一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头制造技术

本发明专利技术公开了一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，包括基座、形变机构和测针，所述形变机构包括两个上下叠置固定的形变单元，所述形变单元包括圆环和至少三个V形悬臂梁，至少三个所述V形悬臂梁旋转阵列在所述圆环内，所述至少三个所述V形悬臂梁的一端与所述圆环连接，另一端互相连接且连接处位于所述圆环的中心位置；两个形变单元的V形悬臂梁之间设置有压电驱动单元和应变感应单元，所有压电驱动单元并联连接；两个形变单元的圆环与所述基座固定连接，所述测针连接在所述V形悬臂梁的另一端互相连接处。本发明专利技术在兼顾扫描测头静动态性能的同时，可以实现扫描测头适应不同模量表面的大范围变刚度。模量表面的大范围变刚度。模量表面的大范围变刚度。

【技术实现步骤摘要】
一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头


[0001]本专利技术属于高端装备零部件精密动态测量
，具体涉及一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头。

技术介绍

[0002]精密装备通常需要经历设计、加工、检测、装配以及试验等流程，才能进入实际应用。精密测头检测技术作为评估精密部件质量及基本性能的关键手段，在高端精密机床、大飞机、卫星以及微纳元器件精度及质量检测中发挥着重要作用。随着检测对象的多元化以及检测场景的多元化，精密测头接触刚度的单一化正在成为影响测头检测精度、制约测头广泛应用的不可忽视的问题。不同的被测对象通常具有显著差异化的表面属性，单一的测头刚度具有潜在的表面破坏性，恶化检测质量。由于接触刚度与测头动态特性的关联性，可控的刚度变化不仅能够避免对表面的破坏，也能根据具体的检测场景来自适应地平衡测头的静动态检测特性。
[0003]公开号为CN110095050A的专利，公开了一种三角梁柔性约束变刚度微纳测头，该专利提出了通过压杆失稳原理进行变刚度操作，这种方式的变刚度范围有限，测头形变及响应误差的三角效应即误差的各向异性更为突出。。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，在兼顾扫描测头静动态性能的同时，实现扫描测头适应不同模量表面的大范围变刚度。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，包括基座、形变机构和测针，所述形变机构包括两个上下叠置固定的形变单元，所述形变单元包括圆环和至少三个V形悬臂梁，至少三个所述V形悬臂梁旋转阵列在所述圆环内，所述至少三个所述V形悬臂梁的一端与所述圆环连接，另一端互相连接且连接处位于所述圆环的中心位置；两个形变单元的V形悬臂梁之间设置有压电驱动单元和应变感应单元，所有压电驱动单元并联连接；两个形变单元的圆环与所述基座固定连接，所述测针连接在所述V形悬臂梁的另一端互相连接处。
[0007]进一步地，所述压电驱动单元嵌置在下方每个V形悬臂梁的一根梁的上表面，所述应变感应单元嵌置在下方每个V形悬臂梁的另一根梁的上表面。
[0008]进一步地，下方每个V形悬臂梁的一根梁的上表面开设有第一凹槽，所述压电驱动单元嵌置在所述第一凹槽内；下方每个V形悬臂梁的另一根梁的上表面开设有第二凹槽，所述应变感应单元嵌置在所述第二凹槽内。
[0009]进一步地，下方形变单元采用高分子材料制作，上方形变单元采用合金制作。
[0010]进一步地，两个形变单元采用胶黏剂粘接。
[0011]进一步地，所述V形悬臂梁的两根梁之间的夹角为45
°
～135
°
。
[0012]进一步地，所述基座包括壳体和连接在所述壳体内的形变机构支撑架，两个形变单元的圆环固定连接在所述形变机构支撑架上。
[0013]进一步地，两个形变单元的圆环上对应开设有多个第一连接孔，所述形变机构支撑架上开设有与所述第一连接孔对应的第二连接孔，采用连接杆穿过第一连接孔和第二连接孔后将两个形变单元的圆环固定连接在所述形变机构支撑架上。
[0014]进一步地，所述V形悬臂梁的另一端互相连接处开设有第三连接孔，所述测针的一端插设固定在所述第三连接孔内。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0016]本专利技术提供的一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，其形变机构包括两个上下叠置固定的形变单元，形变单元包括圆环和至少三个V形悬臂梁，至少三个V形悬臂梁旋转阵列在圆环内，至少三个V形悬臂梁的一端与圆环连接，另一端互相连接且连接处位于圆环的中心位置，两个形变单元的V形悬臂梁之间设置有压电驱动单元和应变感应单元，所有压电驱动单元并联连接。固着于V形悬臂梁的压电驱动单元利用弯曲形变的变刚度形式，在施加电压后会使形变机构的V形悬臂梁弯曲交叉区域产生较大的应变量，使得V形悬臂梁向上或向下产生显著的大范围弯曲形变，从而改变机构整体的刚度，在V形区域实现相较于传统压杆失稳原理的更宽的变刚度范围，实现扫描测头适应不同模量表面的大范围变刚度。将压电驱动单元与应变感应单元内嵌入由两个叠置固定的形变单元的V形悬臂梁之间，使变刚度扫描测头整体简单化、减少测头在结构上的冗余。所有压电驱动单元并联连接，在驱动形式上，采用并联同步驱动形式，实现至少三组压电驱动单元对形变机构的协同形变驱动，确保变刚度过程中测头测针无偏心。
[0017]进一步地，放置压电驱动单元和应变感应单元的V形梁采用具有高刚度、低密度的高分子材料制作，另一个相配合的V形梁则采用合金材料制作，高分子材料与合金材料的结合，相对于传统不能在变刚度的同时有效地保证测头良好的动态特性的问题，本专利技术能够有效保证测头形变机构具有较高的刚度基准，同时高分子材料的低密度保证了测头具有良好的动态特性。
[0018]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头的整体结构示意图；
[0021]图2是本专利技术一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头中形变机构的组成分解结构示意图；
[0022]图3是本专利技术形变机构中上方形变单元结构示意图；
[0023]图4是本专利技术形变机构中下方形变单元结构示意图；
[0024]图5是本专利技术一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头中基座的组成结构示
意图。
[0025]图中：1
‑
基座；10
‑
壳体；11
‑
形变机构支撑架；110
‑
安装块；2
‑
形变机构；20
‑
形变单元；200
‑
圆环；201
‑
V形悬臂梁；202
‑
第一凹槽；203
‑
第二凹槽；3
‑
测针；4
‑
压电驱动单元；5
‑
应变感应单元；6
‑
第一连接孔；7
‑
第二连接孔；8
‑
第三连接孔；9
‑
装配孔。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，其特征在于，包括基座(1)、形变机构(2)和测针(3)，所述形变机构(2)包括两个上下叠置固定的形变单元(20)，所述形变单元(20)包括圆环(200)和至少三个V形悬臂梁(201)，至少三个所述V形悬臂梁(201)旋转阵列在所述圆环(200)内，所述至少三个所述V形悬臂梁(201)的一端与所述圆环(200)连接，另一端互相连接且连接处位于所述圆环(200)的中心位置；两个形变单元(20)的V形悬臂梁(201)之间设置有压电驱动单元(4)和应变感应单元(5)，所有压电驱动单元(4)并联连接；两个形变单元(20)的圆环(200)与所述基座(1)固定连接，所述测针(3)连接在所述V形悬臂梁(201)的另一端互相连接处。2.根据权利要求1所述的一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，其特征在于，所述压电驱动单元(4)嵌置在下方每个V形悬臂梁(201)的一根梁的上表面，所述应变感应单元(5)嵌置在下方每个V形悬臂梁(201)的另一根梁的上表面。3.根据权利要求2所述的一种压电驱动机构弯曲形变的变刚度扫描测头，其特征在于，下方每个V形悬臂梁(201)的一根梁的上表面开设有第一凹槽(202)，所述压电驱动单元(4)嵌置在所述第一凹槽(202)内；下方每个V形悬臂梁(201)的另一根梁的上表面开设有第二凹槽(203)，所述应变感应单元(5)嵌置在所述第二凹槽(203)内。4.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑维康，蒋明昆，邵伟，高瑞鹏，千勃兴，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：