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分享一下壓電陶瓷驅(qū)動器的應(yīng)用
1 超精密測量
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 ,對儀器精度的要求出現(xiàn)了數(shù)量級的變化。從精密測量 (0. 5～0.005μm) ,發(fā)展到超精密測量(0.05～0.005 nm) ,近又提出納米精度測量(5～0. 05nm)的要求。在一定范圍內(nèi) ,PZT 伸長量和施加的電壓近似成線形關(guān)系 ,故此利用其精度高的特點(diǎn) ,可在超精密測量中得以應(yīng)用。
例如 ,1982 年 ,IBM 蘇黎世研究所等成功地研制出世界上臺新型的表面分析儀器 ,即掃描隧道顯微鏡(scanning Tunneling Microscope ,STM) ,其掃描頭便由三個相互垂直的壓電陶瓷組成 ,可用于三維掃描。STM 具有*的空間分辨能力(平行方向的分辨率為 0. 04nm ,垂直方向的分辨率達(dá)到 0.01 nm) 。
2 超精密定位
在定位技術(shù)中 ,利用傳統(tǒng)的定位裝置 ,如滾動或滑動導(dǎo)軌、精密螺旋楔塊機(jī)構(gòu)、渦輪 —凹輪機(jī)構(gòu)齒輪 —杠桿式機(jī)構(gòu)等機(jī)械傳動式微位移驅(qū)動器構(gòu)成定位機(jī)構(gòu) ,由于存在著較大的間隙和摩擦 ,所以無法實現(xiàn)超精密定位。而采用壓電驅(qū)動器結(jié)合柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu) ,可以克服上述缺點(diǎn)而實現(xiàn)微納米級的超精密定位。此類技術(shù)中 ,精密微動工作臺的研制開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題之一 ,不斷地出現(xiàn)新的形式 ,它們大多以柔性鉸鏈為導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ,由壓電驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動。此類工作臺己被廣泛用于能束加工、超精密檢測、微操作系統(tǒng)等要求具有納米級定位分辨率的技術(shù)領(lǐng)域中。
3 超精密機(jī)械加工
超精密加工技術(shù)在航天產(chǎn)品和現(xiàn)代化精密制造中占有非常重要的地位 ,近十幾年來世界各國都十分重視超精密加工技術(shù)的研究和發(fā)展 ,美國早成立了 Nano 研究中心 ,英國制定了 ERATO(Ex2ploratory Research for Advanced Technology) 規(guī)劃等。微進(jìn)給機(jī)構(gòu)在超精密加工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用 ,一般被用來作為微進(jìn)給或補(bǔ)償工具 ,目前使用多的便是以壓電陶瓷為驅(qū)動器的基于彈性鉸鏈支撐位移機(jī)構(gòu)。日本東京工業(yè)大學(xué)用壓電陶瓷微進(jìn)給機(jī)構(gòu)補(bǔ)償氣浮導(dǎo)軌運(yùn)動直線度 ,可將直線度提高到0. 14μm/600mm。美 國 的 光 學(xué) 金 剛 石 車 床(LODTM) 上用的快速道具伺服機(jī)構(gòu)(FTS) 在 ±1127μm 范圍內(nèi)分辨率達(dá) 2. 5nm ,頻率響應(yīng)達(dá)100Hz ,可進(jìn)行主軸回轉(zhuǎn)誤差的補(bǔ)償 (轉(zhuǎn)速在 1.50r/ min 以下) 。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展及微型機(jī)械的要求 ,超精密加工技術(shù)正從亞微米級向納米級發(fā)展。
4 微型機(jī)械
作為驅(qū)動部件 ,壓電陶瓷在微型機(jī)械當(dāng)中應(yīng)用非常廣泛。廣東工業(yè)大學(xué)與日本筑波大學(xué)合作 ,已研制出一維、二維聯(lián)動壓電驅(qū)動器 ,其位移范圍為10 ×10μm ,位移分辨率為 0.01μm ,精度為 0.1μm ,用于微型機(jī)器人的驅(qū)動;長春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制出的直徑 <3mm 的壓電超聲馬達(dá);日本東京大學(xué)工科研究所研制出利用壓電陶瓷快速變形的沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)(IDM) ,并通過 IDM 制成了兩種類型的微型機(jī)器人(一種為三自由度 ,另一種為四自由度) 。在機(jī)器人的端部小步進(jìn)運(yùn)動小于 0. 1nm ,大速度大于 2mm/ s,并將它們成功地用在對細(xì)胞的操作中。