可移动部件的左移，但次序中左、右压电环的膨胀和收缩次序应交换。图1所示这种压电蠕动型定位器是有用的装置，因其能提供精确和高分辨率的一维定位，且比较简单、小巧和坚固。然而，在许多情形下，需要多轴定位，定位器需要在二维、三维或多维可调。多轴定位器机构可大致分为两类一类为串接型定位器机构；另一类为并列型定位器机构。串接型定位器机构包含一系列叠置的直线定位器。例如，二维(2D)串接定位器可包含上述这种类型的第一和第二线性蠕动定位器，它们被安排得使第二直线定位器的输入级(亦即，固定部件)装在第一直线定位器的输出级(亦即，可移动部件)上。欲被定位的物体则装在第二定位器的输出级上。因此，第二定位器工作使物体沿一个方向移动，而第一定位器工作使第二定位器因而也使其所携物体一起沿另一方向移动。已知串接型定位器存在的问题是沿不同的轴其特性会不同，且一个轴的行为依赖于其在另一个轴上的位置。这在很大程度上是由于叠置的直线定位器的负载不同。例如，在2D串接型定位器中，第二定位器承载着待定位物体，而第一定位器承载着此负载和第二定位器。这种问题随着移动轴的增多而越发严重。并列型定位器机构因多个轴都可以独立定位而避免了这种问题。这是对每个轴设计驱动机构使各轴并行工作来实现的。即，与每个不同的移动轴相关的输入级都装在一起，而输出级也同样地装在一起。由于不存在上述串接型定位器机构的问题，并列型定位机构一般优选用于精确的多轴定位。然而，在并列型定位器中每个轴都连有的驱动机构必须能适应其他每个轴的移动，因此并列型定位器会是十分庞大而复杂的。
技术实现思路
按照本专利技术提供了一种多轴压电定位器，包含固定部件；可移动部件，可在一平面中相对于固定部件定位，可移动部件包含可操作成在此平面中膨胀和收缩的压电器件；以及第一、第二和第三可松开夹持机构，可操作成在相应的第一、第二和第三位置将可移动部件选择性地夹持到固定部件上，从而在压电器件膨胀或收缩时通过可松开夹持机构的选择启动，可移动部件可在该平面内移动，其中可松开夹持机构各包括压电致动器，所述压电致动器可操作成沿垂直于该平面的方向对可移动部件施加夹持力。这就提供了较简单耐用的具有并列机构的多轴定位器，它得益于直线压电定位器的精确和高分辨率定位。压电器件可包含单一压电元件，例如平盘，它可在其平面内沿多个方向同时膨胀或收缩。这就提供了一种零部件较少的简单结构。作为选择，压电器件可包含多个压电元件，例如沿矩形边排列的四个压电元件。在这种实例中，可配备第四个可松开夹持机构，四个可松开夹持机构被安排为分别作用在矩形相应的四个角。这样的安排可在平面内沿两个正交轴独立定位。这四个压电元件可在其端部连接而形成一矩形，也可通过弯件彼此连接。使用无源弯件可消除压电元件直接相连时产生的界面应力。压电致动器每个都可包含装在挠性件上的压电元件，且安排得使压电元件被驱动时沿基本平行于平面的方向膨胀，因而使挠性件沿基本垂直于平面的方向收缩而去掉夹持力。这种安排所提供的压电致动器在松弛状态时施加夹持力，而当压电元件被驱动而膨胀时去掉夹持力。这是有益的，因为当压电元件被驱动而膨胀比其被驱动而收缩时，工作特性常有改善。可松开夹持机构各自还可包含第二个压电致动器，与上述第一致动器一起工作，使在保持夹持力时可移动部件可沿垂直于平面的方向相对于固定部件移动。这就在垂直于平面的方向上在致动器的范围内提供了某种程度的定位，因而提供了一种简单的三轴定位器。可移动部件还可包含与压电器件连接的载台，它可沿垂直于平面的方向伸展，载台具有安装面，待定位的物体可装在其上。这就可使待定位的物体被置于离开定位器主体处，因而避免彼此间可能发生的干扰。此安装面可含有安装工件的常规固定设施，如，适当尺寸和螺纹的孔。在某些实施方式中，载台可包含单轴定位器。这就使得待定位的物体可沿垂直于平面的轴和平行于平面定位。载台可包含，例如，常规的蠕动型定位器而提供全压电三轴定位器。作为选择，载台可包含任何其他类型的直线定位器。在其他实施方式中，提供了三轴定位器，其可移动部件含有第二压电器件，此装置与上述第一压电器件在垂直于平面的方向上由可调隔挡隔开，使得上述第一和第二压电器件的间隔可变，载台由上述第一压电器件和第二压电器件可松开地夹持，致使借助于当载台由上述第一和第二压电器件选择性地夹持和松开时，改变上述第一和第二压电器件的间隔，载台可沿垂直于平面的方向移动。多轴压电定位器可包含控制器，它可设置为按预定次序启动压电器件或压电件和可松开夹持机构，以使可移动部件相对于固定部件重新定位。作为选择，控制器可设置为按照可移动部件相对于固定部件定位时的反馈信号来启动压电器件或压电件和可松开夹持机构。附图说明现在参照附图的实例以更好地了解本专利技术，并说明本专利技术是如何实现的。图1示意地表示一已知单轴压电定位器的纵向剖面图；图2示意地表示按照本专利技术第一种实施方式的二轴压电定位器的透视图；图3示意地表示图2的二轴压电定位器的纵向剖面图；图4A-F示意地表示图2定位器所载物体沿水平面定位次序的实例；图5的列表示意地表示，在执行图4所示次序期间图2所示定位器的几个元件的状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴压电定位器，包括：固定部件；可在一平面中相对于固定部件定位的可移动部件，此可移动部件包括可操作成在该平面内膨胀和收缩的压电器件；以及第一、第二和第三可松开夹持机构，可操作成在相应的第一、第二和第三位置将可移动 部件选择性地夹持到固定部件上，从而在压电器件膨胀或收缩时通过可松开夹持机构的选择启动，可移动部件可在该平面内移动，其中可松开夹持机构各包括压电致动器，所述压电致动器可操作成沿垂直于该平面的方向对可移动部件施加夹持力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2004-1-8 0400342.21.一种多轴压电定位器，包括固定部件；可在一平面中相对于固定部件定位的可移动部件，此可移动部件包括可操作成在该平面内膨胀和收缩的压电器件；以及第一、第二和第三可松开夹持机构，可操作成在相应的第一、第二和第三位置将可移动部件选择性地夹持到固定部件上，从而在压电器件膨胀或收缩时通过可松开夹持机构的选择启动，可移动部件可在该平面内移动，其中可松开夹持机构各包括压电致动器，所述压电致动器可操作成沿垂直于该平面的方向对可移动部件施加夹持力。2.权利要求1的多轴压电定位器，其中所述压电器件由单个压电元件组成。3.权利要求1的多轴压电定位器，其中所述压电器件由多个压电元件组成。4.权利要求1的多轴压电定位器，其中所述压电器件包括排列形成矩形的边的四个压电元件。5.权利要求4的多轴压电定位器，还包括第四个可松开夹持机构，其中所述第一、第二、第三和第四可松开夹持机构被设置成分别作用在矩形四个角的对应角。6.权利要求4或5的多轴压电定位器，还包括在矩形各角处的边角件。7.前面任一权利要求的多轴压电定位器，其中所述压电致动器各包括安装在挠性件中的压电元件，并设置成使得压电元件可被驱动而沿基本上平行于所述平面的方向膨胀，从而引起挠性件沿基本上垂直于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J狄克逊，基思A德赫斯，
申请(专利权)人：特拉波斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]