電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯的製作方法
2023-08-07 23:20:31
專利名稱：電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工作檯，尤其是涉及一種由壓電陶瓷驅動的電阻應變反饋式閉環二維柔 性鉸鏈工作檯。
背景技術：
在超精密加工及測量的設備中，多採用壓電陶瓷驅動的柔性鉸鏈工作檯來實現納米驅動 及定位。由於壓電陶瓷本身存在遲滯、蠕變和非線性等問題，使其精度及定位穩定性受到限 制，因此需採用精密位移傳感器對工作檯進行閉環反饋控制，以提高精度。目前應用較多的 是與工作檯集成一體結構的電容位移傳感器，由於電容傳感器受電磁場、邊緣效應、環境溫 度等變化影響較大，而且電容傳感器在工作檯上的安裝本身存在著較大的困難，電容傳感器
自身精度就很難保證，更難以保證工作檯的精度。
公告號為CN1374563的發明專利提供一種陣列式集成電路光刻系統中的精密工作檯結構 屬於集成電路的微細工程製造領域，設有微動轉臺，與該轉臺同軸連接的轉臺底座，固定 在該底座上的轉臺推動架，與該轉臺相連且X、 Y向各貼有平面鏡的X嚮往復運動小工作檯， 以導軌氣墊支撐該X向小工作檯的X向空氣靜壓導軌，與該X嚮導軌相連的Y向運動工作檯， 以導軌氣墊支撐Y向運動工作檯的Y向空氣靜壓導軌，固定在該Y嚮導軌上的Y向運動工作檯 微動機構，經支撐導軌帶動該Y向空氣靜壓導軌運動的滾珠絲槓，以及與滾珠絲槓連接的彈 性防振工作檯。上述轉臺推動架和Y向工作檯微動機構都是用壓電體驅動的，X、 Y向工作檯 都是丁字型。它具有系統精度高，運動速度快，工作平穩，使用壽命長，維護容易等優點， 既可保證掃描精度又提高了光刻效率。
公開號為CN1597249的發明專利申請提供一種用於平面磨削主動控制的新型數控納米級 微定位工作平臺。三自由度納米級微定位工作檯，主要由三個可以沿軸向發生位移變化的壓 電陶瓷驅動器以及三個圓形凹槽彈性鉸鏈等構成，每個驅動器的上部裝有球形接頭並與彈性 鉸鏈形成赫茲接觸。彈性鉸鏈、彈性預緊環以及立柱固連在一起構成預緊機構，彈性預緊環 通過螺栓和動平臺連接。立柱與預緊機構和底座剛性連接成為一整體結構。每個位移傳感器 的兩個極板通過各自的固定支架分別固定於彈性預緊環和底座上，並與壓電陶瓷驅動器相互 間隔60°。
發明內容
本發明的目的是針對現有的位移工作檯精度及穩定性較低的問題，提供一種位移精度高、 定位穩定性好的電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯。
本發明設有平臺座、移動平臺、二維柔性鉸鏈、壓電陶瓷驅動器和電阻應變式位移傳感 器；移動平臺設有橫向移動平臺和縱向移動平臺，二維柔性鉸鏈設有4個橫向柔性鉸鏈和4 個縱向柔性鉸鏈，壓電陶瓷驅動器設有橫向壓電陶瓷驅動器和縱向壓電陶瓷驅動器，電阻應 變式位移傳感器設有橫向電阻應變式位移傳感器和縱向電阻應變式位移傳感器；
4個橫向柔性鉸鏈設於平臺座與橫向移動平臺之間，4個縱向柔性鉸鏈設於平臺座與橫向 移動平臺之間，橫向壓電陶瓷驅動器和縱向壓電陶瓷驅動器分別設於平臺座的橫向和縱向上 並頂觸橫向移動平臺和縱向移動平臺，橫向電阻應變式位移傳感器設有2片橫向拉伸電阻應 變片和2片橫向壓縮電阻應變片，2片橫向拉伸電阻應變片和2片橫向壓縮電阻應變片分別 設在4個橫向柔性鉸鏈上，縱向電阻應變式位移傳感器設有2片縱向拉伸電阻應變片和2片 縱向壓縮電阻應變片，2片縱向拉伸電阻應變片和2片縱向壓縮電阻應變片分別設在4個縱 向柔性鉸鏈上，2片橫向拉伸電阻應變片和2片橫向壓縮電阻應變片構成橋式電路，2片縱向 拉伸電阻應變片和2片縱向壓縮電阻應變片構成橋式電路。
橫向柔性鉸鏈和縱向柔性鉸鏈最好均為平面式柔性鉸鏈，橫向柔性鉸鏈和縱向柔性鉸鏈 最好均設有應變敏感槽，電阻應變片粘貼在應變敏感槽上。
4個橫向柔性鉸鏈最好呈均布對稱設置，4個縱向柔性鉸鏈最好呈均布對稱設置。
本發明具有以下突出的特點將工作檯鉸鏈做了變形處理，方便貼片；電阻應變片處在 應變敏感槽上，使電阻應變片對位移較敏感；應變片採用兩壓縮和兩拉伸方式，並分別構成
電橋的兩臂；傳感器與壓電陶瓷驅動的二維柔性鉸鏈工作檯集成一體，結構緊湊、驅動精度 高，定位穩定性好。
與現有採用電容位移傳感器的二維柔性鉸鏈工作檯比較，本發明的電阻應變式位移傳感 器具有測量精度高，動態特性好，電阻應變片構成橋式電路輸出，使電阻應變式位移傳感器 的電阻大小與位移間保持線性關係，可實現工作檯的閉環控制，以提高工作檯的驅動精度和 長時間工作定位的穩定性，達到精密測量。上述二維柔性鉸鏈工作檯的結構可將電阻應變式 位移傳感器與二維柔性鉸鏈工作檯構成一體結構，並按壓縮與拉伸的不同位置粘附應變片， 組成橋式測量電路，當工作檯有微小位移時，應變片的阻值發生相應的變化，使電橋電路的 輸出與二維柔性鉸鏈工作檯的微位移間建立線性關係，實現對工作檯微小位移測量的目的。 並以此輸出信號反饋給柔性鉸鏈驅動器，實現定位的精確性。
圖1為本發明實施例的結構示意圖。
圖2為本發明實施例的橫向電阻應變式位移傳感器的電阻應變片構成的橋式電路組成示意圖。
圖3為本發明實施例的縱向電阻應變式位移傳感器的電阻應變片構成的橋式電路組成示 意圖。
圖4為本發明實施例的二維柔性鉸鏈的敏感槽及電阻應變片粘貼示意圖。
具體實施例方式
參見圖1 3，本發明設有平臺座3、移動平臺、二維柔性鉸鏈、壓電陶瓷驅動器和電阻應 變式位移傳感器。
二維柔性鉸鏈設有4個橫向柔性鉸鏈11和4個縱向柔性鉸鏈12，壓電陶瓷驅動器設有 橫向壓電陶瓷驅動器2和縱向壓電陶瓷驅動器5，移動平臺設有橫向移動平臺4和縱向移動 平臺7，電阻應變式位移傳感器設有橫向電阻應變式位移傳感器及縱向電阻應變式位移傳感 器。4個橫向柔性鉸鏈11設於平臺座3與橫向移動平臺4之間，並呈均布對稱設置；縱向柔 性鉸鏈12設於平臺座3與縱向移動平臺4之間，並呈均布對稱設置。橫向壓電陶瓷驅動器2 和縱向壓電陶瓷驅動器5分別設於平臺座3的橫向和縱向上並頂觸橫向移動平臺4和縱向移 動平臺7，橫向電阻應變式位移傳感器設有2片橫向拉伸電阻應變片81和2片橫向壓縮電阻 應變片82， 2片橫向拉伸電阻應變片81和2片橫向壓縮電阻應變片82設在4個橫向柔性鉸 鏈11上，縱向電阻應變式位移傳感器設有2片縱向拉伸電阻應變片83和2片縱向壓縮電阻 應變片84， 2片縱向拉伸電阻應變片83和2片縱向壓縮電阻應變片84設在4個縱向柔性鉸 鏈12上，2片橫向拉伸電阻應變片81和2片橫向壓縮電阻應變片82構成橋式輸出電路，2 片縱向拉伸電阻應變片83和2片縱向壓縮電阻應變片84構成橋式電路。平臺座3通過4個 安裝螺栓孔6外固在工具機上。
參見圖4，橫向柔性鉸鏈ll的曲率為無限大並設有應變敏感槽lll的平面式柔性鉸鏈，橫 向拉伸電阻應變片81粘貼在應變敏感槽111上。各個柔性鉸鏈均為相同結構。
權利要求
1、電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯，其特徵在於設有平臺座、移動平臺、二維柔性鉸鏈、壓電陶瓷驅動器和電阻應變式位移傳感器；移動平臺設有橫向移動平臺和縱向移動平臺，二維柔性鉸鏈設有4個橫向柔性鉸鏈和4個縱向柔性鉸鏈，壓電陶瓷驅動器設有橫向壓電陶瓷驅動器和縱向壓電陶瓷驅動器，電阻應變式位移傳感器設有橫向電阻應變式位移傳感器和縱向電阻應變式位移傳感器；4個橫向柔性鉸鏈設於平臺座與橫向移動平臺之間，4個縱向柔性鉸鏈設於平臺座與橫向移動平臺之間，橫向壓電陶瓷驅動器和縱向壓電陶瓷驅動器分別設於平臺座的橫向和縱向上並頂觸橫向移動平臺和縱向移動平臺，橫向電阻應變式位移傳感器設有2片橫向拉伸電阻應變片和2片橫向壓縮電阻應變片，2片橫向拉伸電阻應變片和2片橫向壓縮電阻應變片分別設在4個橫向柔性鉸鏈上，縱向電阻應變式位移傳感器設有2片縱向拉伸電阻應變片和2片縱向壓縮電阻應變片，2片縱向拉伸電阻應變片和2片縱向壓縮電阻應變片分別設在4個縱向柔性鉸鏈上，2片橫向拉伸電阻應變片和2片橫向壓縮電阻應變片構成橋式電路，2片縱向拉伸電阻應變片和2片縱向壓縮電阻應變片構成橋式電路。
2、 權利要求l所述的電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯，其特徵在於橫向柔性鉸 鏈和縱向柔性鉸鏈均為平面式柔性鉸鏈，橫向柔性鉸鏈和縱向柔性鉸鏈均設有應變敏感槽， 電阻應變片粘貼在應變敏感槽上。
3、 權利要求l所述的電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯，其特徵在於4個橫向柔 性鉸鏈呈均布對稱設置，4個縱向柔性鉸鏈呈均布對稱設置。
全文摘要
電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯，涉及一種工作檯。提供一種位移精度高、定位穩定性好的電阻應變反饋式閉環二維柔性鉸鏈工作檯。設有平臺座、移動平臺、二維柔性鉸鏈、壓電陶瓷驅動器和電阻應變式位移傳感器；移動平臺設有橫向移動平臺和縱向移動平臺，二維柔性鉸鏈設有4個橫向柔性鉸鏈和4個縱向柔性鉸鏈，壓電陶瓷驅動器設有橫向壓電陶瓷驅動器和縱向壓電陶瓷驅動器，電阻應變式位移傳感器設有橫向電阻應變式位移傳感器和縱向電阻應變式位移傳感器。橫向電阻應變式位移傳感器和縱向電阻應變式位移傳感器均構成橋式輸出電路。
文檔編號G03F7/20GK101424879SQ200810072368
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者張建寰 申請人:廈門大學