[發明專利]基于激光位移傳感器的柔性臂振動測量及控制裝置與方法

有效

• 申請號: 201710585145.6
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107389287B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 邱志成;林浩輝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于激光位移傳感器的柔性臂振動測量及控制裝置與方法，裝置包括直驅旋轉電機、連桿單元、滑塊平臺、滾動導軌組合單元、導軌底板、伺服電機、柔性臂、可調節工作臺、激光位移傳感器、壓電陶瓷傳感器、電荷放大器、激光位移傳感器控制器、A/D轉換器、工業計算機、編碼器、D/A轉換器、伺服放大器、壓電前置放大電路以及壓電陶瓷驅動器；壓電陶瓷傳感器、電荷放大器、A/D轉換器以及工業計算機依次連接；激光位移傳感器控制器連接激光位移傳感器以及A/D轉換器；編碼器連接工業計算機、直驅旋轉電機以及伺服電機。本發明實時動態測量柔性臂的位移變化，通過工業計算機對各測量處理和控制算法，實現對移動柔性臂的振動主動控制目的。

技術領域

本發明涉及柔性結構的定位和振動控制技術領域，尤其涉及一種基于激光位移傳感器的柔性臂振動測量及控制裝置與方法。

背景技術

隨著現代社會技術的創新與新型材料的出現，各個行業領域都逐步向輕質化、高靈活性以及高自適應能力方向發展，這也勢必對未來輕量、高靈活性材料的發展提出更高的要求和更艱巨的挑戰。輕質化且具有高靈活性的材料一般都具有很高的柔性。在使用過程中，柔性材料具有模態阻尼小、模態頻率低且高階等特點，在不同環境條件作用下的空間模型狀態各不相同，而且無法主動根據要求調整自身的空間模型狀態以適應不同的外界環境。因此，為了避免柔性材料因長時間的振動導致失效，保證甚至延長柔性材料的使用周期，勢必需要加裝檢測設備和控制設備，以調整柔性材料的空間模型狀態達到要求，而目前較高精度的設備都具有一定的質量，若直接加裝在柔性材料上，其設備的附加質量和柔性材料剛度等結構特性的改變將嚴重影響測量結果，從而無法達到既定的要求。此外，新型輕量的檢測設備和控制設備的精度一般較低，無法達到對柔性材料的精度要求。所以采用非接觸式測量方法能夠完全避免附加質量帶來的影響，同時能夠保證了一定的精度要求。

非接觸式方法目前主要有以光電、超聲波和電磁等為技術基礎，而以光電技術為基礎的非接觸式測量設備使用較為廣泛。其中，激光位移傳感器通過半導體激光向目標發出光束，鏡頭聚集目標反射的激光光線并在感光性元器件上形成圖像。因感光性元器件上的光點位置隨著測量目標和感測頭間的距離變化而改變，系統對該變化量按相應算法進行估算，并將其轉換為目標位置的測量結果。激光位移傳感器具有高響應速度、高測量精度、測量頻率范圍廣以及高質量的信號采集和處理能力等優點，能夠滿足在不改變柔性材料各種結構特性的情況下，進行準確的各類信號測量。

現有柔性材料結構的檢測設備和控制設備基本都是固定安裝于工作臺，并且主體不發生任何移動。而柔性材料結構自適應的實現，一般需要檢測設備和控制設備一并運動。本發明中利用曲柄滑塊機構實現了裝置的主體都發生移動，激光位移傳感器和伺服電機避免了附加質量對測量結果的影響，同時實現了對柔性材料結構模態特性的高精度測量。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供基于激光位移傳感器的柔性臂振動測量及控制裝置與方法，利用了壓電陶瓷片低能耗、低發熱、低電磁噪聲、動態響應快及輕量微型的優點，和激光位移傳感器具有高響應速度、高測量精度、高測量頻率以及高質量的信號的優勢，實現快速地高精度振動控制。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于激光位移傳感器的柔性臂振動測量及控制裝置，包括直驅旋轉電機、連桿單元、滑塊平臺、滾動導軌組合單元、導軌底板、伺服電機、柔性臂以及可調節工作臺；其中

所述直驅旋轉電機、連桿單元以及滑塊平臺依次固定連接，所述滑塊平臺通過直線雙導軌設置于導軌底板上；所述直驅旋轉電機通過驅動連桿單元，從而帶動所述滑塊平臺在導軌底板的直線雙導軌上做往復運動；

所述滾動導軌組合單元固定于所述滑塊平臺上，所述柔性臂通過柔性臂支架固定于所述滾動導軌組合單元上，所述伺服電機固定在滑塊平臺上，所述伺服電機通過聯軸器連接所述滾動導軌組合單元；所述伺服電機通過驅動聯軸器，從而驅動滾動導軌組合單元在滑塊平臺上運動，進一步驅動所述柔性臂的運動；

所述可調節工作臺固定在所述滑塊平臺上，并與所述柔性臂相互平行。