基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動(dòng)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及用精密一維運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，可用于通用一維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的精密位移補(bǔ)償。本實(shí)用新型具體涉及基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動(dòng)平臺(tái)，包括運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)及對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器、微動(dòng)工作平臺(tái)，利用通過(guò)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(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)頻率的手動(dòng)或動(dòng)態(tài)調(diào)整。本實(shí)用新型采用上述結(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(dòng)頻率，可在工作前或工作過(guò)程中調(diào)節(jié)微動(dòng)平臺(tái)的固有頻率。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，可用于精密操作和宏微復(fù)合高速精密補(bǔ)償，本實(shí) 用新型具體涉及基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動(dòng)平臺(tái)。 基于應(yīng)力剛化原理的剛度頻率可調(diào)一維微動(dòng)平臺(tái)

【背景技術(shù)】
[0002] 為了實(shí)現(xiàn)一維精密運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(dòng)工作臺(tái)和 宏微復(fù)合平臺(tái)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(duì)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(dòng)頻率通常會(huì)變化，使得固定頻率的運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)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(實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)?01210055119. X)實(shí) 用新型了一種剛度可調(diào)的快刀伺服機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的原理是采用對(duì)稱布置的柔性鉸鏈，消除 垂向伴生運(yùn)動(dòng)。剛度調(diào)節(jié)是通過(guò)安裝在前面的壓緊彈簧，只能通過(guò)更換彈簧來(lái)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（實(shí)用新 型申請(qǐng)?zhí)枺?01210250524. 7)實(shí)用新型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(guò)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(gè)實(shí)用新型在采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)時(shí)，是通過(guò)接觸來(lái)傳遞載荷，并需要 一定的預(yù)緊力，造成了接觸過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)間隙和柔性鉸鏈的非對(duì)稱工作。為此，本實(shí)用新型 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(guò)非接觸的驅(qū)動(dòng)和位移測(cè)量， 實(shí)時(shí)判斷載荷工況，并根據(jù)載荷工況的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的頻率，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性 的智能匹配。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 本實(shí)用新型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(dòng)平臺(tái)，基 于預(yù)應(yīng)力膜，頻率可調(diào)，適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)特性需求。
[0007] 為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(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(dòng)平臺(tái)，其特征在于：包括機(jī)架（1)、薄 膜組（201)、運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（202)、外框架（203)、驅(qū)動(dòng)器、工作平臺(tái)（4)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（7);
[0009] 所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（202)的兩側(cè)通過(guò)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(zhǎng)度方向垂直于所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái) (202)的運(yùn)動(dòng)方向；
[0010] 所述外框架（203)剛性固定于所述機(jī)架（1)，所述工作平臺(tái)（4)剛性固定于所述運(yùn) 動(dòng)子平臺(tái)（202);
[0011] 所述驅(qū)動(dòng)器包括有定子（301)和動(dòng)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(dòng)子（302 )固定在所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（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(dòng)子平臺(tái)（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(dòng)子平臺(tái)（202)和外框架（203)為一體式結(jié)構(gòu)。
[0018] 所述驅(qū)動(dòng)器為音圈電機(jī)。
[0019] 所述驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。
[0020] 所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（7 )為穿過(guò)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(guò)所述槽（2)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其兩端分別連接于 所述槽（2)的兩側(cè)。
[0022] 本實(shí)用新型所提出的微動(dòng)平臺(tái)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(guò)調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力膜內(nèi)的張緊力來(lái)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，本實(shí)用新型提出的頻率調(diào)節(jié)一維微動(dòng)平臺(tái)具有以下優(yōu) 占·
[0024] 1.采用了基于調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力膜張緊力來(lái)改變機(jī)構(gòu)固有頻率的的設(shè)計(jì)方案，可以手動(dòng) 或動(dòng)態(tài)的調(diào)整機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，改善并提高微動(dòng)平臺(tái)的性能。
[0025] 2.本實(shí)用新型所提出的一維微動(dòng)平臺(tái)中驅(qū)動(dòng)器的大質(zhì)量的定子都固定在機(jī)架上， 減小了微動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)慣性，有利于提高微動(dòng)平臺(tái)的響應(yīng)速度。
[0026] 3.本實(shí)用新型所提出的一維微動(dòng)平臺(tái)采用一體式柔順機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)一維位移，沒(méi)有 運(yùn)動(dòng)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(shuō)明】
[0027] 圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)軸測(cè)示意圖
[0028] 圖2是本實(shí)用新型的一種實(shí)例的正視圖
[0029] 圖3是本實(shí)用新型的一維微動(dòng)平臺(tái)的薄膜組、運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)和外框架的一體式結(jié)構(gòu) 示意圖
[0030] 圖4是本實(shí)用新型的另一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)軸測(cè)示意圖
[0031] 圖5是本實(shí)用新型的另一種實(shí)例的正視圖。
[0032] 其中，機(jī)架1，槽2,薄膜組201，運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202,外框架203,定子301，動(dòng)子302,工 作平臺(tái)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(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(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(dòng)平臺(tái)，包括機(jī)架1、 薄膜組201、運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202、外框架203、驅(qū)動(dòng)器、工作平臺(tái)4和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7 ;
[0035] 所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202的兩側(cè)通過(guò)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(zhǎng)度方向垂直于所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202的 運(yùn)動(dòng)方向；
[0036] 所述外框架203剛性固定于所述機(jī)架1，所述工作平臺(tái)4剛性固定于所述運(yùn)動(dòng)子平 臺(tái) 202 ;
[0037] 所述驅(qū)動(dòng)器包括有定子301和動(dòng)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(dòng)子302固定在所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202上，用來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)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(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202及與其連接的工作平臺(tái)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(dòng)部分在非進(jìn)給方向的運(yùn)動(dòng)被抑制。
[0040] 所述工作平臺(tái)安裝有刀具等功能組件，在所述驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)作用下產(chǎn)生一維位 移，完成相應(yīng)的工藝動(dòng)作。
[0041] 通過(guò)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(dòng)中 的機(jī)構(gòu)固有頻率，從而改變所述工作平臺(tái)4運(yùn)動(dòng)特性。
[0042] 還包括微位移傳感器6,設(shè)于所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202的進(jìn)給方向的端部。用于所述檢 測(cè)工作平臺(tái)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(cè)量精度。
[0046] 如圖3所示，所述薄膜組201、運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)202和外框架203為一體式結(jié)構(gòu)。由整塊 材料經(jīng)過(guò)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(tái)運(yùn)動(dòng)精度。 [0047] 所述驅(qū)動(dòng)器為音圈電機(jī)。
[0048] 所述驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。
[0049] 所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7為穿過(guò)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(dòng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)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(duì)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)固有頻率的動(dòng)態(tài) 調(diào)整。
[0051] 所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7為穿過(guò)所述槽2的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)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(duì)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)固有頻率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
[0053] 以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實(shí) 用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本實(shí)用新型保護(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(dòng)即可聯(lián)想到本實(shí)用新型的其它【具體實(shí)施方式】， 這些方式都將落入本實(shí)用新型的保護(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(dòng)平臺(tái)，其特征在于：包括機(jī)架（1)、薄膜 組（201)、運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（202)、外框架（203)、驅(qū)動(dòng)器、工作平臺(tái)（4)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（7); 所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（202)的兩側(cè)通過(guò)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(zhǎng)度方向垂直于所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái) (202)的運(yùn)動(dòng)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(tái)（4)剛性固定于所述運(yùn)動(dòng)子 平臺(tái)（202); 所述驅(qū)動(dòng)器包括有定子（301)和動(dòng)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(dòng)子（302 )固定在所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（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(dòng)平臺(tái)，其特征在 于：還包括微位移傳感器（6)，設(shè)于所述運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（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(dòng)平臺(tái)，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(dòng)平臺(tái)，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(dòng)平臺(tái)，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(dòng)平臺(tái)，其特征在 于：所述薄膜組（201)、運(yùn)動(dòng)子平臺(tái)（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(dòng)平臺(tái)，其特征在 于：所述驅(qū)動(dòng)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(dòng)平臺(tái)，其特征在 于：所述驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(dòng)平臺(tái)，其特征在 于：所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（7 )為穿過(guò)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(dòng)平臺(tái)，其特征 在于：所述頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（7 )為穿過(guò)所述槽（2 )的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其兩端分別連接于所述 槽（2)的兩側(cè)。
【文檔編號(hào)】B25H1/00GK203843811SQ201420259860
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】白有盾, 楊志軍, 陳新, 高健, 楊海東, 王夢(mèng), 湯暉 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)