CN101414778A - 大振幅振动主动隔离杆 - Google Patents

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Abstract

一种大振幅振动主动隔离杆，它由动子、定子及位置传感器组成；大振幅振动主动隔离杆在运行时，动子在上，定子在下，动子相对定子上下运动，抵消由定子传来的振动，使动子保持稳定；所述的动子由内支撑筒、直线导轨滑块、直线导轨、电机动子组成；所述的定子由防尘盖、导轨固定板、电机定子、外支撑筒、定位螺钉及顶部定位块组成；所述的位置传感器由光栅固定板和光栅传感器组成。本发明大振幅振动主动隔离杆具有行程大、承载力大、响应速度快、可靠性高、振动隔离幅度大频带宽等优点。

Description

大振幅振动主动隔离杆
(一)技术领域：
本发明涉及一种大振幅振动主动隔离装置，属于精密机械领域。
(二)背景技术：
六自由度隔振定位平台是应用于精密光学观测设备及激光瞄准设备上的主动隔振及精确定位装置。它包括上平台、下平台、主动伸缩器件、两自由度转动铰链和三自由度转动铰链等几部分。通过六根主动元件的伸缩运动，上平台可实现六自由度的运动，实现六自由度的振动隔离和精确定位功能。
以往六自由度隔振定位平台中使用的主动伸缩器件多为音圈电机或压电陶瓷，但这些伸缩器件行程较小，难以实现大振幅振动隔离和大范围精确定位功能，限制了六自由度隔振定位平台在大振幅振动环境中的应用，因此急待改进。
(三)发明内容：
本发明一种大振幅振动主动隔离杆，其目的在于：针对目前六自由度隔振定位平台中使用的主动伸缩器件伸缩范围小，承载能力差等问题，提供一种基于直线电机的高速、大承载力、大振幅振动主动隔离杆。
本发明一种大振幅振动主动隔离杆，它由动子(1)、定子(2)及位置传感器(3)组成。大振幅振动主动隔离杆在运行时，动子(1)在上，定子(2)在下，动子(1)相对定子(2)上下运动，抵消由定子(2)传来的振动，使动子(1)保持稳定，如图1、图3、图5所示。
所述的动子(1)由内支撑筒(4)、直线导轨滑块(7)、直线导轨(8)、电机动子(9)组成。如图8所示，内支撑筒(4)呈中空圆柱状，外侧四面铣成平面，其中三面安装有直线导轨(8)和直线导轨滑块(7)。直线导轨(8)为截面呈凸字形的导轨，直线导轨(8)使用螺钉固定在内支撑筒(4)上。直线导轨滑块(7)为截面呈凹字形的滑块，直线导轨滑块(7)内部装有两排循环滚珠，运动时两排循环滚珠可嵌入直线导轨(8)中，实现高精度低摩擦滑动，如图6、图8所示。内支撑筒(4)顶部和底部各留有四个螺钉安装孔，其顶部通过螺钉安装孔与有效载荷连接，其底部通过螺钉安装孔与电机动子(9)连接。
所述的定子(2)由防尘盖(5)、导轨固定板(6)、电机定子(10)、外支撑筒(11)、定位螺钉(14)及顶部定位块(15)组成。如图1，图3，图5所示，外支撑筒(11)为内部掏空的圆柱状，底部有四个电机固定孔和四个螺纹孔，电机固定孔用于使用螺钉固定电机定子(10)，四个螺纹孔用于定子(2)和其他设备连接时使用。外支撑筒(11)外侧四面加工成平面，每个平面上侧各有一个长方形开口，开口周围各有六个螺纹孔，用于固定导轨固定板(6)，导轨固定板(6)为长方形的阶梯台形状，周围各有六个螺钉孔用于与外支撑筒(11)上的螺纹孔连接，中部有四个螺钉孔用于使用螺钉和动子(1)的直线导轨滑块(7)固定，使直线导轨滑块(7)能与外支撑筒(11)固接，长方形开口下侧也各有一个较小的长方形开口，作为观察窗及透气孔使用。电机定子(10)的顶部与顶部定位块(15)之间同轴连接，用螺钉进行固定，再由四个定位螺钉(14)固定顶部定位块(15)，由此，电机定子(10)的底部和顶部均与外支撑筒(11)固接，结构稳定。防尘盖(5)呈与外支撑筒(11)截面形状相同的圆片状，以螺钉连接安装于外支撑筒(11)的顶部用于防止异物进入电机内部。
所述的位置传感器(3)由光栅固定板(13)和光栅传感器(12)组成，如图2，图7所示。光栅固定板(13)外形为长方形板状，周围有六个螺钉孔，用于与外支撑筒(11)连接，长方形板内侧有两个与长方形面垂直的安装平面，每个安装平面上各有两个开口槽。使用螺钉固定安装在两个安装平面间的光栅传感器(12)，长方形板中部有一圆形通孔，为光栅传感器指示灯的观察孔。光栅固定板(13)的外圈有六个螺钉孔，以安装螺钉的方式与外支撑筒(11)固接。
其中，所述直线导轨滑块和直线导轨采用钢质材料。
其中，所述内支撑筒、防尘盖、外支撑筒及顶部定位块使用的材料为硬铝合金。
其中，所述导轨固定板和光栅固定板使用的材料为钢。
其中，硬铝合金部件采用的表面处理工艺为表面阳极氧化。
其中，钢质部件采用的表面处理工艺为镀铬。
本发明大振幅振动主动隔离杆具有行程大、承载力大、响应速度快、可靠性高、振动隔离幅度大频带宽等优点。
(四)附图说明：
图1为大振幅振动主动隔离杆的等轴侧视图；
图2为大振幅振动主动隔离杆的主视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为大振幅振动主动隔离杆的侧视图；
图5为图4的B-B剖视图；
图6为大振幅振动主动隔离杆的顶视图；
图7为大振幅振动主动隔离杆的位置传感器部分；
图8为大振幅振动主动隔离杆的动子部分。
图中的元件及其标号说明如下：
1动子，            2定子，         3位置传感器，
4内支撑筒，        5防尘盖，       6导轨固定板，
7直线导轨滑块，    8直线导轨，     9电机动子，
10电机定子，       11外支撑筒，    12光栅传感器，
13光栅固定板，     14定位螺钉，    15顶部定位块。
(五)具体实施方式：
下面通过具体实施例来对本发明技术方案进行详细说明。
本实施例中，大振幅振动主动隔离杆包括动子1、定子2及位置传感器3三部分。动子1由内支撑筒4、直线导轨滑块7、直线导轨8、电机动子9组成；定子2由防尘盖5、导轨固定板6、电机定子10、外支撑筒11、定位螺钉14及顶部定位块15组成；位置传感器3由光栅固定板13和光栅传感器12组成。动子1在上，定子2在下，动子1相对定子2上下运动，抵消由定子2传来的振动，使动子1保持稳定，位置传感器3固定在定子2上，检测动子1的行程。
本实施方式的装配过程为，先将电机动子9与内支撑筒4相连，在内支撑筒4的三个侧面安装直线导轨滑块7和直线导轨8，完成动子1部分的组装；其次在电机定子10顶部安装顶部定位块15，再将电机定子10的底部与外支撑筒11连接，再通过4个定位螺钉14将顶部定位块15固定，将三个导轨固定板6与外支撑筒11连接，完成定子2的装配；接下来将装配好的动子1部分装入定子2内部，调节好同心度后，固定动子1部分的直线导轨滑块7和定子2部分的导轨固定板6，使动子1能沿导轨方向相对定子2运动；最后将光栅传感器3与光栅固定板13连接，再将光栅固定板13固定到外支撑筒11上，在外支撑筒11的顶部盖上防尘盖5，完成全部装配。
其中，电机动子(9)和电机定子(10)是由德国BOB公司生产的筒式直线电机组件，型号为DTL85/103，该筒式直线电机在20摄氏度下的持续输出力为142N，峰值输出力为217N，总行程55mm。导轨滑块(7)和导轨(8)由日本THK公司生产，型号为SRS15MUU和110LM。光栅传感器(12)为英国Renishow公司的RGH22，最高测量速度为10m/s，测量精度500nm。
其中内支撑筒(4)、防尘盖(5)、外支撑筒(11)及顶部定位块(15)使用的材料为硬铝合金，导轨固定板(6)和光栅固定板(13)使用的材料为钢。硬铝合金部件采用的表面处理工艺为表面阳极氧化，钢制部件采用的表面处理工艺为镀铬。
装配完成后，大振幅振动主动隔离杆的总高度为255mm，外接圆直径为135mm，总质量5.7kg。最大承载重量8kg，最大振动主动隔离幅值25mm，最高振动主动隔离频率50Hz以上。

Claims (6)

1、一种大振幅振动主动隔离杆，其特征在于：它由动子、定子及位置传感器组成；大振幅振动主动隔离杆在运行时，动子在上，定子在下，动子相对定子上下运动，抵消由定子传来的振动，使动子保持稳定；
所述的动子由内支撑筒、直线导轨滑块、直线导轨、电机动子组成；内支撑筒呈中空圆柱状，外侧四面铣成平面，其中三面安装有直线导轨和直线导轨滑块；直线导轨为截面呈凸字形的导轨，直线导轨使用螺钉固定在内支撑筒上；直线导轨滑块为截面呈凹字形的滑块，直线导轨滑块内部装有两排循环滚珠，运动时两排循环滚珠可嵌入直线导轨中，实现高精度低摩擦滑动；内支撑筒顶部和底部各留有四个螺钉安装孔，其顶部通过螺钉安装孔与有效载荷连接，其底部通过螺钉安装孔与电机动子连接；
所述的定子由防尘盖、导轨固定板、电机定子、外支撑筒、定位螺钉及顶部定位块组成；外支撑筒为内部掏空的圆柱状，底部有四个电机固定孔和四个螺纹孔，使用螺钉将电机定子安装在电机固定孔，四个螺纹孔用于定子和其他设备连接时使用；外支撑筒外侧四面加工成平面，每个平面上侧各有一个长方形开口，开口周围各有六个螺纹孔，用于固定导轨固定板，导轨固定板为长方形的阶梯台形状，周围各有六个螺钉孔与外支撑筒上的螺纹孔连接，通过中部有四个螺钉孔，使用螺钉和动子的直线导轨滑块固定，使直线导轨滑块与外支撑筒固接，长方形开口下侧也各有一个较小的长方形开口；电机定子的顶部与顶部定位块之间同轴连接，用螺钉进行固定，再由四个定位螺钉固定顶部定位块，由此电机定子的底部和顶部均与外支撑筒固接；防尘盖呈与外支撑筒截面形状相同的圆片状，以螺钉连接安装于外支撑筒的顶部；
所述的位置传感器由光栅固定板和光栅传感器组成；光栅固定板外形为长方形板状，周围有六个螺钉孔与外支撑筒连接，长方形板内侧有两个与长方形面垂直的安装平面，每个安装平面上各有两个开口槽；使用螺钉固定安装在两个安装平面间的光栅传感器，长方形板中部有一圆形通孔，作为光栅传感器指示灯的观察孔；光栅固定板的外圈有六个螺钉孔，以安装螺钉的方式与外支撑筒固接。
2、如权利要求1所述的大振幅振动主动隔离杆，其特征在于：所述直线导轨滑块和直线导轨采用钢质材料。
3、如权利要求1所述的大振幅振动主动隔离杆，其特征在于：所述内支撑筒、防尘盖、外支撑筒及顶部定位块使用的材料为硬铝合金。
4、如权利要求1所述的大振幅振动主动隔离杆，其特征在于：所述导轨固定板和光栅固定板使用的材料为钢。
5、如权利要求3所述的大振幅振动主动隔离杆，其特征在于：硬铝合金部件采用的表面处理工艺为表面阳极氧化。
6、如权利要求2或4所述的大振幅振动主动隔离杆，其特征在于：钢质部件采用的表面处理工艺为镀铬。
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