[實(shí)用新型]一種超聲波驅(qū)動(dòng)的精密分度裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720087582.7
• 申請(qǐng)日: 2007-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN201082510Y
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晏良俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q16/02
• 分類號(hào): B23Q16/02;B23Q16/12;H02N2/00;G01B11/26
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 唐正玉

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于精密分度領(lǐng)域，涉及一種超聲波驅(qū)動(dòng)的精密分度裝置。

背景技術(shù)

精密分度裝置廣泛的應(yīng)用于計(jì)量、機(jī)械制造、科研等領(lǐng)域。目前，業(yè)界使用最廣泛的高精度分度裝置的結(jié)構(gòu)一般都是由電氣硬件系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、控制軟件系統(tǒng)等構(gòu)成。其中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括減速機(jī)構(gòu)(傳動(dòng)裝置主要是蝸桿蝸輪)、夾具等是決定分度精度的關(guān)鍵。

為了提高它的讀數(shù)分辨能力和減小連續(xù)分度積累誤差，一般采用高分辨率的編碼器和高精密度的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來提高分度精度。隨著分度精度要求的提高，決定分度精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度也使機(jī)械加工成本成倍增加。因此，目前絕對(duì)分度精度誤差小于10″的分度頭的價(jià)格一般在10萬元以上。對(duì)于更高要求的分度頭，目前不僅價(jià)格昂貴，而且其高精度分度性能的可靠性也存在一定的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是為了克服現(xiàn)有分度裝置精度上依賴傳動(dòng)系統(tǒng)，因而其成本昂貴、精度難以達(dá)到角秒級(jí)和可靠性不高等問題，直接利用超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)分度軸進(jìn)行分度，避免了現(xiàn)有分度裝置的分度精度依賴傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度缺點(diǎn)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種超聲波驅(qū)動(dòng)的精密分度裝置，包括機(jī)座11、超聲波電機(jī)7、軸承1、角度檢測傳感器(3，5)、分度頭的主軸2、陶瓷圓盤4，角度檢測傳感器為角度檢測圓光柵3和角度檢測讀數(shù)頭5，其特征在于：分度頭的主軸2上設(shè)計(jì)帶15°圓錐臺(tái)階，如圖2所示，且一邊為15°圓錐面，另一邊為圓柱面，角度檢測圓光柵3安裝在主軸15°的圓錐面上，陶瓷圓盤4固定在分度頭的主軸的圓盤上，分度頭的主軸2通過軸承1安裝在機(jī)座11上，超聲波電機(jī)7安裝在機(jī)座底板10上的電機(jī)安裝座8上，并通過陶瓷圓盤4來撥動(dòng)分度頭的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角度檢測讀數(shù)頭5通過讀數(shù)頭安裝座12安裝在機(jī)座底板10上。

所述的軸承1為角接觸式軸承。

所述的角度檢測讀數(shù)頭5為非接觸式光柵檢測器。

在負(fù)載較大的應(yīng)用場合，一個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力可能不夠，還可以沿分度頭的主軸2的圓周方向?qū)ΨQ均勻分布多個(gè)超聲波電機(jī)以滿足驅(qū)動(dòng)能力要求。

根據(jù)應(yīng)用的需要，也可以將分度頭的主軸設(shè)計(jì)成豎直方向，從而成為立式分度頭。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：利用超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)的分度頭由于電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)分度主軸，消除了由中間傳動(dòng)系統(tǒng)所帶來的誤差，只要精確控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)精確分度和定位。

超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)的分度頭由于其結(jié)構(gòu)簡單使其工作可靠性大大提高，另一方面，也大大提高了整機(jī)的性能價(jià)格比，隨著國內(nèi)超聲波電機(jī)及編碼器等器件研究的深入，相信降低成本還會(huì)有很大的空間。

超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)的分度頭在配置高精度的檢測傳感器和控制器的條件下，幾乎可以滿足任何分度及定位要求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的帶15°圓錐臺(tái)階的主軸結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括機(jī)座11、超聲波電機(jī)7、軸承1、角度檢測傳感器(3，5)、分度頭的主軸2、陶瓷圓盤4，角度檢測傳感器為角度檢測圓光柵3和角度檢測讀數(shù)頭5，分度頭的主軸2的輸出端可根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)成開放的連接形式，以滿足連接各種不同的夾具。軸承1將分度頭的主軸2固定在機(jī)座11上，分度頭的主軸如圖2所示，圖2中13為帶15°圓錐臺(tái)階，圖2中14為安裝圓光柵的環(huán)形面，角度檢測圓光柵3安裝圖2中13處的圓錐面上，陶瓷圓盤4固定在圖2中14處環(huán)形平面上，超聲波電機(jī)7安裝在機(jī)座底板10上的電機(jī)安裝座8上，并通過陶瓷圓盤4來撥動(dòng)分度頭的主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，角度檢測讀數(shù)頭5安裝在機(jī)座底板10上。角度檢測讀數(shù)頭5為非接觸式光柵檢測器，將角度檢測圓光柵上的光柵數(shù)以脈沖形式輸出，角度檢測圓光柵3和角度檢測讀數(shù)頭5組合起來實(shí)際上構(gòu)成了角度檢測傳感器，將主軸的角度信息反饋給控制系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)控制回路，從而實(shí)現(xiàn)精確分度。在負(fù)載較大的應(yīng)用場合，一個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力可能不夠，還可以沿分度頭的主軸2的圓周方向?qū)ΨQ均勻分布多個(gè)超聲波電機(jī)以滿足驅(qū)動(dòng)能力要求。圖1中9為分度頭的外罩。

根據(jù)應(yīng)用的需要，也可以將分度頭的主軸設(shè)計(jì)成豎直方向，從而成為立式分度頭。

超聲波電機(jī)也叫陶瓷電機(jī)，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)—在交變電場作用下，陶瓷會(huì)產(chǎn)生伸縮的現(xiàn)象—直接將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，這種電機(jī)的工作頻率一般在20kHz以上，故稱為壓電超聲波電機(jī)。通常通過各種振動(dòng)模式轉(zhuǎn)換與復(fù)合，壓電超聲波電機(jī)才能將壓電體簡單的伸縮模式變成所需要的可用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模式。根據(jù)壓電現(xiàn)象中的超聲波駐波原理，即利用多種振動(dòng)模耦合形成定子表面粒子橢圓運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可運(yùn)動(dòng)物體也就是轉(zhuǎn)子在一定壓力下與定子表面接觸，則定子表面質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其工作原理和一個(gè)人不斷地用手撥一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方式相似。附圖1中的6為超聲波電機(jī)的壓電振子。超聲波電機(jī)就是通過壓電振子6來撥動(dòng)陶瓷圓盤4從而使分度頭的主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)。