本實(shí)用新型涉及精密測(cè)距的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)二維超精密定位平臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密位移平臺(tái)的性能要求越來(lái)越高，超精密位移平臺(tái)越來(lái)越趨向微型化、商業(yè)化、精準(zhǔn)化。超精密位移平臺(tái)越來(lái)越廣泛應(yīng)用于：新型機(jī)械制造、超精密加工、生物工程、集成電路制造、醫(yī)療科學(xué)、掃描探針顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、光學(xué)調(diào)整、光纖對(duì)接。

普通的超精密位移平臺(tái)多采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和滾珠絲杠作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合結(jié)構(gòu)，在滿(mǎn)足相同的位移以及相同的載荷時(shí)，該結(jié)構(gòu)的體積相對(duì)較大，同時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)存在傳動(dòng)誤差，從而影響平臺(tái)的定位精度。而且該結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)慢、承載能力低。對(duì)于使用其他直線電機(jī)的位移平臺(tái)系統(tǒng)，使用直線電機(jī)的模組多為一維模組，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)于非控制行業(yè)的人員很難實(shí)現(xiàn)其精密定位控制，而且其控制模式固定、用途有限、成本高。市面上現(xiàn)有超精密定位平臺(tái)的的結(jié)構(gòu)和造型還不夠完善，存在體積大、不易操作，造型初始化、人機(jī)效能低下等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種傳動(dòng)誤差小、平臺(tái)體積小、響應(yīng)速度快、承載能力強(qiáng)、精確度高、人機(jī)效能高、可實(shí)現(xiàn)不同控制模式的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)二維超精密定位平臺(tái)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案為：一種音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)二維超精密定位平臺(tái)，包括平臺(tái)底座、移動(dòng)平臺(tái)、第一、二導(dǎo)軌、第一、二電機(jī)以及第一、二光柵尺，其中，平臺(tái)底座由橫底座和豎底座組成，第一電機(jī)安裝于橫底座上；移動(dòng)平臺(tái)包括上下移動(dòng)平臺(tái)和前后移動(dòng)平臺(tái)，上下移動(dòng)平臺(tái)固連在第一電機(jī)上方由第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿著鋪設(shè)于豎底座的第一導(dǎo)軌上下移動(dòng)，并由分別安裝在豎底座側(cè)面的第一光柵尺讀數(shù)尺和上下移動(dòng)平臺(tái)側(cè)面的第一光柵尺讀數(shù)頭配合測(cè)量上下位移量；前后移動(dòng)平臺(tái)位于上下移動(dòng)平臺(tái)上方，由安裝在上下移動(dòng)平臺(tái)上的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿著鋪設(shè)于上下移動(dòng)平臺(tái)上的第二導(dǎo)軌前后移動(dòng)，并由分別安裝在上下移動(dòng)平臺(tái)側(cè)面的第二光柵尺讀數(shù)頭和前后移動(dòng)平臺(tái)側(cè)面的第二光柵尺讀數(shù)尺配合測(cè)量前后位移量。

進(jìn)一步地，第一、二電機(jī)均為音圈電機(jī)。

進(jìn)一步地，第一、二光柵尺均為增量式光柵尺，作為位置反饋裝置。

進(jìn)一步地，二電機(jī)由安裝在豎底座另一面的DC驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，而該DC驅(qū)動(dòng)器接收到的控制命令由設(shè)于其上方的控制器發(fā)出。

進(jìn)一步地，控制器包括控制模式選擇模塊、限定增益設(shè)定模塊、控制參數(shù)設(shè)定模塊、移動(dòng)距離和移動(dòng)速度設(shè)定模塊以及顯示模塊；

其中，控制模式選擇模塊，包括電流控制模式、速度控制模式、位置控制模式；

限定增益設(shè)定模塊，設(shè)定DC驅(qū)動(dòng)器的限制和增益，減少定位平臺(tái)的震動(dòng)，提高平臺(tái)的響應(yīng)性能；

控制參數(shù)設(shè)定模塊，設(shè)定移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的最高速度、加速度和減速度、回零方式；

移動(dòng)距離和移動(dòng)速度設(shè)定模塊，設(shè)定移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)距離和移動(dòng)速度；

顯示模塊，顯示當(dāng)前各種操作數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，控制器和DC驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)串口通訊傳輸數(shù)據(jù)。

本方案原理如下：

在控制器上設(shè)定控制模式、限定增益、控制參數(shù)以及移動(dòng)距離和移動(dòng)速度，隨之把設(shè)定好的命令發(fā)送給DC驅(qū)動(dòng)器，DC驅(qū)動(dòng)器根據(jù)命令驅(qū)動(dòng)第一、二電機(jī)，從而帶動(dòng)上下移動(dòng)平臺(tái)沿著第一導(dǎo)軌作上下移動(dòng)，前后移動(dòng)平臺(tái)沿著第二導(dǎo)軌作前后移動(dòng)，上下移動(dòng)平臺(tái)和前后移動(dòng)平臺(tái)的位移量分別由第一、二光柵尺測(cè)量，顯示模塊顯示移動(dòng)距離和移動(dòng)速度等數(shù)據(jù)，完成工作后回零。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

1.選用音圈電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上，不需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減小了傳動(dòng)誤差和平臺(tái)體積；在性能上，響應(yīng)速度快，承載能力強(qiáng)。

2.配合光柵尺，平臺(tái)的定位精度較高；理論上平臺(tái)有無(wú)限大的分辨率，其分辨率只受限于位移傳感器；對(duì)于不同的定位精度要求，只需要安裝不同精確度的光柵讀數(shù)尺。

3.DC驅(qū)動(dòng)器可完成電流環(huán)，速度環(huán)，位移環(huán)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，當(dāng)使用環(huán)境改變時(shí)只需對(duì)DC驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便可完成對(duì)平臺(tái)的精確控制。

4.通過(guò)控制器串口通訊直接控制DC驅(qū)動(dòng)器的輸出位置和反應(yīng)速度，其控制環(huán)工作模式多種，只需通過(guò)串口向DC驅(qū)動(dòng)器發(fā)送相對(duì)應(yīng)得指令集便可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的不同模式的控制，在對(duì)移動(dòng)平臺(tái)輸出力要求精確控制時(shí)可采用電流控制模式，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)速度需要精確控制時(shí)采用速度控制模式，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的定位精度要求高時(shí)采用位移控制模式。

5.機(jī)械結(jié)構(gòu)可系統(tǒng)擴(kuò)展，系統(tǒng)重建，以適應(yīng)不同的應(yīng)用平臺(tái)；系統(tǒng)滿(mǎn)足開(kāi)放性、可移植性、擴(kuò)展性、相互操作性的要求。

6.滿(mǎn)足上下和前后方向的二維超精密定位。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

參見(jiàn)附圖1-2所示，本實(shí)施例所述的一種音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)二維超精密定位平臺(tái)，包括平臺(tái)底座1、移動(dòng)平臺(tái)2、第一、二導(dǎo)軌3、4、第一、二音圈電機(jī)5、6、第一、二增量式光柵尺9、10、DC驅(qū)動(dòng)器11以及控制器12。

其中，平臺(tái)底座1由橫底座101和豎底座102組成，第一音圈電機(jī)5安裝于橫底座101上。

移動(dòng)平臺(tái)2包括上下移動(dòng)平臺(tái)7和前后移動(dòng)平臺(tái)8。

上下移動(dòng)平臺(tái)7固連在第一音圈電機(jī)5上方由第一音圈電機(jī)5驅(qū)動(dòng)沿著鋪設(shè)于豎底座102的第一導(dǎo)軌3上下移動(dòng)，并由分別安裝在豎底座102側(cè)面的第一增量式光柵尺9讀數(shù)尺和上下移動(dòng)平臺(tái)7側(cè)面的第一增量式光柵尺9讀數(shù)頭配合測(cè)量上下位移量。

前后移動(dòng)平臺(tái)8位于上下移動(dòng)平臺(tái)7上方，由安裝在上下移動(dòng)平臺(tái)7上的第二音圈電機(jī)6驅(qū)動(dòng)沿著鋪設(shè)于上下移動(dòng)平臺(tái)7上的第二導(dǎo)軌4前后移動(dòng)，并由分別安裝在上下移動(dòng)平臺(tái)7側(cè)面的第二增量式光柵尺10讀數(shù)頭和前后移動(dòng)平臺(tái)8側(cè)面的第二增量式光柵尺10讀數(shù)尺配合測(cè)量前后位移量。

第一、二音圈電機(jī)5、6由安裝在豎底座102另一面的DC驅(qū)動(dòng)器11驅(qū)動(dòng)，而該DC驅(qū)動(dòng)器11接收到的控制命令由設(shè)于其上方的控制器12發(fā)出，控制器12和DC驅(qū)動(dòng)器11之間通過(guò)串口通訊傳輸數(shù)據(jù)；

控制器12包括控制模式選擇模塊1101、限定增益設(shè)定模塊1102、控制參數(shù)設(shè)定模塊1103、移動(dòng)距離和移動(dòng)速度設(shè)定模塊1104以及顯示模塊1105。

其中，控制模式選擇模塊1101，包括電流控制模式、速度控制模式、位置控制模式；

限定增益設(shè)定模塊1102，設(shè)定DC驅(qū)動(dòng)器的限制和增益，減少定位平臺(tái)的震動(dòng)，提高平臺(tái)的響應(yīng)性能，在粗調(diào)時(shí)可直接通過(guò)電腦與驅(qū)動(dòng)器相連來(lái)設(shè)定；

控制參數(shù)設(shè)定模塊1103，設(shè)定移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)時(shí)的最高速度、加速度和減速度、回零方式；

移動(dòng)距離和移動(dòng)速度設(shè)定模塊1104，移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)距離可以精確到1um，例如設(shè)定移動(dòng)4000即為移動(dòng)4000um，移動(dòng)速度為移動(dòng)平臺(tái)達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)的移動(dòng)速度，平臺(tái)的移動(dòng)速度可達(dá)到很快的速度，為觀察移動(dòng)定位過(guò)程也可以設(shè)置為較慢的運(yùn)動(dòng)速度；

顯示模塊1105，顯示當(dāng)前各種操作數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例工作過(guò)程如下：

在控制器12中選擇位置控制模式，合理設(shè)定DC驅(qū)動(dòng)器的限制和增益以及平臺(tái)移動(dòng)時(shí)的最高速度、加速度和減速度、回零方式、移動(dòng)距離和移動(dòng)速度，各模塊設(shè)定后將命令發(fā)送給DC驅(qū)動(dòng)器11，DC驅(qū)動(dòng)器11根據(jù)命令驅(qū)動(dòng)第一、二音圈電機(jī)5、6，從而帶動(dòng)上下移動(dòng)平臺(tái)7沿著第一導(dǎo)軌3作上下移動(dòng)，前后移動(dòng)平臺(tái)8沿著第二導(dǎo)軌4作前后移動(dòng)，上下移動(dòng)平臺(tái)7和前后移動(dòng)平臺(tái)8的位移量分別由第一、二增量式光柵尺9、10測(cè)量，顯示模塊1105顯示移動(dòng)距離和移動(dòng)速度等數(shù)據(jù)，完成工作后回零。

本實(shí)施例中，選用音圈電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上，不需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減小了傳動(dòng)誤差和平臺(tái)體積；在性能上，響應(yīng)速度快，承載能力強(qiáng)。

配合光柵尺，平臺(tái)的定位精度較高；理論上平臺(tái)有無(wú)限大的分辨率，其分辨率只受限于位移傳感器；對(duì)于不同的定位精度要求，只需要安裝不同精確度的光柵讀數(shù)尺。

DC驅(qū)動(dòng)器可完成電流環(huán)，速度環(huán)，位移環(huán)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，當(dāng)使用環(huán)境改變時(shí)只需對(duì)DC驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便可完成對(duì)平臺(tái)的精確控制。

通過(guò)控制器串口通訊直接控制DC驅(qū)動(dòng)器的輸出位置和反應(yīng)速度，其控制環(huán)工作模式多種，只需通過(guò)串口向DC驅(qū)動(dòng)器發(fā)送相對(duì)應(yīng)得指令集便可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的不同模式的控制，在對(duì)移動(dòng)平臺(tái)輸出力要求精確控制時(shí)可采用電流控制模式，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)速度需要精確控制時(shí)采用速度控制模式，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的定位精度要求高時(shí)采用位移控制模式。

機(jī)械結(jié)構(gòu)可系統(tǒng)擴(kuò)展，系統(tǒng)重建，以適應(yīng)不同的應(yīng)用平臺(tái)；系統(tǒng)滿(mǎn)足開(kāi)放性、可移植性、擴(kuò)展性、相互操作性的要求。

滿(mǎn)足上下和前后方向的二維超精密定位。

以上所述之實(shí)施例子只為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，并非以此限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，故凡依本實(shí)用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。