[發(fā)明專利]基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺及切換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310065633.6
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103318839A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 高健;譚國成;陳新;姜永軍;曹占倫;楊志軍;劉冠峰;李澤湘
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: B81C99/00
• 分類號: B81C99/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，包括有平臺底板及音圈電機，平臺底板安裝在隔振基座上，音圈電機安裝在平臺底板的一側，音圈電機包括有音圈電機外殼、音圈電機磁鐵組件、音圈電機線圈、音圈電機線性編碼器、音圈電機軸、電機軸連接架、音圈電機伸出軸、聯(lián)軸器，其中音圈電機磁鐵組件安裝在音圈電機外殼的側面，音圈電機線圈安裝在音圈電機外殼的底部，音圈電機軸安裝在音圈電機線圈內(nèi)，音圈電機軸通過聯(lián)軸器及電機軸連接架與音圈電機伸出軸的一端連接，電機軸連接架的下方安裝有對音圈電機的位置信號進行反饋的音圈電機線性編碼器，音圈電機伸出軸的另一端與壓桿的一端連接，壓桿的另一端與壓電陶瓷連接，壓電陶瓷安裝固定在工作臺上，工作臺的上方裝設有加速度傳感器，工作臺的下方安裝有直線導軌滑塊，直線導軌滑塊裝設在直線導軌上組成直線運動副，直線導軌滑塊能在直線導軌上進行直線運動，電機軸連接架能沿直線導軌直線運動，直線導軌裝設在工作臺上，工作臺的側邊安裝有絕對光柵讀數(shù)頭，光柵讀數(shù)頭沿運動方向緊貼安裝有絕對光柵尺，絕對光柵尺安裝在平臺底板上。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述壓桿上還設有對壓電陶瓷進行預緊力調(diào)整的預緊力調(diào)整機構，包括有預緊螺母和彈簧，預緊螺母通過外螺紋與壓電陶瓷安裝板所設的圓形套筒連接，彈簧裝設在壓桿所設的定位凸臺與預緊螺母之間，預緊螺母、壓電陶和彈簧都安裝在壓電陶瓷安裝板所設的圓形套筒。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述壓桿與壓電陶瓷連接的一端設有半圓凹印，所設半圓凹印直接壓在壓電陶瓷上。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述壓電陶瓷通過壓電陶瓷安裝板安裝固定在工作臺上，壓電陶瓷通過壓電陶瓷安裝板背面所設的通孔用壓電陶瓷安裝螺絲進行固定。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述隔振基座為大理石隔振臺；上述電陶瓷安裝板用螺栓安裝到工作臺上。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述工作臺通過沉頭螺絲固定直線導軌滑塊。

7.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述音圈電機伸出軸與壓桿的連接端設有內(nèi)螺紋，音圈電機伸出軸通過內(nèi)螺紋與壓桿連接。

8.根據(jù)權利要求5所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述平臺底板通過底板安裝螺絲安裝在大理石隔振臺上;上述音圈電機磁鐵組件用螺絲安裝在音圈電機外殼的側面。

9.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺，其特征在于上述工作臺的側邊開有用于安裝絕對光柵讀數(shù)頭的兩個孔，絕對光柵尺自帶專用的安裝帶安裝在平臺底板的墻板上；工作臺的下方通過直線導軌滑塊安裝螺栓安裝有直線導軌滑塊，直線導軌滑塊裝設在直線導軌上組成直線運動副，直線導軌滑塊能在直線導軌上進行直線運動。

10.一種根據(jù)權利要求1所述的基于壓電陶瓷的高速高精度宏微平臺的切換方法，其特征在于包括如下步驟：

1）當工作臺的運動位移為P時，其運動可分解為宏運動位移P1和微運動位移P2，平臺的定位精度由壓電陶瓷的微進給保證，首先宏運動由音圈電機驅(qū)動進給實現(xiàn)，由音圈電機線性編碼器反饋平臺的位置信號，通過位置信號的比較與閉環(huán)反饋控制，實現(xiàn)音圈電機的宏運動，在工作臺的宏運動過程中，音圈電機的線性編碼器具有高響應頻率，能在高速運動中實時反饋平臺的位置信號；

2）在宏運動平臺的高速加減速運動中，平臺的振動信號通過數(shù)據(jù)采集卡從加速度傳感器實時提取，f1是實時分析振動信號所得到的工作臺振動主頻率；當平臺減速時，必然在高速運動情況下產(chǎn)生較大的振動，當主頻率f1超過預定閾值頻率f0，則啟動軸向安裝的壓電陶瓷的減振功能，對平臺施加反向運動，實現(xiàn)平臺的快速減振；

3）當宏運動平臺接近行程終點，即P1-Pz<＝e1成立時，e1為宏運動的位置精度，若平臺的振動頻率f1仍然大于平臺穩(wěn)定時要求的頻率f0，則壓電陶瓷繼續(xù)進行減振，當f1<＝f0成立時，系統(tǒng)進行壓電陶瓷的功能切換和光柵信號的切換，啟動平臺的微驅(qū)動，并同時讀取絕對光柵尺的位置讀數(shù)；微運動由壓電陶瓷驅(qū)動，其閉環(huán)位置控制的位置信號由具有高分辨率的絕對光柵尺提供，將絕對光柵尺的位置信號Pj和終點位置P進行比較，通過高精度位置閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)納米級別的微定位。