基于双压电陶瓷驱动原理的精密定位平台研究

发布时间：2021-11-21 23:11

　　为解决精密定位平台大运动行程与大扫描范围之间的矛盾性问题,实现大行程跨尺度纳米定位,该文提出了一种基于双压电陶瓷驱动原理的精密定位平台。该装置结合了粘滑驱动定位平台大运动行程、压电扫描器大扫描范围及高分辨率的优点。平台由基座、驱动模块、柔性铰链机构和导轨组成。驱动模块包括大、小压电陶瓷,大、小压电陶瓷分别以扫描和步进模式驱动定位平台。实验表明,该精密定位平台最大运动行程为21 mm,最大扫描范围为4.9μm,最小分辨率为16 nm,水平运动方向最大步进运动速度可达10 mm/s,满足大行程、大扫描范围兼容的要求。 

【文章来源】：压电与声光. 2020,42(03)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图1 双压电陶瓷驱动原理图

图2为基于双压电陶瓷驱动原理的精密定位平台结构图,平台整体尺寸为30 mm×17 mm×8 mm。压电陶瓷驱动器包括标称位移不同的两块压电陶瓷,大、小压电陶瓷串联并与柔性铰链机构一端固定安装于基座槽内。调节预紧螺丝,给压电陶瓷施加合适的预紧力,调节基座底部摩擦力调节螺丝可调整柔性铰链在垂直方向的位置,进而改变导轨与柔性铰链间的正压力。柔性铰链上表面凸台处粘有氧化锆陶瓷摩擦片,摩擦片与中间导轨部分接触,对压电陶瓷输入电压信号时,其会驱动柔性铰链结构,从而带动导轨移动。压电陶瓷推荐的最佳预紧力为50 N,并已通过试验验证其准确性。结合大、小压电陶瓷位移,阻滞力与柔性铰链柔度的关系曲线(见图3)可知,大、小压电陶瓷驱动的柔性铰链机构最佳柔度分别为0.11 μm/N和0.02 μm/N。由于大、小压电陶瓷驱动同一个柔性铰链机构,所以,最终选取柔性铰链的柔度为0.11 μm/N,即刚度为9.09 N/μm,为柔性铰链机构的设计提供了理论依据。

压电陶瓷推荐的最佳预紧力为50 N,并已通过试验验证其准确性。结合大、小压电陶瓷位移,阻滞力与柔性铰链柔度的关系曲线(见图3)可知,大、小压电陶瓷驱动的柔性铰链机构最佳柔度分别为0.11 μm/N和0.02 μm/N。由于大、小压电陶瓷驱动同一个柔性铰链机构,所以,最终选取柔性铰链的柔度为0.11 μm/N,即刚度为9.09 N/μm,为柔性铰链机构的设计提供了理论依据。2 柔性铰链有限元分析

【参考文献】：
博士论文
[1]用于SEM微纳操作的粘滑驱动精密运动定位台的研究[D]. 张世忠.哈尔滨工业大学 2014

硕士论文
[1]基于粘滑驱动原理的跨尺度纳米级定位平台研究[D]. 潘鹏.苏州大学 2016



本文编号：3510440