基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用精密一維運(yùn)動場合，可用于通用一維運(yùn)動平臺的精密位移補(bǔ)償。本發(fā)明具體涉及基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，包括運(yùn)動子平臺及對應(yīng)驅(qū)動器、微動工作平臺，利用通過頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)張緊力的薄膜組作為柔性鉸鏈，實(shí)現(xiàn)一維微動平臺的振動頻率的手動或動態(tài)調(diào)整。本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)，基于預(yù)應(yīng)力膜，頻率可調(diào)，能根據(jù)不同的工況和驅(qū)動頻率，可在工作前或工作過程中調(diào)節(jié)微動平臺的固有頻率。
【專利說明】基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密運(yùn)動平臺，可用于精密操作和宏微復(fù)合高速精密補(bǔ)償，本發(fā)明具體涉及基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實(shí)現(xiàn)一維精密運(yùn)動，精確、穩(wěn)定的進(jìn)給機(jī)構(gòu)顯得尤為重要，因?yàn)樗c產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)。另外，復(fù)雜光學(xué)自由曲面由于體積小，高精度更是對微進(jìn)給機(jī)構(gòu)提出了嚴(yán)格的要求。微進(jìn)給系統(tǒng)是加工此類產(chǎn)品的基礎(chǔ)，其廣泛應(yīng)用于快刀伺服進(jìn)給系統(tǒng)，微動工作臺和宏微復(fù)合平臺等中。傳統(tǒng)的一維微進(jìn)給裝置通常采用固定頻率設(shè)計(jì)，對材料特性和制造誤差提出了極高的要求，尤其在加工不同產(chǎn)品時(shí)，其驅(qū)動頻率通常會變化，使得固定頻率的運(yùn)動平臺位移放大因子不一致，從而使得位移放大失真。
[0003]在先技術(shù)1:剛度可調(diào)節(jié)的快刀伺服器(發(fā)明專利申請?zhí)?01210055119.X)發(fā)明了一種剛度可調(diào)的快刀伺服機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的原理是采用對稱布置的柔性鉸鏈，消除垂向伴生運(yùn)動。剛度調(diào)節(jié)是通過安裝在前面的壓緊彈簧，只能通過更換彈簧來該改變剛度，不能連續(xù)可調(diào)。
[0004]在先技術(shù)2:—種基于柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的頻率可調(diào)快刀伺服進(jìn)給裝置(發(fā)明申請?zhí)?201210250524.7)發(fā)明了一種基于柔性鉸鏈薄膜的快刀伺服機(jī)構(gòu)，頻率調(diào)節(jié)原理是通過薄膜的張力，可以實(shí)現(xiàn)頻率和剛度的連續(xù)可調(diào)。但是，該機(jī)構(gòu)采用位移放大方式存在有應(yīng)力集中的柔性鉸鏈，影響機(jī)構(gòu)的使用壽命。
[0005]此外，上述兩個發(fā)明在采用壓電陶瓷驅(qū)動時(shí)，是通過接觸來傳遞載荷，并需要一定的預(yù)緊力，造成了接觸過程中的運(yùn)動間隙和柔性鉸鏈的非對稱工作。為此，本發(fā)明取消了柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)，并采用音圈電機(jī)替代壓電陶瓷，通過非接觸的驅(qū)動和位移測量，實(shí)時(shí)判斷載荷工況，并根據(jù)載荷工況的變化，動態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的頻率，可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)特性的智能匹配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，基于預(yù)應(yīng)力膜，頻率可調(diào)，適應(yīng)不同的運(yùn)動特性需求。
[0007]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:包括機(jī)架(I)、薄膜組(201)、運(yùn)動子平臺(202)、外框架(203)、驅(qū)動器、工作平臺(4)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)；
[0009]所述運(yùn)動子平臺(202)的兩側(cè)通過所述薄膜組(201)與所述外框架(203)內(nèi)壁連接，所述薄膜組(201)內(nèi)的薄膜為平行布置，且所述薄膜的長度方向垂直于所述運(yùn)動子平臺(202)的運(yùn)動方向；
[0010]所述外框架(203)剛性固定于所述機(jī)架(I)，所述工作平臺(4)剛性固定于所述運(yùn)動子平臺(202)；[0011]所述驅(qū)動器包括有定子(301)和動子(302)，所述的定子(301)固定于所述機(jī)架
(I)或者所述外框架(203)，所述動子(302)固定在所述運(yùn)動子平臺(202)上；
[0012]所述外框架(203)與所述薄膜組(201)連接處設(shè)有槽(2)，使所述外框架(203)內(nèi)側(cè)形成較薄的可變形的彈性件(5)，所述外框架(203)設(shè)有調(diào)節(jié)所述彈性件(5)變形度的所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)。
[0013]還包括微位移傳感器(6)，設(shè)于所述運(yùn)動子平臺(202)的進(jìn)給方向的端部。
[0014]所述微位移傳感器(6)為電容式傳感器。
[0015]所述微位移傳感器(6)為電感式傳感器。
[0016]所述微位移傳感器(6)的非工作面設(shè)置有絕緣層。
[0017]所述薄膜組(201)、運(yùn)動子平臺(202)和外框架(203)為一體式結(jié)構(gòu)。
[0018]所述驅(qū)動器為音圈電機(jī)。
[0019]所述驅(qū)動器為壓電陶瓷驅(qū)動器。
[0020]所述頻率調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)(7)為穿過所述槽(2)的螺栓，其兩端分別連接于所述槽(2)的兩側(cè)。
[0021]所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)為穿過所述槽(2)的壓電陶瓷驅(qū)動器，其兩端分別連接于所述槽⑵的兩側(cè)。
[0022]本發(fā)明所提出的微動平臺頻率調(diào)節(jié)的技術(shù)原理為:預(yù)應(yīng)力膜所構(gòu)成的柔順機(jī)構(gòu)的固有頻率與預(yù)應(yīng)力膜的張力相關(guān)，通過調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力膜內(nèi)的張緊力來調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的固有頻率，滿足不同工況的要求。
[0023]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出的頻率調(diào)節(jié)一維微動平臺具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]1.采用了基于調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力膜張緊力來改變機(jī)構(gòu)固有頻率的的設(shè)計(jì)方案，可以手動或動態(tài)的調(diào)整機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，改善并提高微動平臺的性能。
[0025]2.本發(fā)明所提出的一維微動平臺中驅(qū)動器的大質(zhì)量的定子都固定在機(jī)架上，減小了微動平臺的運(yùn)動慣性，有利于提高微動平臺的響應(yīng)速度。
[0026]3.本發(fā)明所提出的一維微動平臺采用一體式柔順機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)一維位移，沒有運(yùn)動副間隙，可以適應(yīng)高執(zhí)行頻率的工作環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)軸測示意圖
[0028]圖2是本發(fā)明的一種實(shí)例的正視圖
[0029]圖3是本發(fā)明的一維微動平臺的薄膜組、運(yùn)動子平臺和外框架的一體式結(jié)構(gòu)示意圖
[0030]圖4是本發(fā)明的另一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)軸測示意圖[0031 ] 圖5是本發(fā)明的另一種實(shí)例的正視圖。
[0032]其中，機(jī)架1，槽2，薄膜組201，運(yùn)動子平臺202，外框架203，定子301，動子302，工作平臺4，彈性件5，微位移傳感器6，頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7，壓電陶瓷片701，外框架203。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。[0034]如圖1及圖2所示，基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，包括機(jī)架1、薄膜組201、運(yùn)動子平臺202、外框架203、驅(qū)動器、工作平臺4和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7 ；
[0035]所述運(yùn)動子平臺202的兩側(cè)通過所述薄膜組201與所述外框架203內(nèi)壁連接，所述薄膜組201內(nèi)的薄膜為平行布置，且所述薄膜的長度方向垂直于所述運(yùn)動子平臺202的運(yùn)動方向；
[0036]所述外框架203剛性固定于所述機(jī)架I，所述工作平臺4剛性固定于所述運(yùn)動子平臺 202 ；
[0037]所述驅(qū)動器包括有定子301和動子302，所述的定子301固定于所述機(jī)架I或者所述外框架203，所述動子302固定在所述運(yùn)動子平臺202上，用來驅(qū)動運(yùn)動子平臺202 ；
[0038]所述外框架203與所述薄膜組201連接處設(shè)有槽2，使所述外框架203內(nèi)側(cè)形成較薄的可變形的彈性件5，所述外框架203設(shè)有調(diào)節(jié)所述彈性件5變形度的所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7。
[0039]所述驅(qū)動器驅(qū)動所述運(yùn)動子平臺202及與其連接的工作平臺4產(chǎn)生一維微位移進(jìn)給。在所述薄膜組201的牽制作用下，所述運(yùn)動部分在非進(jìn)給方向的運(yùn)動被抑制。
[0040]所述工作平臺安裝有刀具等功能組件，在所述驅(qū)動器的驅(qū)動作用下產(chǎn)生一維位移，完成相應(yīng)的工藝動作。
[0041]通過所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7改變所述薄膜組201的松緊程度可以改變上述微運(yùn)動中的機(jī)構(gòu)固有頻率，從而改變所述工作平臺4運(yùn)動特性。
[0042]還包括微位移傳感器6，設(shè)于所述運(yùn)動子平臺202的進(jìn)給方向的端部。用于所述檢測工作平臺4的一維微位移。
[0043]所述微位移傳感器6為電容式傳感器。
[0044]所述微位移傳感器6為電感式傳感器。
[0045]所述微位移傳感器6的非工作面設(shè)置有絕緣層，用于防止位移傳感器被其他金屬材料干擾，影響測量精度。
[0046]如圖3所示，所述薄膜組201、運(yùn)動子平臺202和外框架203為一體式結(jié)構(gòu)。由整塊材料經(jīng)過銑削、電火花加工等方式獲取，避免了零件的裝配誤差，可以提高平臺運(yùn)動精度。
[0047]所述驅(qū)動器為音圈電機(jī)。
[0048]所述驅(qū)動器為壓電陶瓷驅(qū)動器。
[0049]所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7為穿過所述槽2的螺栓，其兩端分別連接于所述槽2的兩側(cè)。
[0050]所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7為螺栓。所述螺栓可手動調(diào)節(jié)長度方向產(chǎn)生位移，改變所述彈性件5的變形度，進(jìn)而改變薄膜組201的薄膜張緊力，實(shí)現(xiàn)對平臺的結(jié)構(gòu)固有頻率的動態(tài)調(diào)整。
[0051]所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7為穿過所述槽2的壓電陶瓷驅(qū)動器，其兩端分別連接于所述槽2的兩側(cè)。
[0052]如圖4、圖5所示，所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7包括螺栓和壓電陶瓷片701。所述壓電陶瓷片701在外加電壓作用下可在螺栓的長度方向產(chǎn)生位移，改變所述彈性件5的變形度，進(jìn)而改變所述薄膜組201的薄膜張緊力，實(shí)現(xiàn)對平臺的結(jié)構(gòu)固有頻率的動態(tài)調(diào)整。
[0053]以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實(shí)施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:包括機(jī)架(1)、薄膜組(201)、運(yùn)動子平臺(202)、外框架(203)、驅(qū)動器、工作平臺(4)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)； 所述運(yùn)動子平臺(202)的兩側(cè)通過所述薄膜組(201)與所述外框架(203)內(nèi)壁連接，所述薄膜組(201)內(nèi)的薄膜為平行布置，且所述薄膜的長度方向垂直于所述運(yùn)動子平臺(202)的運(yùn)動方向； 所述外框架(203)剛性固定于所述機(jī)架(1)，所述工作平臺(4)剛性固定于所述運(yùn)動子平臺(202)； 所述驅(qū)動器包括有定子(301)和動子(302)，所述的定子(301)固定于所述機(jī)架(1)或者所述外框架(203)，所述動子(302)固定在所述運(yùn)動子平臺(202)上； 所述外框架(203)與所述薄膜組(201)連接處設(shè)有槽(2)，使所述外框架(203)內(nèi)側(cè)形成較薄的可變形的彈性件(5)，所述外框架(203)設(shè)有調(diào)節(jié)所述彈性件(5)變形度的所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:還包括微位移傳感器(6)，設(shè)于所述運(yùn)動子平臺(202)的進(jìn)給方向的端部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述微位移傳感器(6)為電容式傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述微位移傳感器(6)為電感式傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述微位移傳感器(6)的非工作面設(shè)置有絕緣層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述薄膜組(201)、運(yùn)動子平臺(202)和外框架(203)為一體式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述驅(qū)動器為音圈電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述驅(qū)動器為壓電陶瓷驅(qū)動器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)為穿過所述槽(2)的螺栓，其兩端分別連接于所述槽(2)的兩側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動平臺，其特征在于:所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)為穿過所述槽(2)的壓電陶瓷驅(qū)動器，其兩端分別連接于所述槽⑵的兩側(cè)。
【文檔編號】B25H1/00GK103963033SQ201410214605
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】楊志軍, 白有盾, 陳新, 高健, 楊海東, 王夢, 湯暉 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)