一种可释放热变形的高精度六自由度微位移工作台系统的制作方法

技术特征：
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)以及直角柔性铰链(16)，所述转动内框(22)上分布有用于与所述支撑层(2)上的第一螺纹孔(12)连接的第一阶梯孔(21)；所述转动内框(22)作为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)的固定端，所述转动外框(18)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(14)、转动层第三压电陶瓷(19)为一组，工作时为其提供相同的电压信号，可使转动外框(18)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(15)、转动层第四压电陶瓷(20)为一组，工作时为其提供相同的电压信号，可使转动外框(18)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(18)上分布有第二螺纹孔(13)，用于与所述平动层(4)连接。5.根据权利要求4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(4)提供沿着x轴、y轴平动的位移，包括平动自由度板(26)、平动层第一压电陶瓷(28)、平动层第二压电陶瓷(30)，所述平动自由度板(26)包括平动内框(29)、平动外框(27)以及直角柔性铰链(25)，所述平动外框(27)上分布有用于与所述转动层(3)上的第二螺纹孔(13)连接的第二阶梯孔(31)；所述平动外框(27)作为平动层第一压电陶瓷(28)、平动层第二压电陶瓷(30)的固定端，所述平动内框(29)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(28)提供沿y轴正向平动的位移，所述平动层第二压电陶瓷(30)提供沿x轴正向平动的位移。6.根据权利要求5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(22)的中部设有转动层凸台(50)，所述平动内框(29)的中部设有平动层凸台(51)。7.根据权利要求5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(4)上的第一通槽(23)和下锥形槽(24)均分布在所述平动内框(29)上。8.根据权利要求1-7任一项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(5)包括三个高精度反射镜x面(34)、y面(33)、z面(32)，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(5)。9.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，所述连接螺杆(39)的一端贯穿所述三维靶镜(5)的z面(32)并通过圆螺母(41)和垫片(40)紧固。10.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，所述连接件(47)和平动自由度板(26)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(44)、第二支撑柱(46)，所述第一支撑柱(44)、第二支撑柱(46)分别固定所述拉伸弹簧(45)的两端。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：张何洋 程荣俊 黄强先 张连生
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2022/3/15