基于壓電纖維的精密壓入驅動單元的制作方法

文檔序號:11051565
基于壓電纖維的精密壓入驅動單元的制造方法與工藝

本實用新型涉及機電一體化的精密科學儀器領域,特別涉及柔性鉸鏈式壓電纖維精密壓入驅動單元。



背景技術:

納米壓/劃痕技術是近年來發展起來的一種國際前沿性技術,該技術受到各國政府和研究機構的高度重視,納米壓痕/劃痕技術具有樣品制備比較簡單,測試樣品內容豐富,設備操作比較方便等優點,使用范圍較廣。

就納米壓/劃痕技術來說,其難度主要是需要測試裝置的結構小型化、高精度和良好的可控性?,F有的納米壓痕儀的驅動裝置主要使用壓電疊堆,壓電疊堆價格較貴,所以就需要有新穎的驅動方式以及巧妙的結構設計來解決此問題。

因此,結合精密檢測技術、精密驅動技術進行納米壓痕/劃痕裝置的探索研究具有非常重要的理論意義和實用價值。設計一種結構小巧緊湊、性能可靠、精度高的驅動方式有十分重要的意義。



技術實現要素:

本實用新型的目的在于提供一種基于壓電纖維的精密壓入驅動單元。本實用新型設計一種結構緊湊的納米壓/劃痕精密壓入驅動單元,實現材料的精密壓入和檢測,納米壓/劃痕精密壓入驅動單元主要由側臂、柔性鉸鏈、安裝座,橢圓運放機構、壓電纖維、位移傳感器安裝架、位移傳感器、金剛石壓頭、緊定螺釘、壓頭連接架及壓力傳感器組成。通過壓電纖維驅動橢圓運放機構使金剛石壓頭進給,完成精密壓入。本實用新型是一種集驅動、檢測于一體的高性能綜合精密測試裝置,使用壓電纖維可以獲得更大的位移且位移量可以控制,裝置的精度更高。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現:

納米壓痕/劃痕裝置的精密壓入驅動單元,包括側臂(1)、柔性鉸鏈(2)、安裝座(3),橢圓運放機構(4)、壓電纖維(5)、位移傳感器安裝架(6)、位移傳感器(7)、金剛石壓頭(8)、緊定螺釘(9)、壓頭連接架(10)及壓力傳感器(11)。其中側臂(1)一側與柔性鉸鏈(2)相連,另一側與橢圓運放機構(4)相連,柔性鉸鏈(2)的另一側是安裝座(3),壓電纖維(5)粘在橢圓運放機構(4)內側,壓力傳感器(11)通過螺紋連接固定在橢圓運放機構(4)上,壓頭連接架(10)通過螺紋與壓力傳感器(11)連接在一起,金剛石壓頭(8)通過緊定螺釘(9)與壓頭連接架(10)相連。位移傳感器安裝架(6)固定在安裝座(3)上,位移傳感器(7)固定在移傳感器安裝架(6)上。

側臂(1)通過柔性鉸鏈(2)與安裝座(3)相連,柔性鉸鏈(2)采用雙曲線型柔性鉸鏈,利于側臂(1)繞柔性鉸鏈(2)旋轉。

橢圓運放機構(4),包括上弧片、下弧片,其中上弧片程中間薄兩邊厚,有利于隨壓電纖維(5)發生形變,下弧片中間厚,兩邊相對較薄,中間厚有利于防止受剪切力變形,橢圓運放機構(4)的上下兩弧片內側通過黏貼壓電纖維(5)作驅動裝置,橢圓運放機構(4)兩側與側臂(1)相連,橢圓運放機構(4)的下弧片與壓力傳感器(10)相連。

本實用新型的有益效果在于:設計新穎,結構簡單、巧妙,體積小。橢圓運放機構(4)的上弧片和下弧片壁厚不同,上弧片中間薄兩邊厚,有利于隨壓電纖維(5)發生形變提供動力,下弧片中間厚,兩邊相對較薄,中間厚有利于防止受剪切力變形,橢圓運放機構(4)使壓頭Z負向進給和側臂(1)使橢圓運放機構(4)的Z正向進給方向相反,提高了壓痕的精度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解,構成本申請的一部分,本實用新型的示意性實例及其說明用于解釋本實用新型,并不構成對本實用新型的不當限定。

圖1為本實用新型的結構示意圖;

圖2為橢圓運放機構上下弧片結構、柔性鉸鏈及壓電纖維位置示意圖;

圖3為本實用新型的壓電纖維工作前后結構變形示意圖;

圖4為本實用新型的β角度側臂的結構示意圖;

圖5為本實用新型的單次壓痕工作信號;

圖6為本實用新型的多次沖壓壓痕工作信號;

圖中:1、側臂;2、柔性鉸鏈;3、安裝座;4、橢圓運放機構;5、壓電纖維;6、位移傳感器安裝架;7、位移傳感器;8、金剛石壓頭;9、緊定螺釘;10、壓頭連接架;11、壓力傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本實用新型的詳細內容及其具體實施方式。

參見圖1至圖3,本實用新型的納米壓痕/劃痕裝置的精密壓入驅動單元,包括側臂(1)、柔性鉸鏈(2)、安裝座(3),橢圓運放機構(4)、壓電纖維(5)、位移傳感器安裝架(6)、位移傳感器(7)、金剛石壓頭(8)、緊定螺釘(9)、壓頭連接架(10)及壓力傳感器(11)。

通過控制壓電纖維(5),給其不同的信號可實現不同的壓痕操作。當給壓電纖維(5)一如圖5的單脈動信號時,壓電纖維(4)收縮,使橢圓運放機構(4)的曲率變大,橢圓運放機構(4)的長半軸由a1縮短為a2,短半軸由b1伸長為b2,經過計算,壓力傳感器(11)、壓頭連接架(10)、金剛石壓頭(8)等向Z軸負向移動h+h1,同時,側臂(1)向中心旋轉,使橢圓運放機構(4)、壓電纖維(5)、壓力傳感器(11)、壓頭連接架(10)、緊定螺釘(9)及金剛石壓頭(8)向Z軸正向移動h1,如圖3所示,因為運動方向相反,所以金剛石壓頭(8)向下移動h,即整個精密壓入驅動單元向下的位移量為h。

如圖4所示,通過采用β值不同的裝置,可以在機械結構上控制金剛石壓頭(8)的進給量。

當給壓電纖維(5)一如圖6的脈動信號時,金剛石壓頭(8)就會對試件進行多次沖擊壓痕。

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