一种大行程位移驱动装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大行程位移驱动装置，包括载物台、一级位移放大机构和二级位移机构；一级位移放大机构包括丝杠、与丝杠螺纹连接的移动支撑板和用于驱动丝杠转动以带动移动支撑板沿载物台的轴向直线移动的扭矩输出装置；二级位移机构包括多个压电陶瓷驱动器，各压电陶瓷驱动器的底端与移动支撑板的顶面固定连接，顶端与载物台球铰连接，且压电陶瓷驱动器的驱动方向为载物台的轴向。该大行程位移驱动装置兼具了大行程和精度高的特点，实现了大行程范围内的超精密微位移。且通过各压电陶瓷驱动器的耦合运动能够实现载物台的高精度位移运动和不同角度的偏摆运动。本发明专利技术还公开一种大行程位移驱动装置的控制方法，其有益效果如上所述。

【技术实现步骤摘要】
一种大行程位移驱动装置及其控制方法
本专利技术涉及光、机、电相结合的精密位移控制
，尤其涉及一种大行程位移驱动装置及其控制方法。
技术介绍
近年来，随着我国工业水平的不断提高，在国防工业、航天宇航技术、生物工程、微电子工程、纳米科学与技术等多种领域对超精密技术的需求日益迫切，精度的提高，意味着产品性能和质量大幅度地提高。具体的，微型机电系统的制造与检测、大规模集成电路的生产、超精密加工及其精密测量等等，都离不开超精密定位技术，超精密定位技术已成为精密工程领域的关键技术之一。随着压电驱动技术的发展，在一定程度上缓解了高精度测量难题，但是压电材料驱动行程小，其最大行程只有几十微米。然而，超精密技术的发展，要求进给系统能够实现大行程范围内的超精密微位移。综上所述，如何有效地解决进给系统难以实现大行程范围内的超精密微位移等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种大行程位移驱动装置及其控制方法，该大行程位移驱动装置的结构设计可以有效地解决进给系统难以实现大行程范围内的超精密微位移的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大行程位移驱动装置，包括载物台，还包括一级位移放大机构和二级位移机构；所述一级位移放大机构包括丝杠、与所述丝杠螺纹连接的移动支撑板和用于驱动所述丝杠转动以带动所述移动支撑板沿所述载物台的轴向直线移动的扭矩输出装置；所述二级位移机构包括多个压电陶瓷驱动器，各所述压电陶瓷驱动器的底端与所述移动支撑板的顶面固定连接，顶端与所述载物台球铰连接，且所述压电陶瓷驱动器的驱动方向为所述载物台的轴向。优选地，上述大行程位移驱动装置中，还包括连接螺杆，所述连接螺杆的底端与所述压电陶瓷驱动器的顶端固定连接，所述连接螺杆的顶端具有球头，所述载物台的底面固定连接有与所述球头配合的球头包盖。优选地，上述大行程位移驱动装置中，包括至少三个所述压电陶瓷驱动器，且各所述压电陶瓷驱动器沿周向均匀分布。优选地，上述大行程位移驱动装置中，所述载物台包括载物台本体、载物台支撑座和支撑底板，所述载物台支撑座与所述压电陶瓷驱动器的顶端球铰连接，所述支撑底板固定连接于所述载物台本体的底面，所述支撑底板的至少两侧具有向外延伸的凸起，所述载物台支撑座的顶面具有与所述凸起配合的插槽，所述凸起插入所述插槽以将所述支撑底板与所述载物台支撑座固定连接。优选地，上述大行程位移驱动装置中，所述载物台支撑座的顶面上成对的固定连接有立柱，每对所述立柱的顶面可拆卸的固定连接有固定卡板，以围成所述插槽。优选地，上述大行程位移驱动装置中，所述固定卡板与所述凸起之间具有弹性垫，所述立柱与所述凸起之间具有弹性垫。优选地，上述大行程位移驱动装置中，还包括用于支撑所述一级位移放大机构的底板，所述扭矩输出装置固定于所述底板上。优选地，上述大行程位移驱动装置中，还包括立设于所述底板表面上并沿周向分布的若干根导向柱，各所述导向柱的内壁上均设置有沿所述载物台轴向延伸的滑轨，且所述移动支撑板的外壁可滑动的设置于所述滑轨上。优选地，上述大行程位移驱动装置中，所述移动支撑板为双层夹板结构，且所述移动支撑板的上层夹板与下层夹板之间通过垂向设置的连接板连接成一体，所述连接板的外壁上设置有用于与所述滑轨配合的滑块。优选地，上述大行程位移驱动装置中，还包括多对激光发射器和回射装置，每对所述回射装置与所述激光发射器中的一者固定连接于所述载物台的底面，另一者固定连接于所述底板表面上，且所述激光发射器和所述回射装置正对设置。本专利技术提供的大行程位移驱动装置包括载物台、一级位移放大机构和二级位移机构。其中，一级位移放大机构包括丝杠、与丝杠螺纹连接的移动支撑板和用于驱动丝杠转动以带动移动支撑板沿载物台的轴向直线移动的扭矩输出装置；二级位移机构包括多个压电陶瓷驱动器，各压电陶瓷驱动器的底端与移动支撑板的顶端固定连接，顶端与载物台球铰连接，且压电陶瓷驱动器的驱动方向为载物台的轴向。应用本专利技术提供的大行程位移驱动装置，工作时可先控制二级位移机构停止，一级位移放大机构先行工作，带动二级位移机构及载物台整体移动。当载物台运行到目标行程范围内后，一级位移放大机构停止继续动作，二级位移机构开始动作，并带动载物台进行位移微调，以移动至目标位置。综上，该大行程位移驱动装置的一级位移放大机构，采用丝杠结构能够将二级位移机构的输出位移进行一级放大，以满足载物台的大行程移动。且二级位移机构采用压电陶瓷驱动器，利用压电陶瓷驱动器本身高精度的特点，使得该大行程位移驱动装置兼具了大行程和精度高的特点，实现了大行程范围内的超精密微位移。另外，由于各压电陶瓷驱动器的顶端与载物台铰接，进而通过各压电陶瓷驱动器的耦合运动能够实现载物台的高精度位移运动和不同角度的偏摆运动，可以补偿载物台工作面的精度不足，以保证高精度运输。本专利技术还提供了一种大行程位移驱动装置的控制方法，用于上述任一种大行程位移驱动装，包括：对各压电陶瓷驱动器通电，并控制各所述压电陶瓷驱动器的驱动端移动至预设行程位置处；根据预设的平行标定规则，判断载物台的工作面是否处于水平位置，若是，则执行后续步骤，否则，则对所述压电陶瓷驱动器进行解耦计算，并获得各个所述压电陶瓷驱动器的行程调整参数，再根据各个所述压电陶瓷驱动器的行程调整参数对各个所述压电陶瓷驱动器输出对应大小的调整电压，以使得所述载物台的工作面处于水平位置；控制所述压电陶瓷驱动器的电压归零，并向一级位移放大机构发出运行指令，同时接收检测获得的所述载物台的位移反馈值，判断所述载物台是否达到指定位置，当所述载物台到达指定位置时，锁定所述一级位移放大机构；向各所述压电陶瓷驱动器输出预设电压，使其根据预设电压进行对应微位移量的伸缩，以使所述载物台的位移量达到预设精度。优选地，上述控制方法还包括：接收角度偏转指令，根据所述角度偏转指令计算各个所述压电陶瓷驱动器的目标微位移量；获取各个压电陶瓷驱动器的实际伸缩量，并根据所述实际伸缩量和所述目标微位移量对所述压电陶瓷驱动器进行解耦计算，以得到各个所述压电陶瓷驱动器的实际微位移量；根据所述实际微位移量向所述压电陶瓷驱动器输出对应大小的电压，各个所述压电陶瓷驱动器的驱动端根据输出的电压大小进行对应的微位移，以使得载物台实现与所述角度偏转指令对应的偏转角度。本专利技术所提供的大行程位移驱动装置的控制方法，采用压电陶瓷驱动器对载物台的微位移进行控制，能够实现载物台的高精度位移控制。采用该大行程位移驱动装置的控制方法，采用压电陶瓷驱动器对载物台的微位移进行控制，能够实现载物台的高精度位移控制；多个压电陶瓷驱动器协作运动，实现载物台的微位移的同时，还能根据各个压电陶瓷驱动器的行程量实现载物台不同的偏转角度，可以补偿载物台工作面的精度不足，以保证高精度运输。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个具体实施例的大行程位移驱动装置的结构示意图；图2为图1中二级位移机构与移动支撑板配合的结构示意图；图3为图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大行程位移驱动装置，包括载物台，其特征在于，还包括一级位移放大机构和二级位移机构；所述一级位移放大机构包括丝杠、与所述丝杠螺纹连接的移动支撑板和用于驱动所述丝杠转动以带动所述移动支撑板沿所述载物台的轴向直线移动的扭矩输出装置；所述二级位移机构包括多个压电陶瓷驱动器，各所述压电陶瓷驱动器的底端与所述移动支撑板的顶面固定连接，顶端与所述载物台球铰连接，且所述压电陶瓷驱动器的驱动方向为所述载物台的轴向。

【技术特征摘要】
1.一种大行程位移驱动装置，包括载物台，其特征在于，还包括一级位移放大机构和二级位移机构；所述一级位移放大机构包括丝杠、与所述丝杠螺纹连接的移动支撑板和用于驱动所述丝杠转动以带动所述移动支撑板沿所述载物台的轴向直线移动的扭矩输出装置；所述二级位移机构包括多个压电陶瓷驱动器，各所述压电陶瓷驱动器的底端与所述移动支撑板的顶面固定连接，顶端与所述载物台球铰连接，且所述压电陶瓷驱动器的驱动方向为所述载物台的轴向。2.根据权利要求1所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，还包括连接螺杆，所述连接螺杆的底端与所述压电陶瓷驱动器的顶端固定连接，所述连接螺杆的顶端具有球头，所述载物台的底面固定连接有与所述球头配合的球头包盖。3.根据权利要求1所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，包括至少三个所述压电陶瓷驱动器，且各所述压电陶瓷驱动器沿周向均匀分布。4.根据权利要求1-3任一项所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，所述载物台包括载物台本体、载物台支撑座和支撑底板，所述载物台支撑座与所述压电陶瓷驱动器的顶端球铰连接，所述支撑底板固定连接于所述载物台本体的底面，所述支撑底板的至少两侧具有向外延伸的凸起，所述载物台支撑座的顶面具有与所述凸起配合的插槽，所述凸起插入所述插槽以将所述支撑底板与所述载物台支撑座固定连接。5.根据权利要求4所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，所述载物台支撑座的顶面上成对的固定连接有立柱，每对所述立柱的顶面可拆卸的固定连接有固定卡板，以围成所述插槽。6.根据权利要求5所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，所述固定卡板与所述凸起之间具有弹性垫，所述立柱与所述凸起之间具有弹性垫。7.根据权利要求1-3任一项所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，还包括用于支撑所述一级位移放大机构的底板，所述扭矩输出装置固定于所述底板上。8.根据权利要求7所述的大行程位移驱动装置，其特征在于，还包括立设于所述底板表面上并沿周向分布的若干根导向柱，各所述导向柱的内壁上均设置有沿所述载物台轴向延伸的滑轨，且所述移动支撑板的外壁可滑动的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李全超，姚东，徐钰蕾，谭淞年，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22