本发明专利技术涉及精密二维运动场合，可用于通用XY运动平台的精密位移补偿，本发明专利技术具体涉及基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，包括X向与Y向运动子平台及对应驱动器、微动工作平台，利用通过螺钉调节张紧力的薄膜组作为柔性铰链，实现二维微动平台的振动频率的独立调整。本发明专利技术采用上述结构，基于预应力膜，频率可调，能根据不同的工况和驱动频率，可在工作前或工作过程中调节微动平台的固有频率，两个进给运动方向正交，避免微动工作台在二维运动时发生耦合。
【技术实现步骤摘要】
基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台
本专利技术新型涉及精密运动平台，可用于精密操作和宏微复合高速精密补偿，本专利技术具体涉及基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台。
技术介绍
为了实现二维精密运动，精确、稳定的进给机构显得尤为重要，因为它与产品的质量密切相关。另外，复杂光学自由曲面由于体积小，高精度更是对微进给机构提出了严格的要求。微进给系统是加工此类产品的基础，其广泛应用于快刀伺服进给系统，微动工作台和宏微复合平台等中。传统的二维微进给装置通常采用固定频率设计，对材料特性和制造误差提出了极高的要求，尤其在加工不同产品时，其驱动频率通常会变化，使得固定频率的运动平台位移放大因子不一致，从而使得位移放大失真。此外，现有的基于柔性铰链的二维微动平台运动耦合，运动控制复杂，难于满足高速精密运动需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，基于预应力膜，频率可调，两个进给装置的驱动方向相互垂直，避免微动工作台在二维运动时发生耦合。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，包括有X向薄膜组（201）、Y向薄膜组（202）、X向运动子平台（203）、Y向运动子平台（204）、外框架（205）、X向驱动、Y向驱动、X向位移传感器（8）、Y向位移传感器（10）、机架（1）和工作平台（5）；所述外框架（205）固定于所述机架（1）；具有弹性的所述X向薄膜组（201）设置于所述X向运动子平台（203）的两侧，其一端连接于所述外框架（205）内侧壁，另一端连接于所述X向运动子平台（203）；具有弹性的所述Y向薄膜组（202）设置于所述Y向运动子平台（204）的两侧，其一端连接于所述X向运动子平台（203）的内侧壁，另一端连接于所述Y向运动子平台（204）；所述X向薄膜组（201）和Y向薄膜组（202）相互垂直；所述工作平台（5）刚性连接于所述Y向运动子平台（204）；所述的X向薄膜组（201）和Y向薄膜组（202）中各自的薄膜均为平行布置，且薄膜的长度方向分别垂直于X向运动子平台（203）和Y向运动子平台（204）的进给方向；所述X向驱动包括有X向驱动定子（301）和X向驱动动子（302）；所述Y向驱动包括有Y向驱动定子（401）和Y向驱动动子（402）。其中所述的X向驱动定子（301）和Y向驱动定子（401）均固定在机架（1）上；所述的X向驱动动子（302）固定在X向运动子平台（203）上，所述的Y向驱动动子（402）固定在Y向运动子平台（204）上；所述外框架（205）在其与X向薄膜组（201）的相连接处设置有槽（2），使所述外框架（205）的内侧形成较薄的可变形的X向运动子平台弹性件(6)，所述外框架（205）设有调节X向运动子平台弹性件(6)变形度的X向频率调节机构（11）；所述Y向运动子平台（204）设有调节与所述Y向薄膜组（202）的连接处为可变形的Y向运动子平台弹性件（9），所述Y向运动子平台（204）设有调节Y向运动子平台弹性件（9）的Y向频率调节机构（7）。在所述X向运动子平台（203）和所述Y向运动子平台（204）的进给方向的端部分别设置有X向位移传感器（8）和Y向位移传感器（10）。所述X向位移传感器（8）和Y向位移传感器（10）为电容式或电感式传感器在所述X向位移传感器（8）和Y向位移传感器（10）的非工作面设置有绝缘层。所述X向薄膜组（201）、Y向薄膜组（202）、X向运动子平台（203）、Y向运动子平台（204）和外框架（205）为一体式结构。所述Y向运动子平台（204）在其内侧转角处设置有圆弧形内嵌式孔槽（206）。所述X向音圈电机的磁性定子（301）和线圈动子（302）在图示Y向留有运动间隙，所述Y向音圈电机的磁性定子（401）和线圈动子（402）在图示X向留有运动间隙。通过所述方式，驱动机构实现XY向运动解耦。所述X向驱动器和所述Y向驱动器为音圈电机。所述X向频率调节机构（11）为穿过所述槽（2）的螺栓，其两端分别连接于所述槽（2）的两侧；所述Y向频率调节机构（7）为穿过所述Y向运动子平台（204）并连接于所述工作平台（5）的螺栓。所述X向频率调节机构（11）为穿过所述槽（2）的压电陶瓷驱动器，其两端分别连接于所述槽（2）的两侧；所述Y向频率调节机构（7）为穿过所述Y向运动子平台（204）并连接于所述工作平台（5）的压电陶瓷驱动器。本专利技术所提出的微动平台频率调节的技术原理为：预应力膜所构成的柔顺机构的固有频率与预应力膜的张力相关，通过调节预应力膜内的张紧力来调节机构的固有频率，满足不同工况的要求。由于采用上述技术方案，本专利技术提出的频率调节二维微动平台具有以下优点：1.采用了基于调节预应力膜张紧力来改变机构固有频率的的设计方案，可以手动或动态的调整机构的运动特性，改善并提高微动平台的性能。2.本专利技术所提出的二维微动平台中驱动器的大质量的定子都固定在机架上，减小了二维微动平台的运动惯性，有利于提高微动平台的响应速度。3.本专利技术所提出的二维微动平台采用一体式柔顺机构来实现XY平面内二维位移，X向运动平台和Y向运动平台之间没有运动副间隙，可以适应高执行频率的工作环境。4.本专利技术所提出的二维微动平台的X向运动方向与Y向运动方向相互垂直，运动控制简单。附图说明图1是本专利技术一种实例的结构轴测示意图图2是本专利技术的一种实例的正视图图3是本专利技术的一维微动平台的薄膜组、运动子平台和外框架的一体式结构示意图图4是本专利技术的另一种实例的结构轴测示意图图5是本专利技术的另一种实例的正视图。其中:机架1，槽2，X向薄膜组201，Y向薄膜组202，X向运动子平台203，Y向运动子平台204，外框架205，内嵌式孔槽206，X向驱动定子301，X向驱动动子302，Y向驱动定子401，Y向驱动动子402，工作平台5，X向运动子平台弹性件6，Y向频率调节机构7，X向位移传感器8，Y向运动子平台弹性件9，Y向位移传感器10，X向频率调节机构11，Y向压电陶瓷片12，X向压电陶瓷片13。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如图1至图3所示的基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，包括有X向薄膜组201、Y向薄膜组202、X向运动子平台203、Y向运动子平台204、外框架205、X向驱动、Y向驱动、X向位移传感器8、Y向位移传感器10、机架1和工作平台5；所述外框架205固定于所述机架1；具有弹性的所述X向薄膜组201设置于所述X向运动子平台203的两侧，其一端连接于所述外框架205内侧壁，另一端连接于所述X向运动子平台203；具有弹性的所述Y向薄膜组202设置于所述Y向运动子平台204的两侧，其一端连接于所述X向运动子平台203的内侧壁，另一端连接于所述Y向运动子平台204；所述X向薄膜组201和Y向薄膜组202相互垂直；所述工作平台5刚性连接于所述Y向运动子平台204；所述的X向薄膜组201和Y向薄膜组202中各自的薄膜均为平行布置，且薄膜的长度方向分别垂直于X向运动子平台203和Y向运动子平台204的进给方向；所述X向驱动包括有X向驱动定子301和X向驱动动子302；所述Y向驱动包括有Y向驱动定子40本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，其特征在于：包括有X向薄膜组(201)、Y向薄膜组(202)、X向运动子平台(203)、Y向运动子平台(204)、外框架(205)、X向驱动、Y向驱动、X向位移传感器(8)、Y向位移传感器(10)、机架(1)和工作平台(5)；所述外框架(205)固定于所述机架(1)；具有弹性的所述X向薄膜组(201)设置于所述X向运动子平台(203)的两侧，其一端连接于所述外框架(205)内侧壁，另一端连接于所述X向运动子平台(203)；具有弹性的所述Y向薄膜组(202)设置于所述Y向运动子平台(204)的两侧，其一端连接于所述X向运动子平台(203)的内侧壁，另一端连接于所述Y向运动子平台(204)；所述X向薄膜组(201)和Y向薄膜组(202)相互垂直；所述工作平台(5)刚性连接于所述Y向运动子平台(204)；所述的X向薄膜组(201)和Y向薄膜组(202)中各自的薄膜均为平行布置，且薄膜的长度方向分别垂直于X向运动子平台(203)和Y向运动子平台(204)的进给方向；所述X向驱动包括有X向驱动定子(301)和X向驱动动子(302)；所述Y向驱动包括有Y向驱动定子(401)和Y向驱动动子(402)。其中所述的X向驱动定子(301)和Y向驱动定子(401)均固定在机架(1)上；所述的X向驱动动子(302)通过固定在X向运动子平台(203)上，所述的Y向驱动动子(402)通过固定在Y向运动子平台(204)上；所述外框架(205)在其与X向薄膜组(201)的相连接处设置有槽(2)，使所述外框架(205)的内侧形成较薄的可变形的X向运动子平台弹性件(6)，所述外框架(205)设有调节X向运动子平台弹性件(6)变形度的X向频率调节机构(11)；所述Y向运动子平台(204)设有调节与所述Y向薄膜组(202)的连接处为可变形的Y向运动子平台弹性件(9)，所述Y向运动子平台(204)设有调节Y向运动子平台弹性件(9)的Y向频率调节机构(7)。...
【技术特征摘要】
1.基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，其特征在于：包括有X向薄膜组（201）、Y向薄膜组（202）、X向运动子平台（203）、Y向运动子平台（204）、外框架（205）、X向驱动、Y向驱动、X向位移传感器（8）、Y向位移传感器（10）、机架（1）和工作平台（5）；所述外框架（205）固定于所述机架（1）；具有弹性的所述X向薄膜组（201）设置于所述X向运动子平台（203）的两侧，其一端连接于所述外框架（205）内侧壁，另一端连接于所述X向运动子平台（203）；具有弹性的所述Y向薄膜组（202）设置于所述Y向运动子平台（204）的两侧，其一端连接于所述X向运动子平台（203）的内侧壁，另一端连接于所述Y向运动子平台（204）；所述X向薄膜组（201）和Y向薄膜组（202）相互垂直；所述工作平台（5）刚性连接于所述Y向运动子平台（204）；所述的X向薄膜组（201）和Y向薄膜组（202）中各自的薄膜均为平行布置，且薄膜的长度方向分别垂直于X向运动子平台（203）和Y向运动子平台（204）的进给方向；所述X向驱动包括有X向驱动定子（301）和X向驱动动子（302）；所述Y向驱动包括有Y向驱动定子（401）和Y向驱动动子（402）；其中所述的X向驱动定子（301）和Y向驱动定子（401）均固定在机架（1）上；所述的X向驱动动子（302）固定在X向运动子平台（203）上，所述的Y向驱动动子（402）固定在Y向运动子平台（204）上；所述外框架（205）在其与X向薄膜组（201）的相连接处设置有槽（2），使所述外框架（205）的内侧形成较薄的可变形的X向运动子平台弹性件(6)，所述外框架（205）设有调节X向运动子平台弹性件(6)变形度的X向频率调节机构（11）；所述Y向运动子平台（204）设有调节与所述Y向薄膜组（202）的连接处为可变形的Y向运动子平台弹性件（9），所述Y向运动子平台（204）设有调节Y向运动子平台弹性件（9）的Y向频率调节机构（7）。2.根据权利要求1所述的基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨志军，白有盾，陈新，高健，杨海东，王梦，汤晖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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