动态特性可调微运动平台的制作方法

动态特性可调微运动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密运动平台，可用于精密操作和宏微复合高速精密补偿，本发明具体涉及动态特性可调微运动平台。
【背景技术】
[0002]为了实现一维精密运动，精确、稳定的进给机构显得尤为重要，因为它与产品的质量密切相关。另外，复杂光学自由曲面由于体积小，高精度更是对微进给机构提出了严格的要求。微进给系统是加工此类产品的基础，其广泛应用于快刀伺服进给系统，微动工作台和宏微复合平台等中。传统的微进给装置通常采用固定频率设计，对材料特性和制造误差提出了极高的要求，尤其在加工不同产品时，其驱动频率通常会变化，使得固定频率的运动平台位移放大因子不一致，从而使得位移放大失真。
[0003]在先技术1:刚度可调节的快刀伺服器(发明专利申请号201210055119.X)发明了一种刚度可调的快刀伺服机构，该机构的原理是采用对称布置的柔性铰链，消除垂向伴生运动。刚度调节是通过安装在前面的压紧弹簧，只能通过更换弹簧来该改变刚度，不能连续可调。
[0004]在先技术2:—种基于柔性铰链放大机构的频率可调快刀伺服进给装置(发明申请号:201210250524.7)发明了一种基于柔性铰链弹片的快刀伺服机构，频率调节原理是通过弹片的张力，可以实现频率和刚度的连续可调。但是，该机构采用位移放大方式存在有应力集中的柔性铰链，影响机构的使用寿命。
[0005]在先技术3: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。虽然解决了上述两个问题，但是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。本发明增设了抗共振的阻尼结构，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。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于提出一种可在任意频率点上工作的动态特性可调微运动平台，通过调节张紧力来改变机构的刚度和固有频率，并通过可变阻尼器设置任意频率点的最优阻尼，实现任意频率下的一致位移输出要求。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]动态特性可调微运动平台，包括基座、弹片组、微运动子平台、外框架、驱动器、微动工作台、张紧力调节机构、位移传感器和可变阻尼器；
[0009]所述微运动子平台的两侧通过所述弹片组与所述外框架内壁连接，所述弹片组内的弹片为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述微运动子平台的运动方向；
[0010]所述外框架刚性固定于所述基座，所述微动工作台刚性固定于所述微运动子平台；
[0011]所述驱动器包括有定子和动子，所述的定子固定于所述基座或者所述外框架，所述动子固定在所述微运动子平台上；
[0012]所述位移传感器设于所述微运动子平台的进给方向的端部；
[0013]所述外框架与所述弹片组连接处设有槽，使所述外框架内侧形成较薄的可变形的弹性件，所述外框架设有调节所述弹性件变形度的所述张紧力调节机构；
[0014]所述可变阻尼器设置于所述位移传感器内。
[0015]优选的，所述可变阻尼器为挤压型阻尼器或磁流变阻尼器。
[0016]优选的，所述可变阻尼器为剪切型阻尼器。
[0017]优选的，所述位移传感器为电容式传感器或电感式传感器。
[0018]优选的，所述弹片组、微运动子平台和外框架为一体式结构。
[0019]优选的，所述张紧力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。
[0020]优选的，所述张紧力调节机构为穿过所述槽的压电陶瓷驱动器，其两端分别连接于所述槽的两侧。
[0021]本发明所提出的微动平台频率调节的技术原理为:预应力膜所构成的柔顺机构的固有频率与预应力膜的张力相关，通过调节预应力膜内的张紧力来调节机构的固有频率，满足不同工况的要求，并通过在位移传感器上设置有可变阻尼器，使微动平台可在任意频率点上工作，无需调节避开共振点；通过调节张紧力来改变机构的刚度和固有频率，并通过可变阻尼器设置任意频率点的最优阻尼，实现任意频率下的一致位移输出要求。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的一种实例的正视图；
[0023]图2是本发明的另一种实例的正视图；
[0024]图3是本发明的一维微动平台的弹片组、微运动子平台和外框架的一体式结构示意图。
[0025]其中，基座I，槽2，弹片组201，微运动子平台202，外框架203，定子301，动子302，微动工作台4，弹性件5，位移传感器6，张紧力调节机构7，可变阻尼器8，压电陶瓷片701，外框架203。
【具体实施方式】
[0026]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。
[0027]动态特性可调微运动平台，包括基座1、弹片组201、微运动子平台202、外框架203、驱动器、微动工作台4、张紧力调节机构7、位移传感器6和可变阻尼器8 ;
[0028]所述微运动子平台202的两侧通过所述弹片组201与所述外框架203内壁连接，所述弹片组201内的弹片为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述微运动子平台202的运动方向；
[0029]所述外框架203刚性固定于所述基座1，所述微动工作台4刚性固定于所述微运动子平台202 ；
[0030]所述驱动器包括有定子301和动子302，所 述的定子301固定于所述基座I或者所述外框架203，所述动子302固定在所述微运动子平台202上；
[0031]所述位移传感器6设于所述微运动子平台202的进给方向的端部；
[0032]所述外框架203与所述弹片组201连接处设有槽2，使所述外框架203内侧形成较薄的可变形的弹性件5，所述外框架203设有调节所述弹性件5变形度的所述张紧力调节机构7 ；
[0033]所述可变阻尼器8设置于所述位移传感器6内。
[0034]如图1或图2所示，所述驱动器驱动所述微运动子平台202及与其连接的微动工作台4产生一维微位移进给。在所述弹片组201的牵制作用下，所述运动部分在非进给方向的运动被抑制，所述微动工作台4安装有刀具等功能组件，在所述驱动器的驱动作用下产生一维位移，完成相应的工艺动作，并通过所述张紧力调节机构7改变所述弹片组201的松紧程度可以改变上述微运动中的机构固有频率，从而改变所述微动工作台4运动特性。位移传感器6用于所述检测微动工作台4的一维微位移。
[0035]用于连接所述外框架203与所述微动工作台4的位移传感器6内设置有可变阻尼器8，可变阻尼器8的作用是避免产生共振时频率无穷大，使微动平台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。可变阻尼器8以位移传感器6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。
[0036]优选的，所述可变阻尼器8为挤压型阻尼器或磁流变阻尼器。挤压型阻尼大，可以固定封装，无泄露，容易实现。
[0037]优选的，所述可变阻尼器8为剪切型阻尼器。剪切型阻尼器线性度好，容易控制。
[0038]优选的，所述位移传感器6为电容式传感器或电感式传感器。优选的，所述弹片组201、微运动子平台202和外框架203为一体式结构。如图3所示，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。
[0039]优选的，所述张紧力调节机构7为穿过所述槽2的螺栓，其两端分别连接于所述槽2的两侧。如图1所示，所述螺栓可手动调节长度方向产生位移，改变所述弹性件5的变形度，进而改变弹片组201的弹片张紧力，实现对平台的结构固有频率的动态调整。
[0040]优选的，所述张紧力调节机构7为穿过所述槽2的压电陶瓷驱动器，其两端分别连接于所述槽2的两侧。如图2所示，所述张紧力调节机构7包括螺栓和压电陶瓷片701。所述压电陶瓷片701在外加电压作用下可在螺栓的长度方向产生位移，改变所述弹性件5的变形度，进而改变所述弹片组201的弹片张紧力，实现对平台的结构固有频率的动态调整。
[0041]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。
【主权项】
1.动态特性可调微运动平台，其特征在于:包括基座、弹片组、微运动子平台、外框架、驱动器、微动工作台、张紧力调节机构、位移传感器和可变阻尼器； 所述微运动子平台的两侧通过所述弹片组与所述外框架内壁连接，所述弹片组内的弹片为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述微运动子平台的运动方向； 所述外框架刚性固定于所述基座，所述微动工作台刚性固定于所述微运动子平台； 所述驱动器包括有定子和动子，所述的定子固定于所述基座或者所述外框架，所述动子固定在所述微运动子平台上； 所述位移传感器设于所述微运动子平台的进给方向的端部； 所述外框架与所述弹片组连接处设有槽，使所述外框架内侧形成较薄的可变形的弹性件，所述外框架设有调节所述弹性件变形度的所述张紧力调节机构； 所述可变阻尼器设置于所述位移传感器内。2.根据权利要求1所述的动态特性可调微运动平台，其特征在于:所述可变阻尼器为挤压型阻尼器或磁流变阻尼器。3.根据权利要求1所述的动态特性可调微运动平台，其特征在于:所述可变阻尼器为电流变或磁流变阻尼器。4.根据权利要求1所述的动态特性可调微运动平台，其特征在于:所述位移传感器为电容式传感器、电感式传感器或光栅尺等非接触式传感器。5.根据权利要求1所述的动态特性可调微运动平台，其特征在于:所述弹片组、微运动子平台和外框架为一体式结构。6.根据权利要求1所述的动态特性可调微运动平台，其特征在于:所述张紧力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。7.根据权利要求1所述的动态特性可调微运动平台，其特征在于:所述张紧力调节机构为穿过所述槽的压电陶瓷驱动器，其两端分别连接于所述槽的两侧。
【专利摘要】动态特性可调微运动平台，包括基座、弹片组、微运动子平台、外框架、驱动器、微动工作台、张紧力调节机构、位移传感器和可变阻尼器；所述基座固定于底板，所述弹片组设于所述微动工作台的两侧，且所述弹片的长度方向垂直于所述微动工作台的运动方向，并将所述微动工作台固定于所述基座内；所述微动工作台在进给方向设有位移传感器，用于位移精密检测；所述基座与所述弹片组的连接处还设置有张紧力调节模块，实现刚度频率精密动态调节；所述微动工作台与基座之间设有可变阻尼器，可以配合刚度频率的需求配置最优阻尼；本发明通过调节张紧力来改变机构的刚度和固有频率，并通过可变阻尼器设置任意频率点的最优阻尼，实现任意频率下的一致位移输出要求。
【IPC分类】B23Q1/25, B25H1/02
【公开号】CN104889950
【申请号】CN201510312065
【发明人】陈新, 杨志军, 白有盾, 陈新度, 高健, 贺云波, 陈云, 李成祥
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日