本發明涉及一種應用于噴墨式卷對卷印刷電子設備中的對準機構。更特別地說，是指一種基于柔性鉸鏈的五自由度精密對準機構。

背景技術：

印刷電子技術是一種利用傳統印刷技術在多種襯底上制造電子元器件或者系統的一門技術。與一般的印刷工藝不同，印刷電子技術需要能夠印刷具有多層結構特性的功能型器件，對于這類器件而言，層與層之間的套準精度(Overlay Accuracy)至關重要，套準精度的高低將直接影響電子器件的性能。要印刷這樣的器件，就需要一套精密對準系統來實現層與層間的套準。在現今高端的印刷電子設備中，一套超精密的對準系統不可或缺，且越來越顯示其重要性。

對于噴墨式卷對卷印刷電子設備而言，噴印環節是整個印刷單元的最后一個環節，如何在這一環節提高套準精度對于提高印刷電子設備整體性能具有重要意義。噴墨頭與薄膜上圖案的對準是一個空間五自由度的誤差消除問題，這些誤差包括：噴墨頭相對圖案的距離，噴墨頭與圖案的位置偏差，以及噴墨頭相對薄膜的傾斜偏差。因此，對應這五個自由度上可能產生的誤差，一套高性能的噴印系統需要的對準機構也應該具有相應五個方向的運動對準能力，才能有效的補償誤差，實現高精密對準。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用于噴墨式多層卷對卷印刷電子設備的、基于柔性鉸鏈的五自由度定位對準機構。本發明五自由度定位對準機構采用串并聯結合的設計的方式，部件采用電火花線切割一體化加工，避免了運動部件裝配的過程，減少了由此引入的誤差。本發明以兩二自由度XY平臺(3)、Z軸直線導向平臺(4)、X軸轉動平臺(5)和Z軸轉動平臺(6)四個主要部分，形成對輸出端的五個自由度的解耦定位對準運動。

兩自由度XY平臺是由兩個壓電陶瓷驅動的可以實現兩個方向解耦運動的柔性定位平臺。考慮到壓電陶瓷行程小、推力大的特點，為了滿足對準機構移動范圍的需要，XY平臺采用了Scott-Russell機構和杠桿機構共同組成的兩級位移放大機構來增大XY平臺兩個方向上的輸出位移。放大機構是由圓弧缺口型柔性鉸鏈組成，XY平臺的運動部分由簧片型柔性鉸鏈組成，其中雙簧片實現輸入解耦而柔性平行四邊形機構起導向作用，另外，中間部位的雙平行四邊形導向機構起導向和輸出解耦的作用。Z向直線導向機構由兩組平行四邊形機構組成，以增大直線平臺的導向性能，減少寄生誤差，提高運動精度。Z向直線導向機構采用的是音圈電機驅動，考慮到音圈電機行程較大而輸出力較小，因此，機構采用的簧片型柔性鉸鏈，以得到較小的機構運動剛度。為了保證運動的穩定，提高運動的精度，對準機構在該自由度上的運動由兩個相同的部分組成。該機構由壓電陶瓷驅動，通過兩個遠程轉動機構相同方向的轉動。對準機構的Z軸轉動平臺是基于蝴蝶鉸的構型設計的。由于簧片型鉸鏈組成的蝴蝶鉸構型轉動剛度低，容易受到干擾，因此，在簧片的中部厚度進行加強，以得到合適的轉動剛度，保證機構的穩定性。另外，為了得到精度較高的運動控制，該機構的驅動選用的是壓電陶瓷，也就是說是在小范圍內將壓電陶瓷的直線輸出轉化為對準機構的轉動。

本發明設計的五自由度精密對準機構的優點在于：

1.該發明所有運動機構均采用一體化設計，通過電火花線切割加工，避免了一個自由度方向上運動機構裝配過程可能出現的誤差。驅動器根據具體需要選擇具有高輸出力、高分辨率的壓電陶瓷和具有大行程、高響應速度的音圈電機驅動器，保證了在不同自由度機構構型設計和運動需要的情況下對準機構都有較高精度的位移或角度輸出；其中，壓電陶瓷的預緊方式根據構型需要采用螺釘預緊和彈簧預緊，同時壓電陶瓷和音圈電機均固定于機構內部，可以使對準機構更緊湊。

2.針對壓電陶瓷驅動器的行程小的特點，設計采用Scott-Russell機構和杠桿機構共同組成的兩級位移放大機構來增大輸出位移，在保證輸出精度的前提下，可以獲得較大的位移輸出。

3.相比單一的杠桿放大機構，Scott-Russell機構和杠桿機構組成的兩級位移放大機構具有更大的輸出剛度和更大的位移放大倍數，因此在驅動柔性機構時可以獲得更大的輸出位移。

4.機構均采用對稱式設計，包括雙平行四邊形機構和部件的對稱布置等，避免了由于溫度等外界因素的變化對機構的影響，提高機構的對準定位精度。

5.機構采用串并聯結合的設計方式，實現了在設計的五個自由度方向上的解耦運動輸出，避免了各個自由度方向上對準過程中的相互干擾，提高了機構對準定位的精度。

6.運動傳遞機構采用柔性機構，也即柔性元件的彈性變形來實現，避免了傳統剛性機構本身無法避免的間隙、摩擦以及潤滑等方面的影響，有效地保證了對準機構的對準精度。

附圖說明

圖1是本發明基于柔性鉸鏈的五自由度精密對準機構的結構圖。

圖1A是本發明基于柔性鉸鏈的五自由度精密對準機構的另一視角結構圖。

圖1B是未裝配外部支撐的五自由度精密對準機構的結構圖。

圖1C是本發明對準機構中Z軸直線導向平臺與X軸轉動平臺的裝配圖。

圖1D是本發明對準機構中Z軸直線導向平臺與兩自由度XY平臺的裝配圖。

圖2是本發明檢測組件的結構圖。

圖3是本發明兩自由度XY平臺的結構圖。

圖3A是本發明兩自由度XY平臺的另一視角結構圖。

圖3B是本發明兩自由度XY平臺的圖片。

圖3C是本發明兩自由度XY平臺中凸起柔性單元的正視圖。

圖3D是本發明兩自由度XY平臺中凸起柔性單元的左視圖。

圖3E是本發明兩自由度XY平臺中凸起柔性單元的俯視圖。

圖3F是本發明兩自由度XY平臺中凸起柔性單元的立體圖。

圖3G是本發明兩自由度XY平臺的俯視圖。

圖4是本發明Z軸直線導向機構的結構圖。

圖4A是本發明Z軸直線導向機構中DA導向本體的正視圖。

圖4B是本發明Z軸直線導向機構中DB導向本體的正視圖。

圖5是本發明X軸轉動組件的結構圖。

圖5A是本發明X軸轉動組件中EA運動傳遞機構的正視。

圖6是本發明Z軸轉動組件的結構圖。

圖6A是本發明Z軸轉動組件的另一視角結構圖。

圖6B是本發明Z軸轉動組件的分解圖。

圖6C是本發明Z軸轉動組件中Z軸轉動平臺的結構圖。

圖6D是本發明Z軸轉動組件中Z軸轉動平臺的正視圖。

圖6E是本發明Z軸轉動組件中Z軸轉動輸入件的正視圖。

圖6F是本發明Z軸轉動組件中Z軸轉動輸入件的結構圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

參見圖1、圖1A、圖1B所示，本發明設計了一種應用于噴墨式卷對卷印刷電子設備中的、基于柔性鉸鏈的五自由度精密對準機構，該五自由度精密對準機構包括有支撐組件1、檢測組件2、兩二自由度平臺XY3、Z軸直線導向平臺4、X軸轉動平臺5、Z軸轉動平臺6和安裝面板7。

被試件2C為十字結構體，被試件2C的X軸方向的梁位于BA豎直支撐板2A的BA開口槽2A1與BB豎直支撐板2B的BB開口槽2B1中；被試件2C的連接端2C1固定在Z軸轉動平臺6A的Z軸中心圓臺6A1的底部。

在本發明中，五自由度是指XYZ三個方向的移動、繞X軸的轉動和繞Z軸的轉動。

本發明設計的五自由度精密對準機構為了減少裝配誤差，柔性鉸鏈通過電火花線切割的方式一體化加工，材料為7075鋁合金。柔性鉸鏈采用圓弧型柔性鉸鏈和簧片型柔性鉸鏈。

支撐組件1

參見圖1、圖1A、圖1B所示，支撐組件1包括有AA豎直支撐板1A、AB豎直支撐板1B、AA橫向支撐板1C和AB橫向支撐板1D。

其中，AA豎直支撐板1A與AB豎直支撐板1B結構相同；AA豎直支撐板1A上設有AA減重孔1A1；AB豎直支撐板1B上設有AB減重孔1B1。AA豎直支撐板1A的AA減重孔1A1的上端部上固定有AA橫向支撐板1C的一端，AB豎直支撐板1B的AB減重孔1B1的上端部上固定有AA橫向支撐板1C的另一端。AA橫向支撐板1C的中部固定在CB支架3-2上。

AA豎直支撐板1A與AB豎直支撐板1B平行放置；且AA豎直支撐板1A的下端固定在安裝面板7上，AA豎直支撐板1A的上端端部固定有AB橫向支撐板1D的一端；AB豎直支撐板1B的下端固定在安裝面板7上，AB豎直支撐板1B的上端端部固定有AB橫向支撐板1D的另一端。AB橫向支撐板1D的中部固定在CC支架3-3、CA支架3-1和CD支架3-4上。

檢測組件2

參見圖2所示，檢測組件2包括有三個電容傳感器(圖中示出了電容傳感器的探頭)、BA豎直支撐板2A和BB豎直支撐板2B。其中，BA豎直支撐板2A與BB豎直支撐板2B結構相同。

BA豎直支撐板2A的上端設有BA開口槽2A1，BA開口槽2A1上設有用于放置電容傳感器探頭的沿Z軸方向設置的BI通孔(圖中未示出)；所述BA開口槽2A1的兩邊是BA支臂2A2與BB支臂2A3；BA支臂2A2上設有用于安裝A電容傳感器探頭2D的BA通孔2A2A和BB通孔2A2B；所述BA通孔2A2A沿Y軸方向設置；所述BB通孔2A2B沿X軸方向設置。BB支臂2A3上設有用于安裝電容傳感器探頭的BC通孔2A3A和BD通孔2A3B；所述BC通孔2A3A沿Y軸方向設置；所述BD通孔2A3B沿X軸方向設置。在圖2中，A電容傳感器探頭2D是固定在沿Y軸方向設置的BA通孔2A2A中。

BB豎直支撐板2B的上端設有BB開口槽2B1，BB開口槽2B1上設有用于放置C電容傳感器探頭2F的BJ通孔2B1A，BJ通孔2B1A沿Z軸方向設置；所述BB開口槽2B1的兩邊是BC支臂2B2與BD支臂2B3；BC支臂2B2上設有用于安裝B電容傳感器探頭2E的BE通孔2B2A和BF通孔2B2B；所述BE通孔2B2A沿Y軸方向設置；所述BF通孔2B2B沿X軸方向設置。BD支臂2B3上設有用于安裝電容傳感器探頭的BG通孔2B3A和BH通孔2B3B；所述BG通孔2B3A沿Y軸方向設置；所述BH通孔2B3B沿X軸方向設置。在圖2中，B電容傳感器探頭2E是固定在沿X軸方向設置的BF通孔2B2B中。

在本發明中，電容傳感器選用的性能參數為：分辨率4納米、最大測量范圍250微米和測量線性度不低于0.1％。

兩自由度XY平臺及支架

參見圖1B、圖1D、圖3、圖3A所示，兩自由度XY平臺3是由兩個壓電陶瓷驅動的可以實現兩個方向解耦運動的柔性定位平臺。考慮到壓電陶瓷驅動器(3-5、3-6)行程小、推力大的特點，為了滿足對準機構移動范圍的需要，兩自由度XY平臺3采用了Scott-Russell機構和杠桿機構共同組成的兩級位移放大機構來增大兩自由度XY平臺3兩個方向上的輸出位移。Scott-Russell機構和杠桿機構是由圓弧缺口型柔性鉸鏈組成。兩自由度XY平臺3的運動部分由簧片型柔性鉸鏈組成，其中CA簧片3A14和CB簧片3A15(配合對稱設置的CC簧片3A16和CD簧片3A17)實現輸入解耦，而柔性CA平行四邊形導向機構3A13(配合對稱設置的CB平行四邊形導向機構3A18)起導向作用。兩兩對稱設置的雙平行四邊形導向機構(3A31、3A32、3A33和3A34)起導向和輸出解耦的作用。

參見圖1B、圖1D、圖3、圖3A、圖3B所示，兩自由度XY平臺3為采用線切割技術加工成的一體結構件。通過線切割技術使得兩自由度XY平臺3上設有剛性的CA固定板3A、CB固定板3C、CC固定板3D、CA輸入板3E、CB輸入板3F、輸出板3B、CA矩形通孔3G和CB矩形通孔3H，以及柔性單元。所述CA矩形通孔3G用于放置CA壓電陶瓷驅動器3-5，CA壓電陶瓷驅動器3-5的輸出端與CA輸入板3E的端部接觸，CA壓電陶瓷驅動器3-5的另一端通過CA預緊螺釘3-51頂緊，CA預緊螺釘3-51穿過兩自由度XY平臺3側邊上的通孔。所述CB矩形通孔3H用于放置CB壓電陶瓷驅動器3-6，CB壓電陶瓷驅動器3-6的輸出端與CB輸入板3F的端部接觸，CB壓電陶瓷驅動器3-6的另一端通過CB預緊螺釘3-61頂緊，CB預緊螺釘3-61穿過兩自由度XY平臺3相鄰側邊上的通孔。所述柔性單元包括有X軸方向的柔性單元、Y軸方向的柔性單元和凸起柔性單元；X軸方向的柔性單元和Y軸方向的柔性單元設置在CA固定板3A上；凸起柔性單元設置在輸出板3B的上下。

參見圖3B、圖3G所示，兩自由度XY平臺3的外部切割構型有結構相同的X軸方向的柔性單元和Y軸方向的柔性單元；

所述X軸方向的柔性單元包括有CA杠桿放大機構3A11、第一Scott-Russell機構3A12、CA平行四邊形導向機構3A13、CA簧片3A14、CB簧片3A15、CC簧片3A16、CD簧片3A17、CB平行四邊形導向機構3A18；從驅動力輸入至輸出順次設置為CA杠桿放大機構3A11、第一Scott-Russell機構3A12、CA平行四邊形導向機構3A13、CA簧片3A14和CB簧片3A15，為了滿足輸出板3B的平衡解耦，設置對稱的CB平行四邊形導向機構3A18與CA平行四邊形導向機構3A13、平行放置的CC簧片3A16和CD簧片3A17與CA簧片3A14和CB簧片3A15達到X軸方向的柔性單元平衡解耦。

所述Y軸方向的柔性單元包括有CB杠桿放大機構3A21、第二Scott-Russell機構3A22、CC平行四邊形導向機構3A23、CE簧片3A24、CF簧片3A25、CG簧片3A26、CH簧片3A27、CD平行四邊形導向機構3A28；從驅動力輸入至輸出順次設置為CB杠桿放大機構3A21、第二Scott-Russell機構3A22、CC平行四邊形導向機構3A23、CE簧片3A24和CF簧片3A25，為了滿足輸出板3B的平衡解耦，設置對稱的CD平行四邊形導向機構3A28與CC平行四邊形導向機構3A23、平行放置的CG簧片3A26和CH簧片3A27與CE簧片3A24和CF簧片3A25達到Y軸方向的柔性單元平衡解耦。

其中，輸出板3B的四邊(A邊、B邊、C邊和D邊，所述A邊與C邊為相對邊，所述B邊與D邊為相對邊)分別與平行放置的兩個簧片接合，位于輸出板3B四邊的簧片結構是相同的。即輸出板3B的A邊與平行放置的CA簧片3A14與CB簧片3A15接合，輸出板3B的B邊與平行放置的CG簧片3A26與CH簧片3A27接合，輸出板3B的C邊與平行放置的CC簧片3A16與CD簧片3A17接合，輸出板3B的D邊與平行放置的CE簧片3A24與CF簧片3A25接合。

參見圖3B、圖3C、圖3D、圖3E、圖3F所示，兩自由度XY平臺3的內部切割構型為凸起柔性單元；所述凸起柔性單元包括有CA雙平行四邊形導向機構3A31、CB雙平行四邊形導向機構3A32、CC雙平行四邊形導向機構3A33和CD雙平行四邊形導向機構3A34；CA雙平行四邊形導向機構3A31與CB雙平行四邊形導向機構3A32的結構相同(如圖3C、圖3F所示)；CC雙平行四邊形導向機構3A33與CD雙平行四邊形導向機構3A34的結構相同(如圖3D、圖3F所示)。

參見圖1B、圖1D、圖3、圖3A所示，兩自由度XY平臺3的CA固定板3A的上面板上固定有平行放置的CA支架3-1的底部、CC支架3-3的底部和CD支架3-4的底部；CA支架3-1的另一端固定在CB固定板3C與AB橫向支撐板1D之間；CC支架3-3的另一端與CD支架3-4的另一端固定在AB橫向支撐板1D上；兩自由度XY平臺3的CC固定板3D的下面板上固定有CB支架3-2的底部，CB支架3-2的另一端固定在AA橫向支撐板1C上。平行放置的CA支架3-1、CC支架3-3和CD支架3-4的一端固定有AB橫向支撐板1D，CB支架3-2的一端固定有AA橫向支撐板1C。在本發明中，4個支架的設計是為了與支撐組件1的穩定固定。

Z軸直線導向組件4

參見圖1C、圖4、圖4A所示，Z軸直線導向平臺4包括有DA導向本體4A、DB導向本體4B、DA支架4C和音圈電機4D。其中，DA導向本體4A與DB導向本體4B的結構相同。音圈電機4D的定子固定在DA支架4C上，音圈電機4D的動子固定在EA支架5C上。DA支架4C固定在平行放置的DA導向本體4A與DB導向本體4B之間。DA導向本體4A與DB導向本體4B的頂部固定在兩自由度XY平臺3的底部。

參見圖4A所示，DA導向本體4A采用線切割技術加工。DA導向本體4A上設有DA固定板4A1、DA輸出板4A2、DA平行四邊形導向機構4A3和DB平行四邊形導向機構4A4。所述DA固定板4A1的一邊面板上設有供DA螺釘4E穿過的DA通孔4A11，所述DA固定板4A1的另一邊面板上設有供DB螺釘4F穿過的DB通孔4A12；穿過DA通孔4A11后的DA螺釘4E螺紋連接在DA支架4C一端面的螺紋孔中；穿過DB通孔4A12后的DB螺釘4F螺紋連接在DA支架4C一端面的螺紋孔中；通過DA螺釘4E和DB螺釘4F實現了DA導向本體4A的DA固定板4A1與DA支架4C一端的固定。

參見圖4B所示，DB導向本體4B上設有DB固定板4B1、DB輸出板4B2、DC平行四邊形導向機構4B3和DD平行四邊形導向機構4B4。所述DB固定板4B1的一邊面板上設有供DC螺釘4G穿過的DC通孔4B11，所述DB固定板4B1的另一邊面板上設有供DD螺釘4H穿過的DD通孔4B12；穿過DC通孔4B11后的DC螺釘4G螺紋連接在DA支架4C另一端面的螺紋孔中；穿過DD通孔4B12后的DD螺釘4H螺紋連接在DA支架4C另一端面的螺紋孔中；通過DC螺釘4G和DD螺釘4H實現了DB導向本體4B的DB固定板4B1與DA支架4C另一端的固定。

在本發明中，DA導向本體4A與DB導向本體4B的運動是相同且同時完成的，即音圈電機4D推動EA支架5C沿Z軸方向移動，EA支架5C的運動帶動了DA導向本體4A的DA輸出板4A2沿Z軸方向移動，在兩個平行四邊形導向機構(4A3、4A4)作用下，保證所述DA輸出板4A2沿Z軸作直線運動。音圈電機4D推動EA支架5C沿Z軸方向移動，EA支架5C的運動帶動了DB導向本體4B上的DB輸出板4B2沿Z軸方向移動，在兩個平行四邊形導向機構(4B3、4B4)作用下，保證所述DB輸出板4B2沿Z軸作直線運動。

在本發明中，Z向直線導向機構4由兩組平行四邊形導向機構(4A3與4A4和4B3與4B4)組成，以增大直線平臺的導向性能，減少寄生誤差，提高運動精度。Z向直線導向機構4采用的是音圈電機驅動，考慮到音圈電機行程較大而輸出力較小，因此，導向機構采用的簧片型平行四邊形柔性鉸鏈，以得到較小的機構運動剛度。

X軸轉動組件5

參見圖1C、圖5、圖5A所示，X軸轉動平臺5包括有EA運動傳遞機構5A、EB運動傳遞機構5B、EA支架5C、EA預緊彈簧心軸5D、EB預緊彈簧心軸5E、EA預緊彈簧5F、EB預緊彈簧5G、EA壓電陶瓷驅動器5H和EB壓電陶瓷驅動器5I。其中，第一X軸轉動平臺5A與第二X軸轉動平臺5B的結構相同。EA支架5C為十字結構，即EA支架5C上設有EA支臂5C1、EB支臂5C2、EC支臂5C3和ED支臂5C4；EA支臂5C1上設有供EE螺釘5C5穿過的通孔，EB支臂5C2上設有供EF螺釘5C6穿過的通孔，EA支架5C的中部設有供EG螺釘5C7穿過的通孔。通過EE螺釘5C5使DA支架5C的EA支臂5C1與DA導向本體4A的DA輸出板4A2的底部固定。通過EF螺釘5C6使DA支架5C的EB支臂5C2與DB導向本體4B的DB輸出板4B2的底部固定。通過EG螺釘5C7使音圈電機4D固定在EA支架5C上。

參見圖5A所示，EA運動傳遞機構5A上設有多個圓弧型鉸鏈、EA固定板5A1、EA輸出板5A2、EA剛性梁5A3、EB剛性梁5A6、EC剛性梁5A7、ED剛性梁5A8、EE剛性梁5A9、EA矩形通孔5A4和EB矩形通孔5A5。EA矩形通孔5A4內安裝有EA壓電陶瓷驅動器5H，EA壓電陶瓷驅動器5H的輸出端與EA剛性梁5A3的端面接觸。EB矩形通孔5A5內放置有EA預緊彈簧5F，且EA預緊彈簧5F套接在EA預緊彈簧心軸5D上，EA預緊彈簧心軸5D螺紋連接在EB剛性梁5A6的EA螺紋孔5A61中，且伸入EB矩形通孔5A5內。EA固定板5A1上設有供EA螺釘5A-31穿過的通孔，通過EA螺釘5A-31實現EA運動傳遞機構5A與EA支架5C的EC支臂5C3固定。EA輸出板5A2上設有供EB螺釘5A-32穿過的通孔，通過EB螺釘5A-32實現EA運動傳遞機構5A與Z軸轉動組件6中的Z軸轉動平臺6A一端固定。

在本發明中，EA運動傳遞機構5A上的每個圓弧型鉸鏈是由兩個圓形切縫構成。參見圖5A所示，第一個圓弧型鉸鏈的變形點記為EA變形點5A-1；第二個圓弧型鉸鏈的變形點記為EB變形點5A-2；第三個圓弧型鉸鏈的變形點記為EC變形點5A-3；第四個圓弧型鉸鏈的變形點記為ED變形點5A-11；第五個圓弧型鉸鏈的變形點記為EE變形點5A-12；第六個圓弧型鉸鏈的變形點記為EF變形點5A-13；第七個圓弧型鉸鏈的變形點記為EG變形點5A-21；第八個圓弧型鉸鏈的變形點記為EH變形點5A-22；第九個圓弧型鉸鏈的變形點記為EI變形點5A31。在本發明中，EA運動傳遞機構5A為平行四邊形運程運動機構，因此EA虛擬轉動中心點5A-23設置在所述EA運動傳遞機構5A的EA輸出板5A2的下方。連接EA變形點5A-1與EE變形點5A-12構成線段A，連接EB變形點5A-2與EH變形點5A-22構成線段B，連接EC變形點5A-3與EA虛擬轉動中心點5A-23構成線段C，連接ED變形點5A-11與EE變形點5A-12構成線段D，連接EE變形點5A-12與EH變形點5A-22構成線段E，連接EF變形點5A-13與EA虛擬轉動中心點5A-23構成線段F，使得線段A、線段B、線段D和線段E形成一個平行四邊形柔性驅動機構；使得線段B、線段C、線段E和線段F形成另一個平行四邊形柔性驅動機構。

EA運動傳遞機構5A的運動關系：EA壓電陶瓷驅動器5H的驅動下推動EA剛性梁5A3運動，通過EI變形點5A31推動EB剛性梁5A6繞EG變形點5A-12轉動，于是EA變形點5A-1和ED變形點5A-11也繞EG變形點5A-12轉動，依據平行四邊形運程運動機構的運動原理，EB變形點5A-2和EE變形點5A-12以及EC剛性梁5A7繞EH變形點5A-22轉動，EC變形點5A-3和EF變形點5A-13以及EA輸出板5A2繞EA虛擬轉動中心點5A-23轉動，最后將運動傳遞到Z軸轉動組件6的Z軸轉動平臺6A上，最終帶動被試件2C輪動。

參見圖1C、圖5所示，EB運動傳遞機構5B上的固定板上設有供EC螺釘5B-31穿過的通孔，通過EC螺釘5B-31實現EB運動傳遞機構5B與EA支架5C的ED支臂5C4固定。EB運動傳遞機構5B上的輸出板上設有供ED螺釘5B-32穿過的通孔，通過ED螺釘5B-32實現EB運動傳遞機構5B與Z軸轉動組件6中的Z軸轉動平臺6A另一端固定。

在本發明中，X軸轉動平臺5是基于平行四邊形遠程運動機構的運動原理，其通過兩個對稱分布的平行四邊形機構組成。這種結構可以使輸出端繞著機構外虛擬點轉動，為了保證運動的穩定，提高運動的精度，對準機構在該自由度(繞X軸的轉動)上的運動由兩個相同的EA運動傳遞機構5A、EB運動傳遞機構5B組成。該機構由壓電陶瓷驅動，通過兩個遠程轉動機構相同方向的轉動帶動虛擬點轉動。

Z軸轉動組件6

參見圖6、圖6A、圖6B所示，Z軸轉動組件6包括有Z軸轉動平臺6A、Z軸轉動輸入件6B、F壓電陶瓷驅動器6C、F預緊彈簧6D和F預緊彈簧心軸6E。

參見圖6C、圖6D所示，Z軸轉動平臺6A為采用線切割技術加工而成的一體結構件。Z軸轉動平臺6A的中部是Z軸中心圓臺6A1、FA動平臺6A11和FB動平臺6A12；沿Z軸中心圓臺6A1的外圓周均勻分布有FA簧片6A3、FB簧片6A4、FC簧片6A5和FD簧片6A6，FA簧片6A3與FB簧片6A4的一端是FA動平臺6A11，FC簧片6A5與FD簧片6A6的一端是FB動平臺6A12。Z軸中心圓臺6A1上設有放置FB螺釘62的FC螺紋孔6A-3，以及放置BA螺釘2C2的FD螺紋孔6A-4，Z軸轉動平臺6A的Z軸中心圓臺6A1底部固定有被試件的連接端。

參見圖6C、圖6D所示，Z軸轉動平臺6A的四邊為兩兩對稱設置有FA安裝臺6A2A和FB安裝臺6A2B、FA限位臺6A2C和FC限位臺6A2D；FA限位臺6A2C與FA動平臺6A11之間設有FE簧片6A7和FF簧片6A8，且FE簧片6A7與FF簧片6A8位于FA簧片6A3與FB簧片6A4之間；FC限位臺6A2D與FB動平臺6A12之間設有FG簧片6A9和FH簧片6A10，且FG簧片6A9與FH簧片6A10位于FC簧片6A5與FD簧片6A6之間。

參見圖6B、圖6D、圖6E所示，Z軸轉動輸入件6B上設有Z軸轉動塊6B1和Z軸本體6B8；

所述Z軸本體6B8上設有FA通孔6B4、FC通孔6B6和FA螺紋孔6B7，FA螺釘61穿過FA通孔6B4后螺紋連接在FA安裝臺6A2A的FA螺紋孔6A-1中，FC螺釘63穿過FC通孔6B6后螺紋連接在FB安裝臺6A2B的FB螺紋孔6A-2中，FA螺紋孔6B7用于放置預緊彈簧心軸6E；Z軸本體6B8的底部與Z軸轉動平臺6A的上部之間設有FA運動間隙6F，在F壓電陶瓷驅動器6C提供的驅動力條件下，通過Z軸轉動輸入件6B傳遞到Z軸轉動平臺6A的Z軸中心圓臺6A1上的運動不受Z軸本體6B8的干涉。

所述Z軸轉動塊6B1上設有FB通孔6B5、FA圓弧型鉸鏈6B1A和FB圓弧型鉸鏈6B1B；FB螺釘62穿過FB通孔6B5后螺紋連接在Z軸中心圓臺6A1的FC螺紋孔6A-3中；當通過FB螺釘62將Z軸轉動輸入件6B與Z軸轉動平臺6A固定后，使得Z軸轉動塊6B1作為了Z軸轉動中心。

在本發明中，Z軸轉動平臺6A的Z軸中心圓臺6A1的轉動中心點記為O₁(如圖6D)，Z軸轉動輸入件6B的變形點記為O₂(如圖6E，即設置在FA圓弧型鉸鏈6B1A上)。F壓電陶瓷驅動器6C的輸出端與Z軸轉動塊6B1的一端面接觸，使得F壓電陶瓷驅動器6C的輸出運動通過FB圓弧型鉸鏈6B1B帶動FA圓弧型鉸鏈6B1A繞著所述FA圓弧型鉸鏈6B1A與Z軸中心圓臺6A1重合(O₁與O₂重合)的轉動中心轉動。由于F壓電陶瓷驅動器6C的輸出位移較小，為了保證Z軸轉動組件6的輸出轉動角足夠大，Z軸轉動輸入件6B可以使F壓電陶瓷驅動器6C的直線輸出離轉動中心點O₂較近，從而獲得足夠大的轉動角度輸出。同時FB圓弧型鉸鏈6B1B可以避免Z軸轉動塊6B1在變形點O₂轉動過程中對F壓電陶瓷驅動器6C產生側向偏移，保證F壓電陶瓷驅動器6C輸出端與Z軸轉動塊6B1的端面始終接觸。

Z軸轉動輸入件6B的兩端通過螺釘(61、63)固定安裝在Z軸轉動平臺6A的FA安裝臺6A2A與FB安裝臺6A2B上，Z軸轉動輸入件6B的Z軸轉動塊6B1通過FB螺釘62與Z軸轉動平臺6A的Z軸中心圓臺6A1固定。

在本發明中，Z軸轉動平臺6A是基于蝴蝶鉸的構型設計的。由于簧片型鉸鏈組成的蝴蝶鉸構型轉動剛度低，容易受到干擾，因此，在簧片的中部厚度進行加強，以得到合適的轉動剛度，保證Z軸轉動平臺6A的穩定性。另外，為了得到精度較高的運動控制，該Z軸轉動平臺6A的驅動選用的是壓電陶瓷驅動器，也就是說是在小范圍內將壓電陶瓷驅動器的直線輸出轉化為對準機構的轉動。

安裝面板7

參見圖1、圖1A所示，安裝面板7上設有多個限位安裝孔7A，通過限位安裝孔7A一方面實現將支撐組件1中的AA豎直支撐板1A的一端和AB豎直支撐板1B的一端固定在安裝面板7上，通過限位安裝孔7A另一方面實現將檢測組件2中的BA豎直支撐板2A的一端和BB豎直支撐板2B的一端固定在安裝面板7上。

在本發明中，限位安裝孔7A的設計是為了輔助對準機構在安裝面板7的XY平面內的位置約束。

本發明設計的基于柔性鉸鏈的五自由度精密對準機構，兩自由度XY平臺3在300N(壓電陶瓷驅動器驅動)輸入力作用下，可以產生171.29微米的輸出位移，同時在兩自由度XY平臺3的解耦性能可以很好，沒有出現有影響的干擾運動；Z軸直線導向平臺4在20N(音圈電機驅動)輸入力的作用下，可以產生205.32微米的輸出位移；X軸轉動平臺5和Z軸轉動平臺6都是按照設計的轉動中心轉動，并且分別在150N(壓電陶瓷驅動器驅動)輸入力和120N(壓電陶瓷驅動器驅動)輸入力的作用下，其輸出轉角分別可以達到0.502度和0.824度。

本發明設計了一種基于柔性鉸鏈的五自由度精密對準機構，所要解決的是噴墨式卷對卷印刷電子設備中的對準誤差補償的技術問題；在深入了解了噴墨式卷對卷印刷電子生產工藝過程后，對多層套準誤差來源進行了深入分析。針對多層套準誤差導致生產效率受損，產品質量失效等問題，通過引入五自由度柔性對準機構來主動補償對準誤差。利用柔性單元的高精度運動、壓電陶瓷和音圈電機驅動器的高位移分辨率，將對準誤差始終控制在5～10微米以內。