一種二維壓電微位移驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓電精密驅(qū)動儀器領(lǐng)域，具體是一種二維壓電微位移驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002] 穩(wěn)像技術(shù)在軍事領(lǐng)域、民用航測以及攝影系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。在獲取情報方 面，隨著世界各國軍事技術(shù)的發(fā)展，軍用衛(wèi)星、偵察機獲取圖像能力的加強，特別是圖像信 息所具有的直觀、豐富和便于獲取、存儲和傳輸?shù)忍攸c，使其成為未來戰(zhàn)爭中獲取情報的主 要技術(shù)手段。但由于成像載體受姿態(tài)變化和振動的影響，將會導(dǎo)致所獲取的圖像的不清 晰，嚴(yán)重影響圖像信息的有效利用。通過穩(wěn)像技術(shù)能消除或減輕運動攝像載體對像面的影 響，大大提高所獲取圖像信息的質(zhì)量。因此穩(wěn)像及光束的穩(wěn)定問題是當(dāng)前急需解決的問題。 其中實現(xiàn)微位移的精確快速定位是關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 多層壓電陶瓷采取電學(xué)并聯(lián)機械串聯(lián)方式封裝的疊層壓電陶瓷，在較小的電壓下 能輸出較大的位移，其位移輸出與輸入電壓成線性關(guān)系，理論上其分辨率可以實現(xiàn)無窮小， 因此，以疊層壓電陶瓷為驅(qū)動元件的作動器可以獲得更好的可控性，實現(xiàn)更高的精度。但 是，盡管疊層壓電陶瓷對位移有放大作用，變形大小依舊受限制，傳統(tǒng)二維微位移定位平臺 采用杠桿放大原理和柔性鉸鏈所產(chǎn)生的平臺輸出的推力和拉力相差很大，以及杠桿和柔性 鉸鏈也帶來遲滯效應(yīng)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明采用了一種基于三角放大原理的位移放大機 構(gòu)，將兩個正交方向的放大位移進(jìn)行串聯(lián)，兩個方向的位移作動均為獨立的，互相不會耦 合，減少了控制的難度。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案： 一種二維壓電微位移驅(qū)動器，包括底板1、鏡片框7,底板1通過定位塊5固定連接有二 維雙向驅(qū)動機構(gòu)；所述二維雙向驅(qū)動機構(gòu)包括外部一維雙向驅(qū)動單元和內(nèi)部的一維雙向驅(qū) 動單元，其中外部的一維雙向驅(qū)動單元通過定位塊5固定在底板1上，內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動 單元通過連接件固定在外部的一維雙向驅(qū)動單元上，所述內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元連接在 鏡片框7上；外部的一維雙向驅(qū)動單元與內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元分別在相互垂直的方向 上產(chǎn)生兩個方向的作用力，使鏡片框7沿兩個維度運動。
[0006] 所述外部的一維雙向驅(qū)動單元包括外部作動框6、第一作動部件，外部作動框6在 同一直線上有兩個端部，在所述端部，通過第一作動部件連接至定位塊5上。
[0007] 所述第一作動部件包括第一外部活動預(yù)緊塊2、固定預(yù)緊塊4和外部壓電作動單 元3,所述固定預(yù)緊塊4連接在定位塊5上，其兩端分別通過外部壓電作動單元3連接在第 一外部活動預(yù)緊塊2上，第一外部活動預(yù)緊塊2固定在外部作動框6上。
[0008] 內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元設(shè)置在外部作動框6上與外部的一維雙向驅(qū)動單元相 垂直的方向上；所述內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元包括內(nèi)部活動預(yù)緊塊8、內(nèi)部壓電作動單元、 第二外部活動預(yù)緊塊；第二外部活動預(yù)緊塊和內(nèi)部活動預(yù)緊塊8之間通過內(nèi)部壓電作動單 元連接，其中第二外部活動預(yù)緊塊固定在外部作動框6上，內(nèi)部活動預(yù)緊塊8固定在內(nèi)部鏡 片框7上。
[0009] 所述的外部壓電作動單元3包括一個壓電疊堆，兩個三角固定塊，壓電疊堆兩端 通過三角固定塊分別與第一外部活動預(yù)緊塊2以及固定預(yù)緊塊4連接。
[0010] 所述的內(nèi)部壓電作動單元包括一個壓電疊堆，兩個三角固定塊，壓電疊堆兩端通 過三角固定塊分別與第二外部活動預(yù)緊塊以及內(nèi)部活動預(yù)緊塊8連接。
[0011] 所述的外部壓電作動單元3設(shè)有兩個第一外部活動預(yù)緊塊2,兩個第一外部外部 活動預(yù)緊塊2相向設(shè)置，相對面上均設(shè)有V形凹槽；所述固定預(yù)緊塊4的兩端面上也設(shè)有V 形凹槽，第一外部活動預(yù)緊塊2與固定預(yù)緊塊4之間設(shè)有壓電疊堆和三角固定塊，三角固定 塊卡在第一外部活動預(yù)緊塊2與固定預(yù)緊塊4對應(yīng)位置的V形凹槽內(nèi)。
[0012] 所述的內(nèi)部壓電作動單元設(shè)有兩個第二外部活動預(yù)緊塊，兩個第二外部外部活動 預(yù)緊塊相向設(shè)置，相對面上均設(shè)有V形凹槽；所述內(nèi)部活動預(yù)緊塊8的兩端面上也設(shè)有V形 凹槽，第二外部活動預(yù)緊塊與內(nèi)部活動預(yù)緊塊8之間設(shè)有壓電疊堆和三角固定塊，三角固 定塊卡在第二外部活動預(yù)緊塊與內(nèi)部活動預(yù)緊塊8對應(yīng)位置的V形凹槽內(nèi)。
[0013] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果： 為了在保證高分辨率的情況下，增加驅(qū)動器的位移量，本結(jié)構(gòu)根據(jù)三角放大原理設(shè)計 了二維微位移驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)簡單，對位移放大的倍數(shù)關(guān)系只與放大角有簡單關(guān)系。避免了 采用杠桿放大原理和采用柔性鉸鏈作為轉(zhuǎn)動副的傳統(tǒng)二維微位移定位平臺運動模型復(fù)雜、 依靠材料的本身彈性進(jìn)行回復(fù)的缺點。
[0014] 本發(fā)明設(shè)計的二維壓電微位移驅(qū)動器壓電作動單元3與各預(yù)緊塊之間的轉(zhuǎn)動是 以三角塊的邊與預(yù)緊塊V型槽的邊的線接觸為基礎(chǔ)的，由于接觸簡單，摩擦很小，使疊層壓 電陶瓷3a的伸長能夠迅速直接通過三角放大原理轉(zhuǎn)化為鏡片框7的運動。阻尼很小，響應(yīng) 速度快，運動模型簡單，降低了對其性能分析和控制的難度。
[0015] 內(nèi)部和外部的一維雙向驅(qū)動單元都相向設(shè)置了兩組壓電作動單元組，在一組壓電 作動單元伸長的同時，另一組同時縮短，達(dá)到在每個方向的作動都是主動推動而不是被動 靠彈性回復(fù)。
[0016] 將兩個正交方向的放大位移進(jìn)行串聯(lián)，兩個方向的位移作動均為獨立的，互相不 會耦合，減少了控制的難度。其運動的動態(tài)性能基本取決于采用的疊層壓電陶瓷3a的性 能，能達(dá)到快速精準(zhǔn)驅(qū)動和定位的目的。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明位移驅(qū)動器的俯視圖； 圖2為本發(fā)明位移驅(qū)動器的立體圖； 圖3為壓電作動單元的構(gòu)成組建結(jié)構(gòu)分解圖； 圖4為外部作動單元的驅(qū)動機構(gòu)單元組件立體圖； 圖5為外部作動單元的驅(qū)動機構(gòu)單元組件分解圖； 圖6為內(nèi)部作動單元的驅(qū)動機構(gòu)單元組件立體圖； 圖7為內(nèi)部作動單元的驅(qū)動機構(gòu)單元組件分解圖； 圖8為外部作動框的立體圖； 圖9為內(nèi)部鏡片框的立體圖； 圖10為本發(fā)明位移驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為三角放大原理的示意圖； 圖12為單方向驅(qū)動機理的示意圖； 其中：1-底板，2-第一外部活動預(yù)緊塊，3-外部壓電作動單元，4-固定預(yù)緊塊，5-定位 塊，6-外部作動框，7-鏡片框，8-內(nèi)部活動預(yù)緊塊，9-內(nèi)部壓電作動單元，10-第二外部活 動預(yù)緊塊，4b、2a、8a-V形凹槽，3a-壓電疊堆，3b、3c-三角固定塊，2c、8b-矩形凹槽，2b、 6a、7a、8c-螺紋孔。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明提供一種二維壓電微位移驅(qū)動器，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更 加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的 具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明： 如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的二維壓電微位移驅(qū)動機構(gòu)，包括底板1、鏡片框7,底板 1通過定位塊5固定連接有二維雙向驅(qū)動機構(gòu)；二維雙向驅(qū)動機構(gòu)包括外部一維雙向驅(qū)動 單元和內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元，其中外部的一維雙向驅(qū)動單元通過定位塊5固定在底板 1上，內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元通過連接件固定在外部的一維雙向驅(qū)動單元上，所述內(nèi)部的 一維雙向驅(qū)動單元連接在鏡片框7上；所述外部的一維雙向驅(qū)動單元包括外部作動框6、第 一作動部件，外部作動框6在同一直線上有兩個端部，在所述端部，通過第一作動部件連接 至定位塊5上。
[0020] 具體的說，上述第一作動部件包括第一外部活動預(yù)緊塊2、固定預(yù)緊塊4和外部壓 電作動單元3,固定預(yù)緊塊4連接在定位塊5上，其兩端分別通過外部壓電作動單元3連接 在第一外部活動預(yù)緊塊2上，第一外部活動預(yù)緊塊2固定在外部作動框6上。第一外部活 動預(yù)緊塊2與第二外部活動預(yù)緊塊10的機構(gòu)相同。
[0021] 內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元設(shè)置在外部作動框6上與外部的一維雙向驅(qū)動單元相 垂直的方向上；所述內(nèi)部的一維雙向驅(qū)動單元包括內(nèi)部活動預(yù)緊塊8、內(nèi)部壓電作動單元 9、第二外部活動預(yù)緊塊10 ;第二外部活動預(yù)緊塊和內(nèi)部活動預(yù)緊塊8之間通過內(nèi)部壓電作 動單元連接，其中第二外部活動預(yù)緊塊固定在外部作動框6上，內(nèi)部活動預(yù)緊塊8固定在內(nèi) 部鏡片框7上。
[0022] 所述的外部壓電