一种对称式差动杠杆微位移放大装置的制造方法
一种对称式差动杠杆微位移放大装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种放大装置，尤其是一种对称式差动杠杆微位移放大装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着微电子技术的发展，压电陶瓷以其优越的精密驱动和定位性能而被广泛的应用于微位移驱动和精密定位领域，但是由于其微米级的位移输出往往不能满足实际应用的需求，一般需要设计位移放大装置对其进行位移放大。现有的位移放大装置或者精度较高，或者行程较大，高精度与大行程往往很难兼得。
[0003]中国发明专利申请ZL03132498.3公开了一种微位移放大机构，由机构本体、压电陶瓷和预紧垫片组成，压电陶瓷和预紧垫片均设置在机构本体内，压电陶瓷和预紧垫片的内端面相互之间紧密接触，压电陶瓷和预紧垫片的外端面分别与机构本体的左、右侧壁的内表面紧密接触，机构本体的上、下部分别有斜向设置的左、右支承板，上、下方的左、右支承板之间分别设有上、下微移动体，左、右的支承板的两端分别与左、右侧壁和上、下微移动体连成一体结构。该放大机构行程相对较小，同时在载荷重心偏心的情况下，容易对压电杆造成剪切破坏。
[0004]有鉴于此，本发明人对微位移放大装置进行了深入的研宄，遂有本案产生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种行程较大且精度较高的对称式差动杠杆微位移放大
目.ο
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座、固定在所述底座上的基板和与所述基板位于同一平面上的压电块，所述压电块具有一个顶压部和两个分别位于所述顶压部两端且以所述顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个所述传动部分别连接有一组与所述基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组所述杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两所述传动部之间放置有抵顶在所述顶压部上的压电陶瓷驱动器；
[0008]各所述传动部分别具有一端与所述顶压部连接的拉杆以及一端与所述拉杆固定连接且分别与所述顶压部平行的第一推杆和第二推杆，所述第一推杆与所述顶压部之间的距离小于所述第二推杆与所述顶压部之间的距离；
[0009]各所述杠杆组件分别包括第一连杆、分别与所述顶压部相垂直且一端分别与所述第一连杆柔性铰接的第一支杆和第二支杆、一端与所述第一支杆的另一端柔性铰接的第二连杆、一端与所述第二支杆的另一端柔性铰接的第三连杆以及与所述第二连杆的另一端柔性铰接且固定在所述底座上的固定块，所述第一连杆的一端柔性铰接有输出杆，且所述第一连杆和所述输出杆之间的柔性铰接位置与所述第一支杆之间的距离小于与所述第二支杆之间的距离，所述第一支杆的杆身与所述第一推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，所述第三连杆的另一端与所述第二推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，且所述第三连杆的杆身与所述基板柔性铰接。
[0010]作为本发明的一种改进，两组所述杠杆组件的所述第一连杆与同一所述输出杆柔性铰接。
[0011]作为本发明的一种改进，上述各柔性铰接都是通过柔性铰链进行铰接。
[0012]作为本发明的一种改进，所述基板上设置有用于将所述压电陶瓷驱动器预紧在所述顶压部上的调节螺钉。
[0013]作为本发明的一种改进，还包括面板，所述面板与所述输出杆固定连接。
[0014]采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果:
[0015]1、通过设置杠杆组件，利用差动杠杆放大的原理，实现较大的位移放大倍数，具有较大的行程，同时由于采用了柔性铰接的方式进行连接，各杆件之间的间隙和摩擦力较小，能降低误差，精度较高。
[0016]2、由于采用了对称式结构，从原理上消除了横向附加位移，避免产生剪切力，有效提高了位移精度。
[0017]3、通过将压电陶瓷驱动器布置在两个传动部之间，结构紧凑且使得整个装置的体积相对较小。
【附图说明】
[0018]图1为本发明对称式差动杠杆微位移放大装置的结构示意图，图中省略部分零件；
[0019]图2为本发明对称式差动杠杆微位移放大装置的分解示意图。
[0020]图中标示对应如下:
[0021]10-底座；20-基板；
[0022]21-调节螺钉；30-压电块；
[0023]31-顶压部； 32-传动部；
[0024]32a-拉杆；32b_ 第一推杆；
[0025]32c-第二推杆；40-杠杆组件；
[0026]41-第一连杆；42-第一支杆；
[0027]43-第二支杆；44-第二连杆；
[0028]45-第三连杆；46-固定块；
[0029]47-输出杆； 50-面板。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0031]如图1和图2所示，本实施例提供的对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座10、固定在底座10上的基板20和与基板20位于同一平面上的压电块30，基板20与压电块30所在的平面与底座10平行，基板20与底座10的固定方式可以是常规的方式，如采用螺钉紧固的方式，此处不再详述。
[0032]压电块30具有一个顶压部31和两个分别位于顶压部31两端且以顶压部31的中垂线为中心对称放置的传动部32。顶压部31的具体形状可以根据实际需要确定，在本实施例中，顶压部31呈直杆状。压电块30最好为一体成型的零件。
[0033]两个传动部32分别连接有一组与基板20和压电块30位于同一平面上的杠杆组件40，且两组杠杆组件40也以顶压部31的中垂线为中心对称放置。这样可从原理上消除了横向附加位移，避免工作时产生剪切力，有效提高了位移精度。
[0034]两传动部32之间放置有抵顶在顶压部31上的压电陶瓷驱动器(图中未视出)，压电陶瓷驱动器为常规的零部件，其可向顶压部31提供垂直于顶压部31的位移输 入。
[0035]各传动部32分别具有一端与顶压部31连接的拉杆32a以及一端与拉杆32a固定连接且分别与顶压部31平行的第一推杆32b和第二推杆32c，第一推杆32b与顶压部31之间的距离小于第二推杆32b与顶压部31之间的距离，具体的距离可以根据装置所需要放大位移的倍数进行确定。在本实施例中，第一推杆32b、第二推杆32c与拉杆32a之间呈“F”型布置。
[0036]各杠杆组件40分别包括第一连杆41、分别与顶压部31相垂直且一端分别与第一连杆41柔性铰接的第一支杆42和第二支杆43、一端与第一支杆42的另一端柔性铰接的第二连杆44、一端与第二支杆43的另一端柔性铰接的第三连杆45以及与第二连杆44的另一端柔性铰接且固定在底座10上的固定块46。第一连杆41的一端柔性铰接有输出杆47，且第一连杆41和输出杆47之间的柔性铰接位置与第一支杆42之间的距离小于其与第二支杆43之间的距离。第一支杆42的杆身与第一推杆32b远离拉杆32a的一端柔性铰接，第三连杆45的另一端与第二推杆32c远离拉杆32a的一端柔性铰接，且第三连杆45的杆身与基板20柔性铰接。
[0037]需要说明的是，上述说明中所指的各杆件的一端或另一端是对相对位置的一种概括描述，并不仅仅指杆件的端部位置，还包括相应杆件上靠近该端部位置的杆身部分。
[0038]此外，上述各柔性铰接都最好通过柔性铰链进行铰接。
[0039]优选的，在本实施例中，两组杠杆组件40的第一连杆41与同一输出杆47柔性铰接，避免产生剪切力影响放大装置的精度。
[0040]优选的，在本实施例中，基板20上设置有用于将压电陶瓷驱动器预紧在顶压部31上的调节螺钉21。这样便于调整压电陶瓷驱动器的位置和预紧力。
[0041 ] 优选的，在本实施例中，还包括面板50，面板50与输出杆47固定连接，可实现位移放大的输出多样性。
[0042]优选的，在本实施例中，基板20、压电块30、杠杆组件40和输出杆47为一体式加工获得的零部件，这样加工后的基板20、压电块30、杠杆组件40和输出杆47不需要进行装配，减少装配误差，提高放大精度。
[0043]使用时，压电陶瓷驱动器输入位移，将压电块30的顶压部31往远离压电陶瓷驱动器的方向推动，顶压部31带动传动部32 —起运动，接着分别通过柔性铰接在传动部32的第一推杆32b和第二推杆32c上的第二连杆44和第三连杆45产生杠杆作用，使得第一支杆42产生与顶压部31运动方向相同的运动，第二支杆42产生与顶压部31运动方向相反的运动，放大位移，最后通过第一连杆41的杠杆作用，再一次放大位移，并将通过输出杆47将位移输出到面板50上。
[0044]上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如将上述实施例中的输出杆47和面板50设置成一体式的零部件等，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，包括底座、固定在所述底座上的基板和与所述基板位于同一平面上的压电块，所述压电块具有一个顶压部和两个分别位于所述顶压部两端且以所述顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个所述传动部分别连接有一组与所述基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组所述杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两所述传动部之间放置有抵顶在所述顶压部上的压电陶瓷驱动器; 各所述传动部分别具有一端与所述顶压部连接的拉杆以及一端与所述拉杆固定连接且分别与所述顶压部平行的第一推杆和第二推杆，所述第一推杆与所述顶压部之间的距离小于所述第二推杆与所述顶压部之间的距离； 各所述杠杆组件分别包括第一连杆、分别与所述顶压部相垂直且一端分别与所述第一连杆柔性铰接的第一支杆和第二支杆、一端与所述第一支杆的另一端柔性铰接的第二连杆、一端与所述第二支杆的另一端柔性铰接的第三连杆以及与所述第二连杆的另一端柔性铰接且固定在所述底座上的固定块，所述第一连杆的一端柔性铰接有输出杆，且所述第一连杆和所述输出杆之间的柔性铰接位置与所述第一支杆之间的距离小于与所述第二支杆之间的距离，所述第一支杆的杆身与所述第一推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，所述第三连杆的另一端与所述第二推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，且所述第三连杆的杆身与所述基板柔性铰接。2.如权利要求1所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，两组所述杠杆组件的所述第一连杆与同一所述输出杆柔性铰接。3.如权利要求2所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，上述各柔性铰接都是通过柔性铰链进行铰接。4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，所述基板上设置有用于将所述压电陶瓷驱动器预紧在所述顶压部上的调节螺钉。5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，还包括面板，所述面板与所述输出杆固定连接。
【专利摘要】本发明提供一种对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座、固定在所述底座上的基板和与所述基板位于同一平面上的压电块，所述压电块具有一个顶压部和两个分别位于所述顶压部两端且以所述顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个所述传动部分别连接有一组与所述基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组所述杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两所述传动部之间放置有抵顶在所述顶压部上的压电陶瓷驱动器；通过设置杠杆组件，利用差动杠杆放大的原理，实现较大的位移放大倍数，具有较大的行程，同时由于采用了柔性铰接的方式进行连接，各杆件之间的间隙和摩擦力较小，能降低误差，精度较高。
【IPC分类】H01L21/68
【公开号】CN104900573
【申请号】CN201510311979
【发明人】范伟, 江芳彬, 李钟慎
【申请人】华侨大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种放大装置，尤其是一种对称式差动杠杆微位移放大装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着微电子技术的发展，压电陶瓷以其优越的精密驱动和定位性能而被广泛的应用于微位移驱动和精密定位领域，但是由于其微米级的位移输出往往不能满足实际应用的需求，一般需要设计位移放大装置对其进行位移放大。现有的位移放大装置或者精度较高，或者行程较大，高精度与大行程往往很难兼得。
[0003]中国发明专利申请ZL03132498.3公开了一种微位移放大机构，由机构本体、压电陶瓷和预紧垫片组成，压电陶瓷和预紧垫片均设置在机构本体内，压电陶瓷和预紧垫片的内端面相互之间紧密接触，压电陶瓷和预紧垫片的外端面分别与机构本体的左、右侧壁的内表面紧密接触，机构本体的上、下部分别有斜向设置的左、右支承板，上、下方的左、右支承板之间分别设有上、下微移动体，左、右的支承板的两端分别与左、右侧壁和上、下微移动体连成一体结构。该放大机构行程相对较小，同时在载荷重心偏心的情况下，容易对压电杆造成剪切破坏。
[0004]有鉴于此，本发明人对微位移放大装置进行了深入的研宄，遂有本案产生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种行程较大且精度较高的对称式差动杠杆微位移放大
目.ο
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座、固定在所述底座上的基板和与所述基板位于同一平面上的压电块，所述压电块具有一个顶压部和两个分别位于所述顶压部两端且以所述顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个所述传动部分别连接有一组与所述基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组所述杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两所述传动部之间放置有抵顶在所述顶压部上的压电陶瓷驱动器；
[0008]各所述传动部分别具有一端与所述顶压部连接的拉杆以及一端与所述拉杆固定连接且分别与所述顶压部平行的第一推杆和第二推杆，所述第一推杆与所述顶压部之间的距离小于所述第二推杆与所述顶压部之间的距离；
[0009]各所述杠杆组件分别包括第一连杆、分别与所述顶压部相垂直且一端分别与所述第一连杆柔性铰接的第一支杆和第二支杆、一端与所述第一支杆的另一端柔性铰接的第二连杆、一端与所述第二支杆的另一端柔性铰接的第三连杆以及与所述第二连杆的另一端柔性铰接且固定在所述底座上的固定块，所述第一连杆的一端柔性铰接有输出杆，且所述第一连杆和所述输出杆之间的柔性铰接位置与所述第一支杆之间的距离小于与所述第二支杆之间的距离，所述第一支杆的杆身与所述第一推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，所述第三连杆的另一端与所述第二推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，且所述第三连杆的杆身与所述基板柔性铰接。
[0010]作为本发明的一种改进，两组所述杠杆组件的所述第一连杆与同一所述输出杆柔性铰接。
[0011]作为本发明的一种改进，上述各柔性铰接都是通过柔性铰链进行铰接。
[0012]作为本发明的一种改进，所述基板上设置有用于将所述压电陶瓷驱动器预紧在所述顶压部上的调节螺钉。
[0013]作为本发明的一种改进，还包括面板，所述面板与所述输出杆固定连接。
[0014]采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果:
[0015]1、通过设置杠杆组件，利用差动杠杆放大的原理，实现较大的位移放大倍数，具有较大的行程，同时由于采用了柔性铰接的方式进行连接，各杆件之间的间隙和摩擦力较小，能降低误差，精度较高。
[0016]2、由于采用了对称式结构，从原理上消除了横向附加位移，避免产生剪切力，有效提高了位移精度。
[0017]3、通过将压电陶瓷驱动器布置在两个传动部之间，结构紧凑且使得整个装置的体积相对较小。
【附图说明】
[0018]图1为本发明对称式差动杠杆微位移放大装置的结构示意图，图中省略部分零件；
[0019]图2为本发明对称式差动杠杆微位移放大装置的分解示意图。
[0020]图中标示对应如下:
[0021]10-底座；20-基板；
[0022]21-调节螺钉；30-压电块；
[0023]31-顶压部； 32-传动部；
[0024]32a-拉杆；32b_ 第一推杆；
[0025]32c-第二推杆；40-杠杆组件；
[0026]41-第一连杆；42-第一支杆；
[0027]43-第二支杆；44-第二连杆；
[0028]45-第三连杆；46-固定块；
[0029]47-输出杆； 50-面板。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0031]如图1和图2所示，本实施例提供的对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座10、固定在底座10上的基板20和与基板20位于同一平面上的压电块30，基板20与压电块30所在的平面与底座10平行，基板20与底座10的固定方式可以是常规的方式，如采用螺钉紧固的方式，此处不再详述。
[0032]压电块30具有一个顶压部31和两个分别位于顶压部31两端且以顶压部31的中垂线为中心对称放置的传动部32。顶压部31的具体形状可以根据实际需要确定，在本实施例中，顶压部31呈直杆状。压电块30最好为一体成型的零件。
[0033]两个传动部32分别连接有一组与基板20和压电块30位于同一平面上的杠杆组件40，且两组杠杆组件40也以顶压部31的中垂线为中心对称放置。这样可从原理上消除了横向附加位移，避免工作时产生剪切力，有效提高了位移精度。
[0034]两传动部32之间放置有抵顶在顶压部31上的压电陶瓷驱动器(图中未视出)，压电陶瓷驱动器为常规的零部件，其可向顶压部31提供垂直于顶压部31的位移输 入。
[0035]各传动部32分别具有一端与顶压部31连接的拉杆32a以及一端与拉杆32a固定连接且分别与顶压部31平行的第一推杆32b和第二推杆32c，第一推杆32b与顶压部31之间的距离小于第二推杆32b与顶压部31之间的距离，具体的距离可以根据装置所需要放大位移的倍数进行确定。在本实施例中，第一推杆32b、第二推杆32c与拉杆32a之间呈“F”型布置。
[0036]各杠杆组件40分别包括第一连杆41、分别与顶压部31相垂直且一端分别与第一连杆41柔性铰接的第一支杆42和第二支杆43、一端与第一支杆42的另一端柔性铰接的第二连杆44、一端与第二支杆43的另一端柔性铰接的第三连杆45以及与第二连杆44的另一端柔性铰接且固定在底座10上的固定块46。第一连杆41的一端柔性铰接有输出杆47，且第一连杆41和输出杆47之间的柔性铰接位置与第一支杆42之间的距离小于其与第二支杆43之间的距离。第一支杆42的杆身与第一推杆32b远离拉杆32a的一端柔性铰接，第三连杆45的另一端与第二推杆32c远离拉杆32a的一端柔性铰接，且第三连杆45的杆身与基板20柔性铰接。
[0037]需要说明的是，上述说明中所指的各杆件的一端或另一端是对相对位置的一种概括描述，并不仅仅指杆件的端部位置，还包括相应杆件上靠近该端部位置的杆身部分。
[0038]此外，上述各柔性铰接都最好通过柔性铰链进行铰接。
[0039]优选的，在本实施例中，两组杠杆组件40的第一连杆41与同一输出杆47柔性铰接，避免产生剪切力影响放大装置的精度。
[0040]优选的，在本实施例中，基板20上设置有用于将压电陶瓷驱动器预紧在顶压部31上的调节螺钉21。这样便于调整压电陶瓷驱动器的位置和预紧力。
[0041 ] 优选的，在本实施例中，还包括面板50，面板50与输出杆47固定连接，可实现位移放大的输出多样性。
[0042]优选的，在本实施例中，基板20、压电块30、杠杆组件40和输出杆47为一体式加工获得的零部件，这样加工后的基板20、压电块30、杠杆组件40和输出杆47不需要进行装配，减少装配误差，提高放大精度。
[0043]使用时，压电陶瓷驱动器输入位移，将压电块30的顶压部31往远离压电陶瓷驱动器的方向推动，顶压部31带动传动部32 —起运动，接着分别通过柔性铰接在传动部32的第一推杆32b和第二推杆32c上的第二连杆44和第三连杆45产生杠杆作用，使得第一支杆42产生与顶压部31运动方向相同的运动，第二支杆42产生与顶压部31运动方向相反的运动，放大位移，最后通过第一连杆41的杠杆作用，再一次放大位移，并将通过输出杆47将位移输出到面板50上。
[0044]上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如将上述实施例中的输出杆47和面板50设置成一体式的零部件等，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，包括底座、固定在所述底座上的基板和与所述基板位于同一平面上的压电块，所述压电块具有一个顶压部和两个分别位于所述顶压部两端且以所述顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个所述传动部分别连接有一组与所述基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组所述杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两所述传动部之间放置有抵顶在所述顶压部上的压电陶瓷驱动器; 各所述传动部分别具有一端与所述顶压部连接的拉杆以及一端与所述拉杆固定连接且分别与所述顶压部平行的第一推杆和第二推杆，所述第一推杆与所述顶压部之间的距离小于所述第二推杆与所述顶压部之间的距离； 各所述杠杆组件分别包括第一连杆、分别与所述顶压部相垂直且一端分别与所述第一连杆柔性铰接的第一支杆和第二支杆、一端与所述第一支杆的另一端柔性铰接的第二连杆、一端与所述第二支杆的另一端柔性铰接的第三连杆以及与所述第二连杆的另一端柔性铰接且固定在所述底座上的固定块，所述第一连杆的一端柔性铰接有输出杆，且所述第一连杆和所述输出杆之间的柔性铰接位置与所述第一支杆之间的距离小于与所述第二支杆之间的距离，所述第一支杆的杆身与所述第一推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，所述第三连杆的另一端与所述第二推杆远离所述拉杆的一端柔性铰接，且所述第三连杆的杆身与所述基板柔性铰接。2.如权利要求1所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，两组所述杠杆组件的所述第一连杆与同一所述输出杆柔性铰接。3.如权利要求2所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，上述各柔性铰接都是通过柔性铰链进行铰接。4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，所述基板上设置有用于将所述压电陶瓷驱动器预紧在所述顶压部上的调节螺钉。5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的对称式差动杠杆微位移放大装置，其特征在于，还包括面板，所述面板与所述输出杆固定连接。
【专利摘要】本发明提供一种对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座、固定在所述底座上的基板和与所述基板位于同一平面上的压电块，所述压电块具有一个顶压部和两个分别位于所述顶压部两端且以所述顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个所述传动部分别连接有一组与所述基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组所述杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两所述传动部之间放置有抵顶在所述顶压部上的压电陶瓷驱动器；通过设置杠杆组件，利用差动杠杆放大的原理，实现较大的位移放大倍数，具有较大的行程，同时由于采用了柔性铰接的方式进行连接，各杆件之间的间隙和摩擦力较小，能降低误差，精度较高。
【IPC分类】H01L21/68
【公开号】CN104900573
【申请号】CN201510311979
【发明人】范伟, 江芳彬, 李钟慎
【申请人】华侨大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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