本發(fā)明屬于料應(yīng)用及精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，偏轉(zhuǎn)裝置被廣泛的應(yīng)用，例如在國(guó)防科技上應(yīng)用的能獲得高速，低電壓激勵(lì)的光束偏轉(zhuǎn)裝置。如今的光束偏轉(zhuǎn)裝置都是基于通過機(jī)電來(lái)驅(qū)動(dòng)鏡片，即利用壓電、檢流計(jì)、電光器件或者聲光器件等裝置。但是，這些裝置存在著一些缺點(diǎn)，如速度慢、電壓高、體積大、壽命短、偏轉(zhuǎn)精度低、不能對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的連接件起到作用。

隨著超磁致伸縮材料發(fā)展，這種20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的新型稀土功能材料，是繼稀土永磁、稀土發(fā)光、稀土高溫超導(dǎo)材料之后被視為21世紀(jì)提高國(guó)家高科技綜合競(jìng)爭(zhēng)力的一種新型戰(zhàn)略性功能材料。磁致伸縮效應(yīng)是該材料的重要物理特性之一，磁致伸縮效應(yīng)是指鐵磁材料或亞鐵磁材料受到外加磁場(chǎng)作用后，由于其磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度和體積都要發(fā)生微小變化的現(xiàn)象。同時(shí)由于該材料具有大磁致伸縮系數(shù)、能量密度高、響應(yīng)快、磁機(jī)轉(zhuǎn)換效率高及抗壓等特性，所以利用超磁致伸縮材料和磁致伸縮效應(yīng)可以制作微位移驅(qū)動(dòng)裝置，即超磁致伸縮致動(dòng)器。超磁致伸縮致動(dòng)器具有輸出位移范圍大、漂移小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于驅(qū)動(dòng)、工作頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此將其應(yīng)用在精密加工、超精密加工等工程領(lǐng)域，如應(yīng)用在選區(qū)激光燒結(jié)中的振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中顯示出了良好的應(yīng)用前景。

目前，由于在精密加工、超精密加工等工程領(lǐng)域制造零件的過程中，對(duì)振鏡偏轉(zhuǎn)不能夠快速、精密控制，例如在國(guó)內(nèi)外對(duì)選區(qū)激光燒結(jié)相關(guān)理論廣泛研究與技術(shù)廣泛應(yīng)用的過程中，該技術(shù)逐漸體現(xiàn)出成型零件表面粗糙度大、成型精度低等問題，限制了其在精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，針對(duì)提高精密加工、超精密加工精度，突破該技術(shù)在精密、超精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)振鏡偏轉(zhuǎn)的快速、精密驅(qū)動(dòng)的迫切需要，本發(fā)明充分利用超磁致伸縮材料的優(yōu)異性能，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)和超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)結(jié)合，研究一種振鏡的快速、精密雙級(jí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振鏡位置的精確定位，最終完成振鏡快速、精密驅(qū)動(dòng)過程。同時(shí)，這種振鏡進(jìn)行磁致伸縮雙級(jí)精密驅(qū)動(dòng)方法在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)道，體現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明針對(duì)在精密加工、超精密加工等工程領(lǐng)域制造零件的過程中，振鏡偏轉(zhuǎn)不能夠快速、精密驅(qū)動(dòng)，而造成成型零件表面粗糙度大、成型精度低等問題，提出一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，充分利用超磁致伸縮材料的優(yōu)異性能，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)和超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)振鏡的精密偏轉(zhuǎn)，最終完成振鏡的快速、精密驅(qū)動(dòng)過程。

技術(shù)方案

一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括超磁致伸縮致動(dòng)器、夾具、直線電機(jī)動(dòng)子和直線電機(jī)定子，直線電機(jī)定子固定在底部，直線電機(jī)動(dòng)子安裝在直線電機(jī)定子上部；夾具固定在直線電機(jī)動(dòng)子上方；超磁致伸縮致動(dòng)器安裝在夾具內(nèi)部，超磁致伸縮致動(dòng)器的底面與夾具的側(cè)面接觸；在超磁致伸縮致動(dòng)器的中心處安裝有頂針，頂針與振鏡相接觸；在直線電機(jī)的后方放置有鐵架臺(tái)，懸臂梁安裝在鐵架臺(tái)夾上，通過螺栓與鐵架臺(tái)連接；振鏡與懸臂梁通過固定夾連接。

超磁致伸縮致動(dòng)器與夾具通過螺栓連接。

夾具與直線電機(jī)動(dòng)子通過螺釘連接。

夾具為U型殼狀，夾具底面中心處有三個(gè)形狀大小相同的通孔，夾具的側(cè)面具有2個(gè)形狀大小相同的通孔。

超磁致伸縮致動(dòng)器中間是圓筒狀，上下兩側(cè)頂蓋與底蓋為圓型的鐵蓋，頂蓋帶有三個(gè)形狀大小相同的周向通孔，并且通孔與夾具側(cè)面的通孔形狀大小相同；頂針為細(xì)圓柱體狀，一側(cè)的端面為圓形，另一側(cè)為針狀，頂針圓形端面的一側(cè)與超磁致伸縮致動(dòng)器中心處相連。

懸臂梁為長(zhǎng)條狀薄板，薄板下端有四個(gè)形狀大小相同的通孔。

固定夾為槽型，其中一端側(cè)面帶兩個(gè)形狀大小相同的螺紋孔，兩個(gè)螺釘分別通過這兩個(gè)螺紋孔將懸臂梁和振鏡固定住。

振鏡為長(zhǎng)方形的薄板狀。

優(yōu)點(diǎn)及效果

本發(fā)明是一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明充分利用超磁致伸縮材料的優(yōu)異性能，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)和超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)結(jié)合，提出一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該裝置主要是由直線電機(jī)和超磁致伸縮致動(dòng)器組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)直線電機(jī)工作的時(shí)，可有效對(duì)振鏡激光掃描系統(tǒng)中的振鏡位置進(jìn)行快速，大范圍調(diào)整；在此基礎(chǔ)上，讓超磁致伸縮致動(dòng)器工作，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的方式控制材料的伸長(zhǎng)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)振鏡位置的超精密控制。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是夾具示意圖，其中圖2(a)是夾具主視圖，圖2(b)是夾具俯視圖。

圖3是超磁致伸縮致動(dòng)器示意圖，其中圖3(a)是超磁致伸縮致動(dòng)器主視圖,圖3(b)是超磁致伸縮致動(dòng)器俯視圖。

圖4是頂針示意圖，其中圖4(a)是頂針主視圖，圖4(b)是頂針俯視圖。

圖5是懸臂梁示意圖，其中圖5(a)是懸臂梁主視圖，圖5(b)是懸臂梁主視圖俯視圖。

圖6是固定夾示意圖，其中圖6(a)是固定夾主視圖，圖6(b)是固定夾俯視圖。

圖7是振鏡示意圖，其中圖7(a)是振鏡主視圖，圖7(b)是振鏡俯視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1.超磁致伸縮致動(dòng)器，2.夾具，3.直線電機(jī)動(dòng)子，4.直線電機(jī)定子，5.頂針，6.振鏡，7.固定夾，8.懸臂梁，9.鐵架臺(tái)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：

本發(fā)明是一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用超磁致伸縮材料的優(yōu)異性能，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)和超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)結(jié)合，提出一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的工作原理：該裝置主要是由直線電機(jī)和超磁致伸縮致動(dòng)器組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)直線電機(jī)工作的時(shí)，可有效對(duì)振鏡激光掃描系統(tǒng)中的振鏡位置進(jìn)行快速，大范圍調(diào)整；在此基礎(chǔ)上，讓超磁致伸縮致動(dòng)器工作，利用超磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)特性，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的方式控制材料的伸長(zhǎng)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)振鏡位置的超精密控制。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)工作時(shí)，首先給直線電機(jī)通電，讓直線電機(jī)動(dòng)子3帶動(dòng)夾具2和超磁致伸縮致動(dòng)器1進(jìn)行快速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)合適位置，斷電讓直線電機(jī)停止工作；當(dāng)超磁致伸縮致動(dòng)器1工作時(shí)，首先給予超磁致伸縮致動(dòng)器1施加一定的預(yù)壓力，使超磁致伸縮致動(dòng)器1內(nèi)超磁致伸縮棒工作在受壓狀態(tài)以增加其磁致伸縮應(yīng)變，然后對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈中通入交變電流，該電流在驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)致超磁致伸縮棒產(chǎn)生磁致伸縮變形，輸出與驅(qū)動(dòng)電流成比例的位移，該變形推動(dòng)超磁致伸縮致動(dòng)器1中的頂針5產(chǎn)生軸向位移。

本發(fā)明提出了一種雙級(jí)磁致伸縮振鏡偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是一種振鏡的磁致伸縮雙級(jí)精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖1-圖7中所示，包括超磁致伸縮致動(dòng)器1、夾具2、直線電機(jī)動(dòng)子3和直線電機(jī)定子4，直線電機(jī)定子4固定在底部，直線電機(jī)動(dòng)子3安裝在直線電機(jī)定子4上部，夾具2固定在直線電機(jī)動(dòng)子3上方；超磁致伸縮致動(dòng)器1安裝在夾具2內(nèi)部，超磁致伸縮致動(dòng)器1的底面與夾具2的側(cè)面接觸，在超磁致伸縮致動(dòng)器1的中心處安裝有頂針5，且頂針5與振鏡6相接觸；在直線電機(jī)的后方放置有鐵架臺(tái)9，懸臂梁8安裝在鐵架臺(tái)夾上，通過螺栓與鐵架臺(tái)連接；振鏡6與懸臂梁8通過固定夾7連接。

超磁致伸縮致動(dòng)器1與夾具2通過螺栓連接，這樣可以保證超磁致伸縮致動(dòng)器1在工作中能夠更加平穩(wěn)，使輸出位移更加精確。

夾具2與直線電機(jī)動(dòng)子3通過螺釘連接，這樣能夠?qū)A具2與直線電機(jī)動(dòng)子3固定，保證當(dāng)直線電機(jī)動(dòng)子3在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)夾具2與超磁致伸縮致動(dòng)器1一起運(yùn)動(dòng)。

如圖2所示，夾具2為U型殼狀，夾具2的底面中心處有三個(gè)形狀大小相同的通孔，夾具2的側(cè)面留有兩個(gè)形狀大小相同的通孔。夾具2設(shè)置成U型殼狀，是為了能夠方便加工制作，節(jié)省加工材料，方便與超磁致伸縮致動(dòng)器1進(jìn)行固定；夾具2底面設(shè)置的通孔能夠與直線電機(jī)動(dòng)子3進(jìn)行固定，夾具2側(cè)面設(shè)置通孔能夠與超磁致伸縮致動(dòng)器1進(jìn)行固定。

如圖3所示，超磁致伸縮致動(dòng)器1（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參見專利CN104092347A）中間是圓筒狀，上側(cè)的頂蓋與下側(cè)的底蓋為圓型的鐵蓋，頂蓋帶有三個(gè)形狀大小相同的周向通孔，并且通孔與夾具2側(cè)面的通孔形狀大小相同，頂蓋通孔與夾具2側(cè)面通孔形狀大小相同是方便與夾具2進(jìn)行固定。如圖4所示，頂針5為細(xì)圓柱體狀，一側(cè)的端面為圓形，另一側(cè)為針狀，頂針5圓形端面的一側(cè)與超磁致伸縮致動(dòng)器1中心處相連。頂針為細(xì)圓柱體狀，一側(cè)為針狀，這樣可以更容易驅(qū)動(dòng)懸臂梁8偏轉(zhuǎn)；頂針5的一端與超磁致伸縮致動(dòng)器1固定可以保證更加精確的輸出位移。

如圖5所示，懸臂梁8為長(zhǎng)條狀薄板，薄板下端有四個(gè)形狀大小相同的通孔。懸臂梁8為長(zhǎng)條狀薄板是使懸臂梁8容易固定，并且可以使懸臂梁8更加容易偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生更大的偏轉(zhuǎn)角度；懸臂梁8下端的通孔是為了與固定夾7配合連接。

如圖6所示，固定夾7為長(zhǎng)方體槽形，其中一端側(cè)面帶兩個(gè)形狀大小相同的螺紋孔，固定夾7為長(zhǎng)方體槽形，是為了將懸臂梁8和振鏡6一同固定??；固定夾7側(cè)面的螺紋口可以使螺釘能夠固定懸臂梁8與振鏡6。

如圖7所示，振鏡6為長(zhǎng)方形的薄板狀，方便固定夾7夾持，使振鏡6能夠工作在穩(wěn)定的狀態(tài)中，從而得到精確的偏轉(zhuǎn)位移。

本發(fā)明是由直線電機(jī)和超磁致伸縮致動(dòng)器1組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)直線電機(jī)工作的時(shí)，讓直線電機(jī)動(dòng)子3帶動(dòng)夾具2和超磁致伸縮致動(dòng)器1進(jìn)行快速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)合適位置，讓直線電機(jī)停止工作，因此可有效對(duì)振鏡6位置進(jìn)行快速，大范圍調(diào)整；在此基礎(chǔ)上，當(dāng)超磁致伸縮致動(dòng)器1工作時(shí)，首先給予超磁致伸縮致動(dòng)器1施加一定的預(yù)壓力，使超磁致伸縮致動(dòng)器內(nèi)超磁致伸縮棒工作在受壓狀態(tài)以增加其磁致伸縮應(yīng)變，然后對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈中通入交變電流，該電流在驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)致超磁致伸縮棒產(chǎn)生磁致伸縮變形，輸出與驅(qū)動(dòng)電流成比例的位移，該變形推動(dòng)超磁致伸縮致動(dòng)器中的頂針5產(chǎn)生軸向位移。利用超磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)特性，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的方式控制材料的伸長(zhǎng)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)振鏡6位置的超精密控制。