Combinando cerniere flessibili con l'azione piezoelettrica_hinge Knowleds_tallsen

Gli attuatori piezoelettrici sono noti per il loro movimento regolare, alta risoluzione, alta rigidità e alta efficienza di conversione di energia. Sono ideali per un posizionamento preciso nelle applicazioni di ingegneria. Tuttavia, questi attuatori hanno in genere solo pochi a decine di micron di spostamento, il che potrebbe non essere sufficiente per molte applicazioni che richiedono una gamma più ampia di movimento.

Per superare questa limitazione, le cerniere flessibili possono essere utilizzate insieme agli attuatori piezoelettrici. Le cerniere flessibili forniscono un movimento regolare, non richiedono lubrificazione, non hanno contraccolpo o attrito e offrono un'alta precisione. Sono il metodo più adatto per raggiungere lo spostamento dell'attuatore. Inoltre, il meccanismo di cerniera flessibile fornisce un appropriato precarico per l'attuatore piezoelettrico, impedendo che sia sottoposto a stress di trazione.

Esistono diversi esempi tipici dell'utilizzo dell'unità di elemento piezoelettrico e della trasmissione del meccanismo di cerniera flessibile:

1. Tabella di posizionamento ultra-precisione: il National Bureau of Standards degli Stati Uniti ha sviluppato un banco di lavoro di micro-posizionamento nel 1978 per la misurazione della larghezza della linea dei fotomik. Il banco di lavoro è guidato da elementi piezoelettrici e il meccanismo di cerniera flessibile viene utilizzato per l'amplificazione dello spostamento. È compatto, funziona nel vuoto e può posizionare linearmente oggetti all'interno di un intervallo di lavoro di 50 mm con una risoluzione di 1 nm o superiore.

2. Scansione Tunneling Microscopio (STM): per espandere la gamma di misurazione di STM, i ricercatori hanno sviluppato patteggiamenti di lavoro ultra-precisione bidimensionali guidati da un meccanismo flessibile flessibile a base di piezoelettricamente. Questi pati di lavoro consentono misurazioni sul campo di grandi dimensioni. Ad esempio, il National Bureau of Standards degli Stati Uniti ha riportato una sonda STM 500pm x 500pm con un campo visivo da 500 mm. Il banco di lavoro X-Y è guidato da blocchi piezoelettrici e il meccanismo di cerniera flessibile ha un rapporto di amplificazione dello spostamento di circa 18.

3. MACCHINAZIONE ULTRA Precisione: i supporti per gli strumenti di micro-posizionamento composti da elementi piezoelettrici, meccanismi di cerniera flessibili e sensori capacitivi vengono utilizzati per il taglio del diamante ultra-precisione. Il supporto per utensili ha un tratto di 5um e una risoluzione di posizionamento di circa 1 nm. Viene utilizzato per processi di connessione di precisione come la saldatura laser.

4. Testa di stampa: la testa di stampa di una stampante a matrice a punta di impatto utilizza il principio di trasmissione piezoelettrica e trasmissione flessibile del meccanismo di cerniera. Il meccanismo flessibile della cerniera amplifica lo spostamento del blocco piezoelettrico e guida il movimento dell'ago di stampa. Gli aghi da stampa multipli formano la testa di stampa, consentendo la stampa di caratteri composti da matrici punti.

5. Focus auto ottico: nella produzione automatizzata, sono necessari sistemi di autofocus ad alta precisione per ottenere immagini di alta qualità. Le unità motorie tradizionali hanno una precisione di posizionamento limitato e sono limitate dall'ingrandimento della lente oggettiva. L'unità piezoelettrica con un meccanismo di cerniera flessibile offre una migliore ripetibilità e può concentrarsi su obiettivi con elevato ingrandimento.

6. Motore piezoelettrico: i motori piezoelettrici possono essere progettati utilizzando trasmissione piezoelettrica e trasmissione di meccanismo di cerniera flessibile. Questi motori possono ottenere una rotazione del serraggio e del passo o un movimento lineare tra il motore e lo statore. Possono fornire una precisione di posizionamento elevato a basse velocità e possono resistere a determinati momenti o forze.

7. Cuscinetti d'aria radiali attivi: i cuscinetti dell'aria radiale attivi utilizzano meccanismi di cerniera flessibili e unità piezoelettriche per controllare con precisione lo spostamento radiale di un albero. Ciò migliora l'accuratezza del movimento dell'albero rispetto ai cuscinetti dell'aria tradizionali.

8. Micro pinza: le microimpelle vengono utilizzate nell'assemblaggio dei micro-istruttori, nella manipolazione delle cellule biologiche e nella chirurgia fine. Amplificano lo spostamento degli attuatori piezoelettrici attraverso meccanismi flessibili della leva della cerniera per consentire la presa di piccoli oggetti.

L'uso di cerniere flessibili in strutture di supporto, strutture di connessione, meccanismi di regolazione e strumenti di misurazione è ampiamente applicabile nei campi della misurazione della precisione meccanica di precisione, della tecnologia dei micron e della nanotecnologia.

In conclusione, le cerniere flessibili offrono numerosi vantaggi nel raggiungimento dello spostamento e del posizionamento ultra-precise con attuatori piezoelettrici. Forniscono movimento regolare, alta precisione e nessun attrito o contraccolpo. Utilizzando meccanismi di cerniera flessibili per trasferire e amplificare lo spostamento degli attuatori piezoelettrici, gli ingegneri possono ottenere movimenti più grandi e una maggiore precisione in una vasta gamma di applicazioni.