一种二自由度微位移组件

摘要

本发明提供一种二自由度微位移组件，属于微动平台结构领域。本发明提供的二自由度微位移组件通过将第二零件固定在底座上，将第一零件固定在柔性机构上，通过微调柔性机构的移动部来调节第一零件与第二零件之间的相对位移，柔性机构可以采用一体化加工方式，使柔性机构中不存在传统刚性机构中运动副之间的装配间隙，整个机构无摩擦和无需润滑，避免了由于摩擦和间隙所导致的能量损耗和机械迟滞，极大地提高了机构的精度和使用寿命；柔性机构装配简单，且能大幅度提高导向精度。

权利要求

1.一种二自由度微位移组件，其特征在于，包括底板、柔性机构、第一零件固定座、第二零件固定座、测微部件及位移调节部件，所述柔性机构包括移动部、弹性连接部和固定部，所述固定部与所述底板固定，所述移动部通过所述弹性连接部与所述固定部连接，并在外力作用下与所述固定部相对移动，所述底板上设有第一安装孔，所述移动部上设有第二安装孔，所述第一零件固定座包括本体和固定在所述本体上的第一固定部，所述本体安装在所述第一安装孔内，所述第一固定部用于固定所述第一零件，所述第二零件固定座安装在所述第二安装孔内，所述第二零件固定座设有第二零件安装孔，当所述移动部不受外力作用时，所述第一固定部与所述第二零件安装孔同心，所述位移调节部件用于向所述移动部施加力使所述移动部与所述固定部相对移动，所述测微部件用于测量所述移动部的位移。

2.根据权利要求1所述的二自由度微位移组件，其特征在于，所述第一固定部包括环绕设置的多个弹性卡爪和固定件，所述多个卡爪用于套设第一零件，所述固定件插设在所述多个卡爪之间，以使所述多个卡爪胀紧所述第一零件。

3.根据权利要求1所述的二自由度微位移组件，其特征在于，所述第二零件固定座设有与所述第二零件安装孔同心的限位通孔，所述第一固定部位于所述限位通孔内，且使第一零件与第二零件相对。

4.根据权利要求1所述的二自由度微位移组件，其特征在于，所述测微部件包括电感测微仪，所述电感测微仪的表笔与所述移动部接触。

5.根据权利要求1所述的二自由度微位移组件，其特征在于，所述位移调节部件包括四个，所述四个位移调节部件分别用于从不同的方向向所述移动部施加力使所述移动部与所述固定部在不同方向上相对移动。

6.根据权利要求1或5所述的二自由度微位移组件，其特征在于，所述位移调节部的调节精度为不低于亚微米级。

7.根据权利要求4所述的二自由度微位移组件，其特征在于，所述测微部件还包括测微部件固定座，所述测微部件固定座上设有弹性卡扣，用于固定所述电感测微仪的表笔。

8.根据权利要求4或7所述的二自由度微位移组件，其特征在于，包括两个所述测微部件，两个所述电感测微仪的表笔之间的夹角为90°。

9.根据权利要求1所述的二自由度微位移组件，其特征在于，还包括报警部件和/或限位块，所述报警部件用于当所述第一零件和所述第二零件接触时发出警报，所述限位块位于所述移动部和所述固定部之间，用于限定所述移动部与所述固定部的相对位移。

说明书

一种二自由度微位移组件

技术领域

[0001] 本发明涉及微动平台结构技术领域，特别是涉及到一种二自由度自定心微位移平台。

背景技术

[0002] 随着科学技术的逐步发展，人类的研究领域也进行了不断的拓展，从最先开始的大型的宏观世界逐步转向细小的微纳米世界，并且取得了许多重大成果。近些年科学技术逐步的发展方向是微型化和精密化，即设备更加微小和操作更加精密，相应的其测试设备的测试精度要求也越来越高。

[0003] 目前，二自由度微位移组件多基于导轨制成，导轨大致分为滑动导轨和滚动导轨，其中，滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，且动、静摩擦系数差别较大，低速情况下易出现爬行现象，难以达到微米级及其以上的精度，不适用于精密导向及定位；滚动导轨抗震性较差，接触应力大，对导轨的直线性和滚动体的尺寸精度要求较高，结构较滑动导轨复杂，成本高，同样不能避免摩擦系数的影响；以上无论哪种导轨都难以实现自动回复初始位置并且精确定位。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于柔性机构的新型二自由度自定心微位移平台，以解决现有技术中二自由度平台精度等级不高，结构复杂，成本高，且难以准确回复初始位置的问题。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0006] 一种二自由度微位移组件，包括底板、柔性机构、第一零件固定座、第二零件固定座、测微部件及位移调节部件，所述柔性机构包括移动部、弹性连接部和固定部，所述固定部与所述底板固定，所述移动部通过所述弹性连接部与所述固定部连接，并在外力作用下与所述固定部相对移动，所述第一零件固定座与所述移动部固定，所述第二零件固定座与所述底板固定，所述位移调节部件用于向所述移动部施加力使所述移动部与所述固定部相对移动，所述测微部件用于测量所述移动部的位移。

[0007] 在一可选实施例中，所述底板上设有第一安装孔，所述移动部上设有第二安装孔，所述第一零件固定座包括本体和固定在所述本体上的第一固定部，所述本体安装在所述第一安装孔内，所述第一固定部用于固定所述第一零件，所述第二零件固定座安装在所述第二安装孔内，所述第二零件固定座设有第二零件安装孔，当所述移动部不受外力作用时，所述第一固定部与所述第二零件安装孔同心。

[0008] 在一可选实施例中，所述第一固定部包括环绕设置的多个弹性卡爪和固定件，所述多个卡爪用于套设第一零件，所述固定件插设在所述多个卡爪之间，以使所述多个卡爪胀紧所述第一零件。

[0009] 在一可选实施例中，所述第二零件固定座设有与所述第二零件安装孔同心的限位通孔，所述第一固定部位于所述限位通孔内，且使第一零件与第二零件相对。

[0010] 在一可选实施例中，所述测微部件包括电感测微仪，所述电感测微仪的表笔与所述移动部接触。

[0011] 在一可选实施例中，所述位移调节部件包括四个，所述四个位移调节部件分别用于从不同的方向向所述移动部施加力使所述移动部与所述固定部在不同方向上相对移动。

[0012] 在一可选实施例中，所述位移调节部的调节精度为不低于亚微米级。

[0013] 在一可选实施例中，所述测微部件还包括测微部件固定座，所述测微部件固定座上设有弹性卡扣，用于固定所述电感测微仪的表笔。

[0014] 在一可选实施例中，所述的二自由度微位移组件包括两个所述测微部件，两个所述电感测微仪的表笔之间的夹角为90°。

[0015] 在一可选实施例中，所述的二自由度微位移组件还包括报警部件和/或限位块，所述报警部件用于当所述第一零件和所述第二零件接触时发出警报，所述限位块位于所述移动部和所述固定部之间，用于限定所述移动部与所述固定部的相对位移。

[0016] 本发明具有如下有益效果：

[0017] 本发明实施例提供的二自由度微位移组件通过将第二零件固定在底座上，将第一零件固定在柔性机构上，通过微调柔性机构的移动部来调节第一零件与第二零件之间的相对位移，柔性机构可以采用一体化加工方式，使柔性机构中不存在传统刚性机构中运动副之间的装配间隙，整个机构无摩擦和无需润滑，避免了由于摩擦和间隙所导致的能量损耗和机械迟滞，极大地提高了机构的精度和使用寿命；

[0018] 本发明实施例提供的柔性机构装配简单，且能大幅度提高导向精度；

[0019] 电感侧位仪的测量精度可达亚微米级，通过采用电感测微仪可实现亚微米级的位置移动测量，能够大幅度提高测量精度，避免了微分头测量中死区产生的影响；

[0020] 通过设置报警部件和/或限位块避免了过量移动导致的第一零件和第二零件因受力造成损坏。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例提供了一种二自由度微位移组件与第一零件和第二零件装配结构示意图；

[0022] 图2为本发明实施例提供的柔性机构结构示意图；

[0023] 图3为本发明实施例提供的第一零件和第一零件固定座结构示意图；

[0024] 图4为本发明实施例提供的第二零件固定座结构示意图；

[0025] 图5为本发明实施例提供的测微部件固定座结构示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

[0027] 参见图1，本发明实施例提供了一种二自由度微位移组件，包括底板10、柔性机构20、第一零件固定座30、第二零件固定座40、测微部件50及位移调节部件60，参见图2，柔性机构20包括移动部21、弹性连接部22和固定部23，固定部23与底板10固定，移动部21通过弹性连接部22与固定部23连接，并在外力作用下与固定部23相对移动，第一零件固定座30与移动部21固定，用于固定第一零件a，第二零件固定座40与底板10固定，用于固定第二零件b，位移调节部件60用于向移动部21施加力使移动部21与固定部23相对移动，测微部件用于测量所述移动部的位移。

[0028] 具体地，本发明实施例中，第一零件a可以为加表传感器定子、陀螺传感器定子等，相应地，第二零件b可以为加表传感器转子、陀螺传感器转子等，本发明不做限定；

[0029] 本发明实施例提供的二自由度微位移组件通过将第二零件固定在底座上，将第一零件固定在柔性机构上，通过微调柔性机构的移动部来调节第一零件与第二零件之间的相对位移，柔性机构可以采用一体化加工方式，柔性机构中不存在传统刚性机构中运动副之间的装配间隙，整个机构无摩擦和无需润滑，避免了由于摩擦和间隙所导致的能量损耗和机械迟滞，极大地提高了机构的精度和使用寿命。

[0030] 参见图2，底板10上设有第一安装孔11，移动部21上设有与第一安装孔11匹配的第二安装孔211，参见图3，第一零件固定座30包括本体31和与本体32固定的第一固定部31，本体32安装在第一安装孔11内，第一固定部31用于固定第一零件a，第二零件固定座40安装在第二安装孔211内，参见图4，第二零件固定座40设有第二零件安装孔41，当移动部21不受外力作用时，第一固定部31与第二零件安装孔41同心。

[0031] 在移动部不受外力作用下通过使第一固定部与第二零件安装孔同心，保证第一零件与第二零件在初始位置时自动定心，且当移动部受外力作用，第一零件与第二零件不同心时，当移动部所受外力消失后，在弹性连接部的回弹力作用下第一零件与第二零件重新回到初始位置，保持同心，微位移组件的重复定位精度可达亚微米级。

[0032] 本发明实施例中，为确保位移精度，位移调节部60的调节精度为不低于亚微米级，本发明实施例中，位移调节部件60为微分筒。

[0033] 具体地，参见图3，在本发明的一可选实施例中，第一零件a为空心回转体结构，第一固定部31包括环绕设置的多个弹性卡爪311和一固定件312，多个卡爪311用于套设第一零件a，固定件312插设在多个卡爪311之间，以使多个卡爪311胀紧第一零件a。通过设置弹性卡爪与固定件结合的固定方式，便于第一零件a的拆装，提高了操作效率。

[0034] 参见图4，第二零件固定座40设有与第二零件安装孔41同心的限位通孔42，第一固定部31位于限位通孔42内，且使第一零件a与第二零件b相对。通过设置限位孔，可限定第一零件与第二零件的最大位移，同时便于实现第一零件与第二零件的相对设置。

[0035] 参见图1，测微部件50包括电感测微仪，所述电感测微仪的表笔51与移动部21接触。电感侧位仪的测量精度可达亚微米级，通过采用电感测微仪可实现亚微米级的位置移动测量，能够大幅度提高测量精度，避免了微分头测量中死区产生的影响。参见图5，测微部件50还可以进一步包括测微部件固定座52，测微部件固定座52上设有弹性卡扣511和固定螺钉512，用于固定所述电感测微仪的表笔。

[0036] 通过将表笔固定在弹性卡扣中，通过固定螺钉锁紧弹性卡扣，使表笔51受力均匀，提高了表笔的使用寿命。

[0037] 参见图1，本发明实施例提供的二自由度微位移组件包括两个测微部件50，两个电感测微仪的表笔51之间的夹角为90°。通过设置两个测微部件可以实现对移动部在xy方向位移的精确测量。在其他实施例中，可以根据使用需要设置一个测微部件或两个以上的测微部件，本发明不做限定。

[0038] 参见图1，在本发明的一可选实施例中，固定部23为框形结构，弹性连接部22包括四个，移动部21为方形结构，四个弹性连接部22分别将移动部21的四个角连接在固定部23的框体内，弹性连接部22优选L型结构，位移调节部件60包括四个，四个位移调节部件60分别用于从+X、-X、+Y、-Y四个不同的方向向移动部31施加力使移动部31与固定部23在不同方向上相对移动。在其他实施例中，位移调节部件还可以根据使用需要设置为两个或两个以上，本发明不做限定。

[0039] 进一步地，在本发明的可选实施例中所述二自由度微位移组件还包括报警部件(图中未示出)或限位块(图中为示出)，或者同时设置有报警部件或者限位块，所述报警部件用于当第一零件a和第二零件b接触时发出警报，所述限位块位于移动部21和固定部23之间，用于限定移动部21与固定部23的相对位移。所述报警部件可以包括蜂鸣器、警铃等发声报警装置，还可以包括提示灯等视觉报警装置，本发明不做限定。

[0040] 具体地，本发明实施例中，通过设置报警部件和/或限位块避免了过量移动导致的第一零件和第二零件因受力造成损坏。

[0041] 以下为本发明的一具体实施例：

[0042] 如图1所示，本发明实施例提供了一种二自由度自定心微位移平台包括柔性机构20、底板10、位移调节部件60、测微部件50和蜂鸣器(图中未示出)等，本发明实施例中，第一零件为陀螺传感器定子，第二两件为陀螺传感器转子。

[0043] 如图2所示，柔性机构20采用一体化加工方式，使柔性机构20中不存在传统刚性机构中运动副之间的装配间隙，整个机构无摩擦和无需润滑，避免了由于摩擦和间隙所导致的能量损耗和机械迟滞，极大地提高了机构的精度和使用寿命。

[0044] 如图1所示，将四个微分筒装在柔性机构20的微分头安装孔内，其连接方式为用螺母将微分筒背死装在柔性机构20上。

[0045] 如图3所示，把电感测微仪表笔51插入测微部件固定座51的弹性卡扣511上，弹性卡扣511为缺口圆孔结构，将固定螺钉512旋入螺钉孔内，把缺口孔压合使缺口圆孔抱死电感侧微仪表笔50，从而使电感测微仪表笔51固定在测微部件固定座51上。然后将固定好电感测微仪表笔51的测微部件固定座51用螺钉固定在柔性机构20上。

[0046] 将柔性机构20通过螺钉连接固定在底板10上，实现整套二自由度自定心平台的装配。通过旋转微分筒驱动柔性机构的移动部21运动，用电感测微仪可测量柔性机构运动部分的位移变化量。

[0047] 测试陀螺传感器转子和定子在产生相对位移时，其电感值的变化量，转子和定子在初始位置的单边间隙为65um。用AB胶将转子粘在第二零件固定座40上，并将第二零件固定座40用螺钉安装在柔性机构20的移动部21上；把定子装在第一零件固定座30上，第一零件固定座30的第一固定部31为花瓣形，可通过M2开槽沉头螺钉将花瓣形圆柱面胀开达到固定转子的目的，如图3所示。

[0048] 由于定、转子之间的单边间隙相对较小，一旦用力挤压时，工件易发生不可恢复的变形而损坏工件，安装蜂鸣器来警示定、转子是否接触。其原理是将蜂鸣器导线一端连接电源正极，另外一端连接在第一零件固定座30上，电源负极连接在第二零件固定座40上，当定、转子接触时，蜂鸣器所在电路导通，蜂鸣器产生蜂鸣警示音。

[0049] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

[0050] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。