柔性鉸鏈及壓電驅(qū)動柔性鉸鏈機構傳動實現(xiàn)超精密定位

1、柔性鉸鏈及柔性鉸鏈機構超精密定位柔性鉸鏈的概念一般描述為：在兩部分剛體之間薄弱的柔順機構，通常可以實現(xiàn)兩端剛體之間相對微小的轉(zhuǎn)動。但隨著新型柔性鉸鏈不斷的出現(xiàn)，已經(jīng)使柔性鉸鏈不僅僅限于實現(xiàn)繞單一軸線轉(zhuǎn)動。柔性鉸鏈的類型圓弧型柔性鉸鏈板梁型柔性鉸鏈球副型柔性鉸鏈 柔性鉸鏈的特點運動范圍極其微小簡化結構、免于裝配，易于實現(xiàn)小型化無間隙和摩擦，提高重復定位精度易于驅(qū)動器集成，高運動靈敏度、高運動分辨率可靠性高,，使用壽命長免于潤滑，避免污染柔性鉸鏈與壓電致動結合的應用超精密定位工作臺超精密機械加工打印頭光學自動聚焦壓電馬達主動式徑向空氣軸承微夾持器柔性鉸鏈機構超精密定位壓電元件作為驅(qū)動裝置柔性鉸鏈機

2、構作為傳動裝置壓電效應壓電效應源于壓電晶體，當此類電介質(zhì)晶體外加機械載荷時，晶體內(nèi)部的正負電荷中心發(fā)生相對位移而產(chǎn)生極化，導致晶體兩端出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。反之，如將具有壓電效應的電介質(zhì)晶體置于電場中，由于電場的作用而引起電介質(zhì)晶體內(nèi)部正負電荷中心產(chǎn)生相對位移，致使壓電晶體發(fā)生形變，晶體的這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。壓電元件在工程技術中應用較普遍的是由壓電陶瓷材料制作而成。通常選用壓電常數(shù)較大的層疊式壓電元件獲取微變形,它的線性比較優(yōu)良,且具有體積小、剛度大、形變相對較大、位移分辨率高和響應迅速的特點。柔性鉸鏈由柔性鉸鏈構成的柔性鉸鏈機構結構緊湊、傳動關系明確、無傳動空程,并且無摩擦，最適合與壓

3、電元件組成微小型結構簡潔、頻響高的超高精度定位工作臺。同時柔性鉸鏈機構還可放大壓電致動器的位移，并提供適當?shù)念A緊，避免壓電致動器承受拉應力。柔性鉸鏈在超精密定位中較多采用的是圓弧型柔性鉸鏈，如圖1所示，它運動精度較高，但轉(zhuǎn)動幅度小。超精密測量1978 年美國國家標準局開發(fā)了用于光掩模線寬測量的微定位工作臺。微定位工作臺工作原理工作臺可在50lm的工作范圍內(nèi)，以1nm或更高的分辨率將物體線性定位。超精密機械加工在精密連接工藝如激光焊接中，需要較大運動范圍、結構緊湊、高剛度、垂直運動的精密工作臺。超精密機械加工運動范圍為200lm，垂直剛度為6.0N/lm, 頻響為364Hz。光學自動聚焦采用壓電

4、驅(qū)動、柔性鉸鏈機構傳動的自動聚焦系統(tǒng)的重復精度達到0.35lm，能對放大倍率為100的物鏡聚焦。而用傳統(tǒng)的步進馬達驅(qū)動，滾珠絲杠傳動來定位，精度僅為1lm左右，物鏡的放大倍率也被限制在40 左右。單驅(qū)動多自由度運動機構的原理蠕動式運動的原理圖中底板為導磁材料，在多自由度運動機構的固定端 O 以及運動塊A、B 和C 上分別安裝電磁夾緊機構。蠕動式運動的原理蠕動式運動的原理1、固定端O的電磁夾緊機構吸附(通電)，運動塊A 上的電磁夾緊機構松脫(不通電)。2、壓電元件 P 加壓伸長。3、運動塊A上的電磁夾緊機構吸附，固定端O 的電磁夾緊機構松脫。4、壓電元件 P 減壓收縮。柔性鉸鏈傳動機構的對稱設計為了確保運動塊A無偏轉(zhuǎn)地沿X方向運動和運動塊B無偏轉(zhuǎn)地沿Y方向運動，就必須對它們進行導向。平面微小型工作臺結論壓電元件具有體積小、剛度大、位移分辨率高和響應迅速的特點。由柔性鉸鏈構成的柔性鉸鏈機構結構緊湊、傳動關系明確、 無傳動空程,并且無摩擦。壓電元件和柔性鉸鏈機構結合在超精密測量、超精密加工和光學自動聚焦等超精密定位領域得到應用。結論單驅(qū)動多自由度運動機構使超精密定位工作臺的結構緊湊蠕動式的運動原理實現(xiàn)多自由度運動和大行程運動單驅(qū)動多自由度運動機構的柔性鉸鏈機構采用對稱設計以實現(xiàn)運動導向功能用鈹青銅