基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺的製作方法

2023-10-22 20:36:47 2

基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及用精密一維運動場合，可用於通用一維運動平臺的精密位移補償。本實用新型具體涉及基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，包括運動子平臺及對應驅動器、微動工作平臺，利用通過頻率調節機構調節張緊力的薄膜組作為柔性鉸鏈，實現一維微動平臺的振動頻率的手動或動態調整。本實用新型採用上述結構，基於預應力膜，頻率可調，能根據不同的工況和驅動頻率，可在工作前或工作過程中調節微動平臺的固有頻率。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及精密運動平臺，可用於精密操作和宏微複合高速精密補償，本實 用新型具體涉及基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺。 基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺

【背景技術】
[0002] 為了實現一維精密運動，精確、穩定的進給機構顯得尤為重要，因為它與產品的質 量密切相關。另外，複雜光學自由曲面由於體積小，高精度更是對微進給機構提出了嚴格的 要求。微進給系統是加工此類產品的基礎，其廣泛應用於快刀伺服進給系統，微動工作檯和 宏微複合平臺等中。傳統的一維微進給裝置通常採用固定頻率設計，對材料特性和製造誤 差提出了極高的要求，尤其在加工不同產品時，其驅動頻率通常會變化，使得固定頻率的運 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1 :剛度可調節的快刀伺服器(實用新型專利申請號201210055119. X)實 用新型了一種剛度可調的快刀伺服機構，該機構的原理是採用對稱布置的柔性鉸鏈，消除 垂向伴生運動。剛度調節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， 不能連續可調。
[0004] 在先技術2 : -種基於柔性鉸鏈放大機構的頻率可調快刀伺服進給裝置（實用新 型申請號：201210250524. 7)實用新型了一種基於柔性鉸鏈薄膜的快刀伺服機構，頻率調節 原理是通過薄膜的張力，可以實現頻率和剛度的連續可調。但是，該機構採用位移放大方式 存在有應力集中的柔性鉸鏈，影響機構的使用壽命。
[0005] 此外，上述兩個實用新型在採用壓電陶瓷驅動時，是通過接觸來傳遞載荷，並需要 一定的預緊力，造成了接觸過程中的運動間隙和柔性鉸鏈的非對稱工作。為此，本實用新型 取消了柔性鉸鏈放大機構，並採用音圈電機替代壓電陶瓷，通過非接觸的驅動和位移測量， 實時判斷載荷工況，並根據載荷工況的變化，動態調節驅動機構的頻率，可以實現動態特性 的智能匹配。 實用新型內容
[0006] 本實用新型的目的在於提出基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，基 於預應力膜，頻率可調，適應不同的運動特性需求。
[0007] 為達此目的，本實用新型採用以下技術方案：
[0008] 基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在於：包括機架（1)、薄 膜組（201)、運動子平臺（202)、外框架（203)、驅動器、工作平臺（4)和頻率調節機構（7);
[0009] 所述運動子平臺（202)的兩側通過所述薄膜組（201)與所述外框架（203)內壁連 接，所述薄膜組（201)內的薄膜為平行布置，且所述薄膜的長度方向垂直於所述運動子平臺 (202)的運動方向；
[0010] 所述外框架（203)剛性固定於所述機架（1)，所述工作平臺（4)剛性固定於所述運 動子平臺（202);
[0011] 所述驅動器包括有定子（301)和動子（302)，所述的定子（301)固定於所述機架 (1)或者所述外框架（203 )，所述動子（302 )固定在所述運動子平臺（202 )上；
[0012] 所述外框架（203 )與所述薄膜組（201)連接處設有槽（2 )，使所述外框架（203 )內 側形成較薄的可變形的彈性件（5)，所述外框架（203)設有調節所述彈性件（5)變形度的所 述頻率調節機構（7)。
[0013] 還包括微位移傳感器（6 )，設於所述運動子平臺（202 )的進給方向的端部。
[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)的非工作面設置有絕緣層。
[0017] 所述薄膜組（201)、運動子平臺（202)和外框架（203)為一體式結構。
[0018] 所述驅動器為音圈電機。
[0019] 所述驅動器為壓電陶瓷驅動器。
[0020] 所述頻率調節機構（7 )為穿過所述槽（2 )的螺栓，其兩端分別連接於所述槽（2 )的 兩側。
[0021] 所述頻率調節機構（7)為穿過所述槽（2)的壓電陶瓷驅動器，其兩端分別連接於 所述槽（2)的兩側。
[0022] 本實用新型所提出的微動平臺頻率調節的技術原理為：預應力膜所構成的柔順機 構的固有頻率與預應力膜的張力相關，通過調節預應力膜內的張緊力來調節機構的固有頻 率，滿足不同工況的要求。
[0023] 由於採用上述技術方案，本實用新型提出的頻率調節一維微動平臺具有以下優 佔·
[0024] 1.採用了基於調節預應力膜張緊力來改變機構固有頻率的的設計方案，可以手動 或動態的調整機構的運動特性，改善並提高微動平臺的性能。
[0025] 2.本實用新型所提出的一維微動平臺中驅動器的大質量的定子都固定在機架上， 減小了微動平臺的運動慣性，有利於提高微動平臺的響應速度。
[0026] 3.本實用新型所提出的一維微動平臺採用一體式柔順機構來實現一維位移，沒有 運動副間隙，可以適應高執行頻率的工作環境。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是本實用新型一種實例的結構軸測示意圖
[0028] 圖2是本實用新型的一種實例的正視圖
[0029] 圖3是本實用新型的一維微動平臺的薄膜組、運動子平臺和外框架的一體式結構 示意圖
[0030] 圖4是本實用新型的另一種實例的結構軸測示意圖
[0031] 圖5是本實用新型的另一種實例的正視圖。
[0032] 其中，機架1，槽2,薄膜組201，運動子平臺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,頻率調節機構7,壓電陶瓷片701，外框架203。

【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0034] 如圖1及圖2所示，基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，包括機架1、 薄膜組201、運動子平臺202、外框架203、驅動器、工作平臺4和頻率調節機構7 ;
[0035] 所述運動子平臺202的兩側通過所述薄膜組201與所述外框架203內壁連接，所 述薄膜組201內的薄膜為平行布置，且所述薄膜的長度方向垂直於所述運動子平臺202的 運動方向；
[0036] 所述外框架203剛性固定於所述機架1，所述工作平臺4剛性固定於所述運動子平 臺 202 ;
[0037] 所述驅動器包括有定子301和動子302,所述的定子301固定於所述機架1或者所 述外框架203,所述動子302固定在所述運動子平臺202上，用來驅動運動子平臺202 ;
[0038] 所述外框架203與所述薄膜組201連接處設有槽2,使所述外框架203內側形成較 薄的可變形的彈性件5,所述外框架203設有調節所述彈性件5變形度的所述頻率調節機 構7。
[0039] 所述驅動器驅動所述運動子平臺202及與其連接的工作平臺4產生一維微位移進 給。在所述薄膜組201的牽製作用下，所述運動部分在非進給方向的運動被抑制。
[0040] 所述工作平臺安裝有刀具等功能組件，在所述驅動器的驅動作用下產生一維位 移，完成相應的工藝動作。
[0041] 通過所述頻率調節機構7改變所述薄膜組201的鬆緊程度可以改變上述微運動中 的機構固有頻率，從而改變所述工作平臺4運動特性。
[0042] 還包括微位移傳感器6,設於所述運動子平臺202的進給方向的端部。用於所述檢 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的非工作面設置有絕緣層，用於防止位移傳感器被其他金屬 材料幹擾，影響測量精度。
[0046] 如圖3所示，所述薄膜組201、運動子平臺202和外框架203為一體式結構。由整塊 材料經過銑削、電火花加工等方式獲取，避免了零件的裝配誤差，可以提高平臺運動精度。 [0047] 所述驅動器為音圈電機。
[0048] 所述驅動器為壓電陶瓷驅動器。
[0049] 所述頻率調節機構7為穿過所述槽2的螺栓，其兩端分別連接於所述槽2的兩側。
[0050] 所述頻率調節機構7為螺栓。所述螺栓可手動調節長度方向產生位移，改變所述 彈性件5的變形度，進而改變薄膜組201的薄膜張緊力，實現對平臺的結構固有頻率的動態 調整。
[0051] 所述頻率調節機構7為穿過所述槽2的壓電陶瓷驅動器，其兩端分別連接於所述 槽2的兩側。
[0052] 如圖4、圖5所示，所述頻率調節機構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生位移，改變所述彈性件5的變形度，進 而改變所述薄膜組201的薄膜張緊力，實現對平臺的結構固有頻率的動態調整。
[0053] 以上結合具體實施例描述了本實用新型的技術原理。這些描述只是為了解釋本實 用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護範圍的限制。基於此處的解釋， 本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本實用新型的其它【具體實施方式】， 這些方式都將落入本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在於：包括機架（1)、薄膜 組（201)、運動子平臺（202)、外框架（203)、驅動器、工作平臺（4)和頻率調節機構（7); 所述運動子平臺（202)的兩側通過所述薄膜組（201)與所述外框架（203)內壁連接， 所述薄膜組（201)內的薄膜為平行布置，且所述薄膜的長度方向垂直於所述運動子平臺 (202)的運動方向； 所述外框架（203)剛性固定於所述機架（1)，所述工作平臺（4)剛性固定於所述運動子 平臺（202); 所述驅動器包括有定子（301)和動子（302)，所述的定子（301)固定於所述機架（1)或 者所述外框架（203 )，所述動子（302 )固定在所述運動子平臺（202 )上； 所述外框架（203 )與所述薄膜組（201)連接處設有槽（2 )，使所述外框架（203 )內側形 成較薄的可變形的彈性件（5)，所述外框架（203)設有調節所述彈性件（5)變形度的所述頻 率調節機構（7)。
2. 根據權利要求1所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：還包括微位移傳感器（6)，設於所述運動子平臺（202)的進給方向的端部。
3. 根據權利要求2所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述微位移傳感器（6)為電容式傳感器。
4. 根據權利要求2所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述微位移傳感器（6)為電感式傳感器。
5. 根據權利要求2所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述微位移傳感器（6)的非工作面設置有絕緣層。
6. 根據權利要求1所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述薄膜組（201)、運動子平臺（202)和外框架（203)為一體式結構。
7. 根據權利要求1所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述驅動器為音圈電機。
8. 根據權利要求1所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述驅動器為壓電陶瓷驅動器。
9. 根據權利要求1所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵在 於：所述頻率調節機構（7 )為穿過所述槽（2 )的螺栓，其兩端分別連接於所述槽（2 )的兩側。
10. 根據權利要求1所述的基於應力剛化原理的剛度頻率可調一維微動平臺，其特徵 在於：所述頻率調節機構（7 )為穿過所述槽（2 )的壓電陶瓷驅動器，其兩端分別連接於所述 槽（2)的兩側。
【文檔編號】B25H1/00GK203843811SQ201420259860
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】白有盾, 楊志軍, 陳新, 高健, 楊海東, 王夢, 湯暉 申請人:廣東工業大學