CN104889951A - 动态特性可调宏微一体化复合平台 - Google Patents

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白有盾
陈新
高健
陈新度
贺云波
陈云
李瑞奇
陈超然
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Abstract

本发明提出动态特性可调宏微一体化复合平台，当宏微平台动子同时驱动时，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，同时设置有刚度、频率调节机构和可变阻尼器，使微动平台在任意频率下能传递宏动平台运动且隔离振动，并实现高精度的位移补偿，同时可变阻尼器的阻尼大小与刚度频率参数配合，保证任意频率下的高精度位移补偿，提高工作频率范围。

Description

动态特性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，尤其涉及动态特性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驱动器，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。由于没有施加足够的阻尼，该机构在共振区可能会实现振幅不可控的情况，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动态特性可调宏微一体化复合平台，通过复合运动控制，可以实现高速精密运动，同时设置有可变阻尼器，使微动平台在任意频率下能传递宏动平台运动且隔离振动，并实现高精度的位移补偿，同时可变阻尼器的阻尼大小与刚度频率参数配合，实现共振区振幅可控，提高工作频率范围。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
动态特性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、用于限位的弹片组、用于抗共振的可变阻尼器和用于所述检测所述核心平台一维微位移的位移传感器，所述核心平台通过所述弹片组连接于所述宏动外框架；所述位移传感器设置于所述核心平台上，位移测量方向与所述核心平台的进给方向一致，所述可变阻尼器设置于宏动平台外框架和所述微动平台之间，并分别与所述宏运动外框架及所述微动平台相连接；
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，所述可变阻尼器为挤压型阻尼器或电/磁流变阻尼器。
更进一步说明，所述可变阻尼器为剪切型阻尼器。
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，所述频率调节机构包括穿过所述槽的连接杆和用于调节预紧力动态的压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的直线运动方向为所述弹片组的预变形方向。用于动态调节所述弹片组的预紧力并进而调整微动平台的动力学特性。
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。
本发明提出动态特性宏微一体化复合平台，当宏微平台动子同时驱动时，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，同时设置有刚度、频率调节和可变阻尼器，使微动平台在任意频率下能传递宏动平台运动但阻隔振动，并实现高精度的位移补偿，同时可变阻尼器的阻尼大小与刚度频率参数配合，实现共振区振幅可控，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、可变阻尼器35、弹性件21、频率调节机构22、螺栓/连接杆221、压电陶瓷驱动器222。
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，阻尼式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、用于限位的弹片组32、用于抗共振的可变阻尼器34和用于所述检测所述核心平台31微位移的位移传感器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，所述可变阻尼器34设置于所述宏动外框架2和核心平台31之间，并分别与所述宏运动外框架2及所述微动平台3中的核心平台31相连接，产生作用在核心平台31上的阻尼力；所述位移传感器35设于所述可变阻尼器34内部，
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实现一维宏微运动，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，使本发明动态特性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。
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的位移传感器34上设置有可变阻尼器35，可变阻尼器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，可变阻尼器35以连接于所述宏动外框架2与所述核心平台31之间的位移传感器34为载体，减少整个动态特性可调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，同时可变阻尼器35的阻尼大小与刚度频率参数配合，起隔振和低通滤波器作用。
更进一步说明，所述可变阻尼器35为挤压型阻尼器或电/磁流变阻尼器。挤压型阻尼大，可以固定封装，无泄露，容易实现。
更进一步说明，所述可变阻尼器35为剪切型阻尼器。剪切型阻尼器线性度好，容易控制。
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有效的限位核心平台31在一维上的运动，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22。通过所述频率调节机构22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22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22包括穿过所述槽33的连接杆221和用于调节预紧力动态的压电陶瓷驱动器222，所述压电陶瓷驱动器222的直线运动方向为所述弹片组32的预变形方向。所述压电陶瓷驱动器222在外加电压作用下可在连接杆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.动态特性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、用于抗共振的可变阻尼器和用于所述检测所述核心平台微位移的位移传感器，所述核心平台通过所述弹片组连接于所述宏动外框架；所述位移传感器设置于所述核心平台上，其位移测量方向与所述核心平台的进给方向一致，所述可变阻尼器设置于所述宏动平台外框架和所述微动平台之间，并分别与所述宏运动外框架及所述微动平台相连接；
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所述的动态特性可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述可变阻尼器为挤压型阻尼器或电/磁流变阻尼器。
3.根据权利要求1所述的动态特性可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述可变阻尼器为剪切型阻尼器。
4.根据权利要求1所述的动态特性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所述的动态特性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5所述的动态特性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6所述的动态特性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6所述的动态特性可调宏微一体化复合平台，其特征在于：所述频率调节机构包括穿过所述槽的连接杆和用于调节预紧力动态的压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的直线运动方向为所述弹片组的预变形方向。
9.根据权利要求1所述的动态特性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。
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