一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，包括底座、支撑层、转动层、平动层、三维靶镜、载物台以及连接机构；所述支撑层、转动层、平动层实现空间中的六自由度运动并通过连接机构将六自由度位移传递到三维靶镜、载物台上；所述底座上垂直固定有多个支撑层，多个所述支撑层上共同支撑连接所述转动层，所述转动层上连接所述平动层，所述平动层上通过连接机构与所述三维靶镜的Z面连接，所述载物台置于所述三维靶镜的Z面上。本发明专利技术通过设计“槽球配对”的热膨胀释放机构，有效减小温度变化时，不同材料间的热膨胀变形量的差异对微位移工作台精度造成的影响。的影响。的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统


[0001]本专利技术属于精密测量
,具体涉及一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统。

技术介绍

[0002]随着超精密加工和微细加工技术的快速发展，以MEMS为基础的微型传感器和微型测量仪器广泛应用于各个领域，这些越发趋于小型化和微型化的元器件对于高精度的测量与定位提出了越来越高的要求。微位移工作台作为精密定位技术中一个不可或缺的组成部分，能够提供精度具有纳米级分辨率的微米级进给位移，因而在精密定位技术研究中成为重要因素和重要成果之一。在三坐标测量机中，高精度的微位移工作台可用于对工件的微进给和微定位，实现精密测量。
[0003]多自由度微动工作台作为微定位部件应用于三坐标测量机时，微动工作台多是作为简单的驱动部件，利用微动台自身的运动精度实现精确定位，不能实时反馈微动台实时位移与姿态信息，并且无法在运动过程中进行反馈调节。专利技术人考虑引入测量反射镜作为测量基准，通过实时反馈微动台的位移信息实现精确定位，然而，由于微位移工作台与测量反射镜为不同材料，在环境温度发生变化时，二者间不同的热膨胀系数导致的热变形对测量精度产生较大影响。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，以期望满足微动台的驱动控制系统与三坐标测量机测量系统的统一，本专利技术设计了三维靶镜结构，三坐标测量机的激光干涉测量系统通过三维靶镜实时反馈微动台的运动信息，并通过控制系统进行实时补偿。并通过设计一种热膨胀释放机构来有效减小温度变化时，不同材料间的热膨胀变形量的差异对微位移工作台精度造成的影响。
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，包括底座、支撑层、转动层、平动层、三维靶镜、载物台以及连接机构；所述支撑层、转动层、平动层实现空间中的六自由度运动并通过连接机构将六自由度位移传递到三维靶镜、载物台上；
[0007]所述底座上垂直固定有多个支撑层，多个所述支撑层上共同支撑连接所述转动层，所述转动层上连接所述平动层，所述平动层上通过连接机构与所述三维靶镜的Z面连接，所述载物台置于所述三维靶镜的Z面上；
[0008]所述平动层包括平动自由度板，所述平动自由度板上开设有两个第一通槽，所述平动自由度板的上端面上位于两个第一通槽之间开设有下锥形槽；
[0009]所述连接机构包括连接件、连接螺杆、拉伸弹簧、钢球，所述连接螺杆的一端与所述连接件固定连接、另一端与所述三维靶镜的Z面连接，所述连接件上开设有两个第二通
槽，所述连接件的下端面上位于两个第二通槽之间开设有与所述下锥形槽相同规格的上锥形槽，所述平动自由度板、连接件通过两个贯穿通槽的拉伸弹簧弹性连接，两个所述钢球置于所述下锥形槽、上锥形槽之间。
[0010]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述平动自由板上沿中心分布有三个下锥型槽，与所述平动层和三维靶镜连接的连接机构的数量也是三个，三个所述连接机构的三个上锥形槽与三个下锥型槽分别相配合使用。
[0011]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述支撑层提供沿Z向平动以及绕X轴、Y轴的转动，包括三个呈品字形分布在底座上的Z向自由度板，所述Z向自由度板的底部垂直固定在所述底座上，所述Z向自由度板的中上部挖空并在顶部固定有套筒，所述Z向自由度板的挖空结构中置有封装型压电陶瓷，所述封装型压电陶瓷的顶部螺纹连接有预紧块，所述套筒中螺纹连接有细牙螺杆，所述细牙螺杆的旋紧后一端抵在所述预紧块上为所述封装型压电陶瓷提供预紧力；所述套筒上分布有第一螺纹孔，用于与所述转动层连接。
[0012]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述转动层提供绕Z轴正、反向转动的角位移，包括转动自由度板、转动层第一压电陶瓷、转动层第二压电陶瓷、转动层第三压电陶瓷、转动层第四压电陶瓷，所述转动自由度板包括转动内框、转动外框以及直角柔性铰链，所述转动内框上分布有用于与所述支撑层上的第一螺纹孔连接的第一阶梯孔；所述转动内框作为转动层第一压电陶瓷、转动层第二压电陶瓷、转动层第三压电陶瓷、转动层第四压电陶瓷的固定端，所述转动外框作为绕Z轴转动的角位移输出端；所述转动层第一压电陶瓷、转动层第三压电陶瓷为一组，工作时为其提供相同的电压信号，可使转动外框产生绕Z轴的顺时针转动的角位移，即正向角位移；所述转动层第二压电陶瓷、转动层第四压电陶瓷为一组，工作时为其提供相同的电压信号，可使转动外框产生绕Z轴的逆时针转动的角位移，即负向角位移；所述转动外框上分布有第二螺纹孔，用于与所述平动层连接。
[0013]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述平动层提供沿着X轴、Y轴平动的位移，包括平动自由度板、平动层第一压电陶瓷、平动层第二压电陶瓷，所述平动自由度板包括平动内框、平动外框以及直角柔性铰链，所述平动外框上分布有用于与所述转动层上的第二螺纹孔连接的第二阶梯孔；所述平动外框作为平动层第一压电陶瓷、平动层第二压电陶瓷的固定端，所述平动内框作为沿X轴、Y轴平动的位移输出端；所述平动层第一压电陶瓷提供沿Y轴正向平动的位移，所述平动层第二压电陶瓷提供沿X轴正向平动的位移。
[0014]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述转动内框的中部设有转动层凸台，所述平动内框的中部设有平动层凸台。
[0015]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述平动层上的第一通槽和下锥形槽均分布在所述平动内框上。
[0016]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述三维靶镜包括三个高精度反射镜X面、Y面、Z面，三个反射镜通过真空吸附的方式组成两两正交的三维靶镜。
[0017]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述连接螺杆的一端贯穿所述三维靶镜的Z面并通过圆螺母和垫片紧固。
[0018]进一步地，所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述连接件和平动自由度板上分别开设有椭圆形槽，所述椭圆形槽中分别横向插入第一支撑柱、第二支撑柱，所述第一支撑柱、第二支撑柱分别固定所述拉伸弹簧的两端。
[0019]本专利技术所设计的可释放热膨胀变形的六自由度微位移工作台，在结构上采用串并联结合的方式来实现在空间中的六自由度运动。支撑层由三个Z向自由度板呈品字型合理分布在微动台底部，通过封装型压电陶瓷进行位移驱动，实现沿Z向平动以及绕X轴、Y轴的转动；动层由平动自由度板以及两个垂直布置的压电陶瓷组成，通过两个方向的压电陶瓷进行位移驱动来实现沿X轴、Y轴的平动；转动层由转动自由度板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，包括底座(1)、支撑层(2)、转动层(3)、平动层(4)、三维靶镜(5)、载物台(6)以及连接机构；所述支撑层(2)、转动层(3)、平动层(4)实现空间中的六自由度运动并通过连接机构将六自由度位移传递到三维靶镜(5)、载物台(6)上；所述底座(1)上垂直固定有多个支撑层(2)，多个所述支撑层(2)上共同支撑连接所述转动层(3)，所述转动层(3)上连接所述平动层(4)，所述平动层(4)上通过连接机构与所述三维靶镜(5)的Z面(32)连接，所述载物台(6)置于所述三维靶镜(5)的Z面(32)上；所述平动层(4)包括平动自由度板(26)，所述平动自由度板(26)上开设有两个第一通槽(23)，所述平动自由度板(26)的上端面上位于两个第一通槽(23)之间开设有下锥形槽(24)；所述连接机构包括连接件(47)、连接螺杆(39)、拉伸弹簧(45)、钢球(43)，所述连接螺杆(39)的一端与所述连接件(47)固定连接、另一端与所述三维靶镜(5)的Z面(32)连接，所述连接件(47)上开设有两个第二通槽(48)，所述连接件(47)的下端面上位于两个第二通槽(48)之间开设有与所述下锥形槽(24)相同规格的上锥形槽(37)，所述平动自由度板(26)、连接件通过两个贯穿通槽的拉伸弹簧(45)弹性连接，两个所述钢球(43)置于所述下锥形槽(24)、上锥形槽(37)之间。2.根据权利要求1所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述平动自由板(26)上沿中心分布有三个下锥型槽(24)，与所述平动层(4)和三维靶镜(5)连接的连接机构的数量也是三个，三个所述连接机构的三个上锥形槽(37)与三个下锥型槽(24)分别相配合使用。3.根据权利要求1所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述支撑层(2)提供沿Z向平动以及绕X轴、Y轴的转动，包括三个呈品字形分布在底座(1)上的Z向自由度板(7)，所述Z向自由度板(7)的底部垂直固定在所述底座(1)上，所述Z向自由度板(7)的中上部挖空并在顶部固定有套筒(10)，所述Z向自由度板(7)的挖空结构中置有封装型压电陶瓷(8)，所述封装型压电陶瓷(8)的顶部螺纹连接有预紧块(9)，所述套筒(10)中螺纹连接有细牙螺杆(11)，所述细牙螺杆(11)的旋紧后一端抵在所述预紧块(9)上为所述封装型压电陶瓷(8)提供预紧力；所述套筒(10)上分布有第一螺纹孔(12)，用于与所述转动层(3)连接。4.根据权利要求3所述的一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统，其特征在于，所述转动层(3)提供绕Z轴正、反向转动的角位移，包括转动自由度板(17)、转动层第一压电陶瓷(14)、转动层第二压电陶瓷(15)、转动层第三压电陶瓷(19)、转动层第四压电陶瓷(20)，所述转动自由度板(17)包括转动内框(22)、转动外框(18)以及直...

【专利技术属性】
技术研发人员：张何洋，程荣俊，黄强先，张连生，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：