[发明专利]一种中空二维压电惯性冲击驱动平台

说明书

本发明公开一种中空二维压电惯性冲击驱动平台，包括方形平台、封装盖板和固定底座，方形平台由方形外框、方形内框、位移放大机构和压电驱动器组成，封装盖板设置柔性机构并安装在方形平台的上表面，方形平台通过方形外框的四角部位与下表面的固定底座摩擦耦合，在压电驱动器锯齿波激励电压下实现惯性冲击运动。本发明采用中心镂空的结构设计提供观测孔径，采用摩擦耦合调整机构保证冲击驱动的稳定性，可进一步提高多自由度跨尺度精密驱动定位在SEM等显微成像系统中的应用效果。

技术领域

本发明属于压电精密定位平台设备技术领域，具体涉及一种中空二维压电惯性冲击驱动平台。

背景技术

随着纳米科技的快速发展，越来越多的场合需要对微小材料、器件、组织等进行纳米尺度的观测和操控，从而分析研究样品的机械、电学、生化等特性并辅助样品的合成和装配，这些观测操控设备包括扫描电子显微镜(SEM)、荧光显微镜、原子力显微镜(AFM)、纳米机械手等。在使用纳米机械手、AFM等设备进行纳米操控时，常需借助SEM等设备进行实时的图像反馈，这些场合要求精密定位平台具有观测孔径，以方便SEM等设备对样品进行成像。目前，成熟应用的具有中空结构的精密定位平台是压电柔性铰链平台，如PI公司的P-612.2XY压电陶瓷纳米定位系统，该类平台具有纳米级的位移分辨率，但运动行程只有数百微米，操作范围有限。公开号为CN110336485B的中国专利采用摩擦冲击驱动原理，将压电柔性铰链平台的运动行程提高到数十毫米，但该设计无法提供观测孔径，且摩擦耦合存在稳定性问题。因此，需要结合压电柔性铰链平台和冲击驱动原理的优点，设计一种中空二维压电驱动平台实现跨尺度精密运动，提升上述场合精密定位平台的应用效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种中空二维压电惯性冲击驱动平台，利用中心镂空的结构设计为显微成像设备提供观测孔径，采用压电惯性冲击的驱动原理实现二维并联跨尺度精密运动，同时增加摩擦耦合调整机构提高惯性冲击驱动的精度和稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种中空二维压电惯性冲击驱动平台，包括方形平台、封装盖板和固定底座；所述方形平台由方形外框、方形内框、位移放大机构和压电驱动器组成；所述封装盖板中心镂空，安装于方形平台的上表面；所述固定底座中心镂空，设置于方形平台的下表面；

所述方形外框的四个内侧面和方形内框的四个外侧面分别通过位移放大机构连接，位移放大机构的内部分别设置压电驱动器；所述压电驱动器作用位移放大机构产生形变，分别推动方形外框和方形内框之间产生平面正交方向上的相对位移；

所述封装盖板的四角部分和中间部分之间分别设置柔性机构，封装盖板的四角部分分别通过螺钉和垫片安装于方形外框的四角部位上表面，封装盖板的中间部分通过螺钉和垫片安装于方形内框的上表面；

所述方形外框的四角部位下表面与固定底座的上表面摩擦耦合，方形外框的四角部位与中间部位之间分别设置弯曲铰链，通过弯曲铰链调整四角部位的高度，保证方形外框和固定底座均匀接触。

进一步地，所述位移放大机构为三角放大机构，所述压电驱动器为压电陶瓷叠堆，所述柔性机构为L型悬臂梁，所述弯曲铰链为矩形截面梁。

进一步地，所述方形外框的四角部位下表面分别对称设置通孔和半球沉孔，通孔内安装磁铁，半球沉孔内安装摩擦小球；所述固定底座的四角部位上表面分别设置下层的铁磁层和上层的摩擦层，铁磁层与磁铁产生吸引磁力，施加摩擦层与摩擦小球之间的预压力。

和已有技术相比，本发明的优点为：

(1)方形平台上表面安装封装盖板，保护方形平台内的器件，并作为样品布置的工作台；封装盖板的四角部分和中间部分通过柔性机构连接，并分别安装在方形外框和方形内框上，即保证了封装盖板的稳固性，又避免封装盖板对位移放大机构结构刚度的影响；封装盖板还具有配重作用，方形外框的质量大于方形内框的质量，通过封装盖板可平衡两者的质量关系，有利于产生稳定的惯性冲击运动。