CN104889793A - 阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，当宏微动子同时驱动时，可实现整体大范围的高速运动；当出现运动偏差时，微动平台由于惯量小、无摩擦、通过弹性变形实现精密位移输出，可以单独驱动实现高频运动偏差补偿。通过复合运动控制，可以实现高速精密运动，安装使用方式与传统平台一致，方便推广应用，同时在弹片上附设阻尼材料，使微动平台具有一定的阻尼，能够传递宏动平台的运动但阻隔振动，使微动平台在共振点也不会产生无穷的振幅，可在任意频带上工作，通过运动偏差测量、微平台动态特性匹配和振动偏差高频精密补偿，实现阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台在任意频率点上高速高精度运动。

Description

阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台

技术领域

本发明涉及精密运动平台，尤其涉及阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台。

背景技术

随着科技的进步，人们对产品的要求越来越高，促使生产商对产品的加工精度要求也越来越高，现有设备中高精度进给运动平台的行程普遍较短，而大行程的普通宏运动设备的精度又无法满足实际需求，如果采用专用的大行程高精度运动设备，产品的制造成本将大幅增加。针对上述现状，一种能将大行程一般精度的宏运动和高精度小行程的微运动相复合的可以实现大行程高精度进给，且具有多方向的运动平台越来越受到行业的青睐。

在先技术：基于应力刚化原理的刚度频率可调一维微动平台(发明申请号：201410214605.0)发明了一种基于预应力膜，频率可调，能根据不同的工况和驱动频率，可在工作前或工作过程中调节微动平台的固有频率，取消了柔性铰链放大机构，并采用音圈电机替代压电陶瓷，通过非接触的驱动和位移测量，实时判断载荷工况，并根据载荷工况的变化，动态调节驱动机构的频率，可以实现动态特性的智能匹配。该机构仅限于一维微动，行程较短，而且该机构在工作运动过程中会出现共振点，使其微动平台不可工作在任意频率点上，需要通过调节避开共振点，限定了工作频率范围。本发明增设了宏动结构和抗共振结构，使微动平台可工作在任意频率点上而不产生无穷的振幅，无需避开共振点，可在任意频带上工作，同时实现一维宏微运动的大行程高精度且在任意工作频率上的进给。

发明内容

本发明的目的在于提出可在任意频率点上工作的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，实现大行程高精度且在任意工作频率上的进给。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，包括基座、宏动外框架和微动平台；

所述宏动外框架与所述微动平台形成一体化平台，所述微动平台设置在所述宏动外框架的框架内部，所述微动平台包括用于放置工件的核心平台、用于支撑和位移输出的弹片组和用于抗共振的不可变阻尼，所述核心平台通过所述弹片组连接于所述宏动外框架；所述不可变阻尼设置于用于连接所述核心平台与所述宏动外框架的任意部件上；

所述基座上设置有导轨、滑块和U型直线电机，所述滑块可滑动于所述导轨，所述U型直线电机包括定子、宏动外框架动子、微动平台动子和连接件，宏运动和微运动共用同一个所述定子；

所述宏动外框架固定安装于所述滑块，并通过所述连接件连接于所述宏动外框架动子，由所述宏动外框架动子、所述微动平台动子和所述定子控制其滑动于所述导轨实现宏运动；

所述核心平台通过所述连接件固定于所述微动平台动子，并由所述微动平台动子控制其在所述定子的微运动。

更进一步说明，所述不可变阻尼作为复合涂层附设于所述弹片组的表面。

更进一步说明，所述不可变阻尼为阻尼涂料，所述阻尼涂料涂覆于所述弹片组的表面。

更进一步说明，所述弹片组、所述核心平台和所述宏动外框架为一体式结构。

更进一步说明，所述核心平台的两侧通过所述弹片组与所述宏动外框架内壁连接，所述弹片组为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述核心平台的运动方向。

更进一步说明，所述宏动外框架与所述弹片组连接处设有槽，使所述宏动外框架内侧形成较薄的可变形的弹性件，所述宏动外框架设有调节所述弹性件变形度的所述频率调节机构。

更进一步说明，所述频率调节机构为穿过所述槽的螺栓，其两端分别连接于所述槽的两侧。

更进一步说明，所述微动平台还包括位移传感器，设于所述核心平台的进给方向的端部。

更进一步说明，所述位移传感器为差动电容传感器或光电传感器。

本发明提出阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，当宏微动子同时驱动时，可实现整体大范围的高速运动；当出现运动偏差时，微动平台由于惯量小、无摩擦、通过弹性变形实现精密位移输出，可以单独驱动实现高频运动偏差补偿。通过复合运动控制，可以实现高速精密运动，安装使用方式与传统平台一致，方便推广应用。本发明设置有抗共振的不可变阻尼结构，使微动平台可工作在任意频率点上，无需避开共振点，不会产生无穷的振幅，可在任意频带上工作，使阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台实现大行程高精度且可在任意频率点上工作，提高工作频率范围。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的俯视图；

图4是本发明的一个实施例的一体化平台的结构示意图。

其中：基座1、宏动外框架2、微动平台3、核心平台31、弹片组32、导轨11、滑块12、U型直线电机13、定子131、宏动外框架动子132、微动平台动子133、连接件134、槽33、位移传感器34、不可变阻尼35、弹性件21、螺栓221。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1或图2或图3所示，阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，包括基座1、宏动外框架2和微动平台3；

所述宏动外框架2与所述微动平台3形成一体化平台，所述微动平台3设置在所述宏动外框架2的框架内部，所述微动平台3包括用于放置工件的核心平台31、用于支撑和位移输出的弹片组32和用于抗共振的不可变阻尼35，所述核心平台31通过所述弹片组32连接于所述宏动外框架2，所述不可变阻尼35设置于用于连接所述核心平台31与所述宏动外框架2的任意部件上；

所述基座1上设置有导轨11、滑块12和U型直线电机13，所述滑块12可滑动于所述导轨11，所述U型直线电机13包括定子131、宏动外框架动子132、微动平台动子133和连接件134，宏运动和微运动共用同一个所述定子131；

所述宏动外框架2固定安装于所述滑块13，并通过所述连接件134连接于所述宏动外框架动子132，由所述宏动外框架动子132、所述微动平台动子133和所述定子121控制其滑动于所述导轨11实现宏运动；

所述核心平台31通过所述连接件134固定于所述微动平台动子133，并由所述微动平台动子133控制其在所述定子131的微运动。

基于U型直线电机12实现宏微运动，可大行程的运动范围，惯量小，响应速度快，其中包括对宏动外框架2的宏运动大行程的调节，同时也包括对微动平台3在微运动上实现精密定位，使本发明阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台可实现大范围且精准的移动定位。

当宏微动子同时驱动时，可实现整体大范围的高速运动；当出现运动偏差时，微动平台由于惯量小、无摩擦、通过弹性变形实现精密位移输出，可以单独驱动实现高频运动偏差补偿。通过复合运动控制，可以实现高速精密运动，安装使用方式与传统平台一致，方便推广应用，同时在弹片上附设阻尼材料，使微动平台具有一定的阻尼，能够传递宏动平台的运动但阻隔振动，使微动平台在共振点也不会产生无穷的振幅，可在任意频带上工作，通过运动偏差测量、微平台动态特性匹配和振动偏差高频精密补偿，实现阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台在任意频率点上高速高精度运动。

如图4所示，用于连接所述宏动外框架2与所述核心平台31的任意部件上设置有不可变阻尼35，不可变阻尼35的作用是避免产生共振时频率无穷大，使微动平台3的工作在任意频率范围，无需通过调节来避开共振点，提高了工作频率范围。此外，不可变阻尼35以用于连接所述宏动外框架2与所述核心平台31的任意部件为载体，减少整个阻尼弹片式微运动平台的独立连接结构，减少微动频率范围因连接结构的增多而降低的影响，确保最大的工作频率范围。

更进一步说明，所述不可变阻尼35作为复合涂层附设于所述弹片组32的表面。如图4所示，改善***的阻尼，安装方便，结构简单。

更进一步说明，所述不可变阻尼35为阻尼涂料，所述阻尼涂料涂覆于所述弹片组32的表面。阻尼涂料由高分子树脂加入适量的填料以及辅助材料配制而成，是一种可涂覆在各种金属板状结构表面上，具有减振、绝热和一定密封性能的特种涂料。直接涂覆于弹片组32的表面即可，加工方便。

更进一步说明，所述弹片组32、所述核心平台31和所述宏动外框架2为一体式结构。宏动外框架2与微动平台3的一体化设计，结构紧凑，是由整块材料经过铣削、电火花加工等方式获取，避免了零件的装配误差，可以提高平台运动精度。

更进一步说明，所述核心平台31的两侧通过所述弹片组32与所述宏动外框架2内壁连接，所述弹片组32为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述核心平台31的运动方向。平行布置的弹片组32有效的支撑核心平台31的运动，在所述弹片组32的牵制作用下，所述核心平台31在非进给方向的运动被抑制。

更进一步说明，所述宏动外框架2与所述弹片组32连接处设有槽33，使所述宏动外框架2内侧形成较薄的可变形的弹性件21，所述宏动外框架2设有调节所述弹性件21变形度的所述频率调节机构。通过所述频率调节机构改变弹片组32的松紧程度可以改变上述微运动中的机构固有频率，从而改变核心平台31的运动特性。

更进一步说明，所述频率调节机构为穿过所述槽33的螺栓221，其两端分别连接于所述槽33的两侧。所述螺栓221可手动调节长度方向产生位移，改变所述弹性件21的变形度，进而改变弹片组32的弹片张紧力，实现对平台的结构固有频率的动态调整。

更进一步说明，所述频率调节机构还包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片通过所述螺栓221安装于所述槽33的外侧。所述压电陶瓷片在外加电压作用下可在螺栓221的长度方向产生位移，改变所述弹性件21的变形度，进而改变所述弹片组32的弹片张紧力，实现对平台的结构固有频率的动态调整。

更进一步说明，所述微动平台3还包括位移传感器34，设于所述核心平台31的进给方向的端部。用于所述检测核心平台31的微位移。

更进一步说明，所述位移传感器34为差动电容传感器或光电传感器。差动电容传感器机械位移少，精度高，抗干扰性更好，光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，结构简单，体积小，都可作为位移传感器的选择。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：包括基座、宏动外框架和微动平台；

所述宏动外框架与所述微动平台形成一体化平台，所述微动平台设置在所述宏动外框架的框架内部，所述微动平台包括用于放置工件的核心平台、用于支撑和位移输出的弹片组和用于抗共振的不可变阻尼，所述核心平台通过所述弹片组连接于所述宏动外框架；所述不可变阻尼设置于用于连接所述核心平台与所述宏动外框架的任意部件上；

所述基座上设置有导轨、滑块和U型直线电机，所述滑块可滑动于所述导轨，所述U型直线电机包括定子、宏动外框架动子、微动平台动子和连接件，宏运动和微运动共用同一个所述定子；

所述宏动外框架固定安装于所述滑块，并通过所述连接件连接于所述宏动外框架动子，由所述宏动外框架动子、所述微动平台动子和所述定子控制其滑动于所述导轨实现宏运动；

所述核心平台通过所述连接件固定于所述微动平台动子，并由所述微动平台动子控制其在所述定子的微运动。

2.根据权利要求1所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述不可变阻尼作为复合涂层附设于所述弹片组的表面。

3.根据权利要求2所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述不可变阻尼为阻尼涂料，所述阻尼涂料涂覆于所述弹片组的表面。

4.根据权利要求1或2所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述弹片组、所述核心平台和所述宏动外框架为一体式结构。

5.根据权利要求1或2所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述核心平台的两侧通过所述弹片组与所述宏动外框架内壁连接，所述弹片组为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述核心平台的运动方向。

6.根据权利要求4所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述宏动外框架与所述弹片组连接处设有槽，使所述宏动外框架内侧形成较薄的可变形的弹性件，所述宏动外框架设有调节所述弹性件变形度的所述频率调节机构。

7.根据权利要求5所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述频率调节机构为穿过所述槽的螺栓，其两端分别连接于所述槽的两侧。

8.根据权利要求1所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述微动平台还包括位移传感器，设于所述核心平台的进给方向的端部。

9.根据权利要求8所述的阻尼弹片式刚度频率可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述位移传感器为差动电容传感器或光电传感器。