CN104656557A - 一种压电二轴运动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电二轴运动系统，包括：基座；第一滑条，与所述基座滑轨连接；第二滑条，与所述基座滑轨连接；第一压电形变电机，固定于所述基座上，且所述第一压电形变电机分别与所述第一滑条、外界供电设备连接；第二压电形变电机，固定于所述基座上，且所述第二压电形变电机分别与所述第二滑条、外界供电设备连接；平台，分别与所述第一滑条、所述第二滑条相卡接；其中，所述第一滑条与所述第二滑条相互垂直。本发明克服了现有技术中通过采用线圈式步进电机加齿轮或者丝杆来实现两轴运动，进而带动光学部件(工作元件)移动，而存在的因添加润滑油导致污染光学部件(工作元件)的缺陷。

Description

一种压电二轴运动系统

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，特别涉及一种压电二轴运动系统。

背景技术

现有的光学测量技术领域中，针对光学部件(工作元件)往往需要调节其在基座/工作台面上的相对位置，以满足光路传输、精确测量的目的；然而，现在技术中调节光学部件(工作元件)在基座/工作台面上的坐标时都是采用线圈式步进电机加齿轮或者丝杆，来通过实现两轴运动，进而带动光学部件(工作元件)移动，但这种操作方式存在如下缺点：要实现光学部件(工作元件)位置坐标的精细控制，必须使用减速器并配丝杆，然而这类部件必须添加润滑油，当使用在有光学部件的场所，极易污染光学部件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种压电二轴运动系统，该系统通过采用压电形变电机控制滑条移动，进而依次带动平台、工作元件进行移动，以实现对工作元件位置坐标的精确控制，克服了现有技术中通过采用线圈式步进电机加齿轮或者丝杆而带来的极易污染光学部件的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压电二轴运动系统，包括：基座；第一滑条，与所述基座滑轨连接；第二滑条，与所述基座滑轨连接；第一压电形变电机，固定于所述基座上，且所述第一压电形变电机分别与所述第一滑条、外界供电设备连接，使得所述第一压电形变电机通过外接电源后，推动所述第一滑条在所述基座上进行滑动；第二压电形变电机，固定于所述基座上，且所述第二压电形变电机分别与所述第二滑条、外界供电设备连接，使得所述第二压电形变电机通过外接电源后，推动所述第一滑条在所述基座上进行滑动；平台，分别与所述第一滑条、所述第二滑条相卡接，使得所述第一滑条或者所述第二滑条在所述基座上滑动时，带动所述平台进行移动；其中，所述第一滑条与所述第二滑条相互垂直，以通过带动所述平台进行移动，实现带动安置在所述平台上的工作元件进行移动。

进一步地，还包括：位移检测模块，设置在所述第一滑条、所述第二滑条上，以检测所述第一滑条或者所述第二滑条在滑动过程中的滑动位移。

进一步地，所述第一滑条上设置有第一槽型孔，使得所述第一滑条通过所述第一槽型孔与所述平台相卡接；和/或，所述第二滑条上设置有第二槽型孔，使得所述第二滑条通过所述第二槽型孔与所述平台相卡接。

进一步地，所述第一压电形变电机是Elliptec公司生产的X15G电机；和/或，所述第二压电形变电机是Elliptec公司生产的X15G电机。

进一步地，所述位移检测模块包括：第一检测单元，置于所述第一滑条上，以检测所述第一滑条的移动位移；第二检测单元，置于所述第二滑条上，以检测所述第二滑条的移动位移；数据接收单元，分别与所述第一检测单元、所述第二检测单元连接，并依据所述第一检测单元、所述第二检测单元所检测的位移信号，获得所述平台在所述基座上的位置。

进一步地，所述第一检测单元包括：第一磁栅，固定于所述第一滑条上；第一位移传感器，置于所述第一滑条的上方或者下方，以检测所述第一磁栅的移动位移，且所述第一位移传感器与所述数据接收单元连接，以接收由所述第一位移传感器所检测到的位移信号。

进一步地，所述第二检测单元包括：第二磁栅，固定于所述第二滑条上；第二位移传感器，置于所述第二滑条的上方或者下方，以检测所述第二磁栅的移动位移，且所述第二位移传感器与所述数据接收单元连接，以接收由所述第二位移传感器所检测到的位移信号。

进一步地，所述数据接收单元包括：电路板，分别与所述第一位移传感器、所述第二位移传感器固定连接；处理器，与所述电路板连接。

进一步地，所述第一磁栅与所述第一滑条之间的固定连接是粘接，所述第二磁栅与所述第二滑条之间的固定连接是粘接；和/或，所述电路板与所述第一位移传感器或者所述第二位移传感器之间的固定连接是焊接。

进一步地，所述第一位移传感器的型号是AS5304；和/或，所述第二位移传感器的型号是AS5304。

本发明提供的一种压电二轴运动系统，通过采用两个压电形变电机分别对应控制两个滑条进行移动，进而依次带动安置在滑条上的平台、工作元件进行移动，以实现通过该压电二轴运动系统对工作元件位置坐标的精确控制，该系统克服了现有技术中通过采用线圈式步进电机加齿轮或者丝杆来实现两轴运动，进而带动光学部件(工作元件)移动，而存在的因添加润滑油导致污染光学部件(工作元件)的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的压电二轴运动系统的结构示意图一；以及

图2为本发明实施例提供的压电二轴运动系统的结构示意图二；以及

图3为本发明实施例提供的第一检测单元的结构示意图；以及

图4为本发明实施例提供的第二检测单元的结构示意图；以及

图5为本发明实施例提供的数据接收单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本发明实施例所提及的A和/或B，表示了A和B、A或B两种情况，描述了A与B所存在的三种状态，如A和/或B，表示：只包括A不包括B；只包括B不包括A；包括A与B。

本发明实施例提供的一种压电二轴运动系统，通过采用两个压电形变电机分别对应控制两个滑条进行移动，进而依次带动安置在滑条上的平台、工作元件进行移动，以实现通过该压电二轴运动系统对工作元件位置坐标的精确控制，该系统克服了现有技术中通过采用线圈式步进电机加齿轮或者丝杆来实现两轴运动，进而带动光学部件(工作元件)移动，而存在的因添加润滑油导致污染光学部件(工作元件)的缺陷。

具体而言，请参阅图1-2，该系统包括：基座1，第一滑条2，第二滑条3，第一压电形变电机4，第二压电形变电机5，及平台6。其中，第一滑条2、第二滑条3分别与基座1滑轨连接，以使得第一滑条2、第二滑条3能够相对于基座1进行滑动。该系统中，一方面，第一压电形变电机4、第二压电形变电机5分别固定于基座1上，且第一压电形变电机4与第一滑条2、外界供电设备连接，使得第一压电形变电机通过外界供电设备接通电源后，能够推动第一滑条2在基座1上进行滑动；第二压电形变电机5也分别与第二滑条2、外界供电设备连接，使得第二压电形变电机5通过外界供电设备接通电源后，推动第一滑条2在基座1上进行滑动。另一方面，平台6分别与第一滑条2、第二滑条3相卡接，使得第一滑条2或者第二滑条3在基座1上滑动时，能够带动平台6进行移动，最终实现带动安装在平台6上的光学部件(工作元件)进行移动。

本发明实施例中，优选的，第一滑条2与第二滑条3相互垂直，使得将第一滑条2作为本系统的X轴运动滑条，第二滑条3作为本系统的Y轴运动滑条，以带动平台6在以X轴运动滑条、Y轴运动滑条构建的X-Y运动坐标系中进行移动，并根据X轴运动滑条、Y轴运动滑条在X-Y运动坐标系中的实时坐标确定平台6的位置坐标，实现光学部件(工作元件)位置坐标的控制，同时克服现有技术中由于添加润滑油而导致的极易污染光学部件的技术缺陷。

需要说明的是，本发明实施例中为了更进一步的对光学部件(工作元件)的位置坐标作进一步的精细控制，本系统还包括：位移检测模块。

其中，位移检测模块可以设置在第一滑条2、第二滑条3上，以实现检测第一滑条2或者第二滑条3在滑动过程中的滑动位移。

本发明实施例中，位移检测模块可以至少包括：第一检测单元，第二检测单元，及数据接收单元。其中，第一检测单元置于第一滑条2上，以检测第一滑条2的移动位移；第二检测单元置于第二滑条3上，以检测第二滑条3的移动位移；数据接收单元分别与第一检测单元、第二检测单元连接，并依据第一检测单元、第二检测单元所检测的位移信号，获得平台6在基座1上的位置，最终实现对光学部件(工作元件)的位置坐标精细控制。

下面，通过图3-5来对本发明实施例提供的位移检测模块作详细说明，以支持本发明所要解决的技术问题：

请参阅图3，第一检测单元可以包括：第一磁栅7，第一位移传感器8。第一磁栅7固定于第一滑条2上，第一位移传感器8置于第一滑条2的上方或者下方，以使得第一磁栅7在第一位移传感器8的上方移动时检测该第一磁栅7的移动位移，且第一位移传感器8与数据接收单元连接，以接收由第一位移传感器8所检测到的第一滑条2的位移信号。优选的，第一位移传感器8的型号是AS5304，该型号下的第一位移传感器8内部集成霍尔直线磁栅位移传感器的芯片，且因其数字信号输出、体积小，使得具有易于集成与检测的特点。

请参阅图4，第二检测单元可以包括：第二磁栅9，第二位移传感器11。第二磁栅9固定于第二滑条3上，第二位移传感器11置于第二滑条3的上方或者下方，以使得第二磁栅9在第二位移传感器11的上方移动时检测该第二磁栅9的移动位移，且第二位移传感器11与数据接收单元连接，以接收由第二位移传感器11所检测到的第二滑条3的位移信号。最终根据第一滑条2、第二滑条3所移动的位移，获得安置在平台6上的光学部件(工作元件)的位置坐标。优选的，第二位移传感器11的型号是AS5304，该型号下的第二位移传感器11内部集成霍尔直线磁栅位移传感器的芯片，且因其数字信号输出、体积小，使得具有易于集成与检测的特点。

请参阅图5，数据接收单元可以包括：电路板10(PCB板)及处理器。该电路板10分别与第一位移传感器8、第二位移传感器11固定连接；处理器与电路板10连接。优选的，第一磁栅7与第一滑条2之间的固定连接是可以是粘接，第二磁栅9与第二滑条3之间的固定连接也可以是粘接；电路板10与第一位移传感器8或者第二位移传感器11之间的固定连接是焊接。

需要进一步说明的是，为便于平台6与第一滑条2、第二滑条3连接，优选的，第一滑条2上设置有第一槽型孔，使得第一滑条2通过第一槽型孔与平台6相卡接；和/或，第二滑条3上设置有第二槽型孔，使得第二滑条3通过第二槽型孔与平台6相卡接。实际作业中，平台6通过与第一滑条2的连接采用第一槽型孔的连接方式，来实现其在第一滑条2方向上运动，而不影响其在第二滑条3方向上的运动；相同的，平台6通过与第二滑条3的连接采用第二槽型孔的连接方式，来实现其在第二滑条3方向上运动，而不影响其在第一滑条2方向上的运动。

本发明实施例中，优选的，第一压电形变电机4可以是Elliptec公司生产的X15G电机；和/或，第二压电形变电机5可以是Elliptec公司生产的X15G电机。其中，由于是Elliptec公司生产的X15G电机基于逆压电效应，使得当压电晶体两端加电压后，其会产生机械形变，由于X15G电机的特性决定，当其两端加入不同频率的电压，其形变产生的运动方向是不样的，以此实现推动第一滑条2/第二滑条3正向或反向运动，最终通过第一滑条2/第二滑条3正向或反向运动带动平台6进行运动，并通过位移检测模块对其位置坐标进行实时检测。

需要特别说的是，本发明实施例中，还可在第一滑条2(本系统的X轴运动滑条)、第二滑条3(本系统的Y轴运动滑条)的底部各增设一个导滑片，以起到减小运动阻力作用，进一步地提高第一滑条2、第二滑条3的运动精度。

本发明提供的一种压电二轴运动系统，其有益效果如下所述：

①、本发明通过采用两个压电形变电机分别对应控制两个滑条进行移动，进而依次带动安置在滑条上的平台、工作元件进行移动，以实现通过该压电二轴运动系统对工作元件位置坐标的精确控制，该系统克服了现有技术中通过采用线圈式步进电机加齿轮或者丝杆来实现两轴运动，进而带动光学部件(工作元件)移动，而存在的因添加润滑油导致污染光学部件(工作元件)的缺陷；

②、本发明通过将第一压电形变电机4、第二压电形变电机5分别固定于基座1上，且第一压电形变电机4与第一滑条2、外界供电设备连接，使得第一压电形变电机通过外界供电设备接通电源后，能够推动第一滑条2在基座1上进行滑动；第二压电形变电机5也分别与第二滑条2、外界供电设备连接，使得第二压电形变电机5通过外界供电设备接通电源后，推动第一滑条2在基座1上进行滑动；同时，平台6分别与第一滑条2、第二滑条3相卡接，使得第一滑条2或者第二滑条3在基座1上滑动时，能够带动平台6进行移动，最终实现带动安装在平台6上的光学部件(工作元件)进行移动；以此避免了需要采用添加润滑油的电机实现两轴运动；

③、本发明通过将第一检测单元置于第一滑条2上，以检测第一滑条2的移动位移；第二检测单元置于第二滑条3上，以检测第二滑条3的移动位移；数据接收单元分别与第一检测单元、第二检测单元连接，并依据第一检测单元、第二检测单元所检测的位移信号，获得平台6在基座1上的位置，最终实现对光学部件(工作元件)的位置坐标精细控制，以满足因光路传输、精确测量等需求而对光学部件的位置坐标进行精确调控；

④、本发明中的第一位移传感器8、第二位移传感器9的型号均是AS5304，使得该型号下的位移传感器内部集成霍尔直线磁栅位移传感器的芯片，且因其数字信号输出、体积小，使得具有易于集成与检测的特点；

⑤、本发明中的第一压电形变电机4、第二压电形变电机5均是Elliptec公司生产的X15G电机，由于是Elliptec公司生产的X15G电机基于逆压电效应，使得当压电晶体两端加电压后，其会产生机械形变，由于X15G电机的特性决定，当其两端加入不同频率的电压，其形变产生的运动方向是不样的，以此实现推动第一滑条2/第二滑条3正向或反向运动，最终通过第一滑条2/第二滑条3正向或反向运动带动平台6进行运动，并通过位移检测模块对其位置坐标进行实时检测；使其具有测量精度高的特点。

⑥、本发明中相较与现有技术中线圈式电机而言，运动精度更高，体积更小，且本发明中压电电机每步运动精度可达到1微米，可不低于80K的频率进行运动，从而达到平滑精细的运动；而现有技术中采用线圈式步进电机，其想实现微米，必须加入减速器及丝杆，其体积将会变大，且难以实现微米级的精度控制。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种压电二轴运动系统，其特征在于，包括：

基座；

第一滑条，与所述基座滑轨连接；

第二滑条，与所述基座滑轨连接；

第一压电形变电机，固定于所述基座上，且所述第一压电形变电机分别与所述第一滑条、外界供电设备连接，使得所述第一压电形变电机通过外接电源后，推动所述第一滑条在所述基座上进行滑动；

第二压电形变电机，固定于所述基座上，且所述第二压电形变电机分别与所述第二滑条、外界供电设备连接，使得所述第二压电形变电机通过外接电源后，推动所述第一滑条在所述基座上进行滑动；

平台，分别与所述第一滑条、所述第二滑条相卡接，使得所述第一滑条或者所述第二滑条在所述基座上滑动时，带动所述平台进行移动；

其中，所述第一滑条与所述第二滑条相互垂直，以通过带动所述平台进行移动，实现带动安置在所述平台上的工作元件进行移动。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

位移检测模块，设置在所述第一滑条、所述第二滑条上，以检测所述第一滑条或者所述第二滑条在滑动过程中的滑动位移。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第一滑条上设置有第一槽型孔，使得所述第一滑条通过所述第一槽型孔与所述平台相卡接；

和/或，

所述第二滑条上设置有第二槽型孔，使得所述第二滑条通过所述第二槽型孔与所述平台相卡接。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第一压电形变电机是Elliptec公司生产的X15G电机；

和/或，

所述第二压电形变电机是Elliptec公司生产的X15G电机。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述位移检测模块包括：

第一检测单元，置于所述第一滑条上，以检测所述第一滑条的移动位移；

第二检测单元，置于所述第二滑条上，以检测所述第二滑条的移动位移；

数据接收单元，分别与所述第一检测单元、所述第二检测单元连接，并依据所述第一检测单元、所述第二检测单元所检测的位移信号，获得所述平台在所述基座上的位置。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一检测单元包括：

第一磁栅，固定于所述第一滑条上；

第一位移传感器，置于所述第一滑条的上方或者下方，以检测所述第一磁栅的移动位移，且所述第一位移传感器与所述数据接收单元连接，以接收由所述第一位移传感器所检测到的位移信号。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二检测单元包括：

第二磁栅，固定于所述第二滑条上；

第二位移传感器，置于所述第二滑条的上方或者下方，以检测所述第二磁栅的移动位移，且所述第二位移传感器与所述数据接收单元连接，以接收由所述第二位移传感器所检测到的位移信号。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述数据接收单元包括：

电路板，分别与所述第一位移传感器、所述第二位移传感器固定连接；

处理器，与所述电路板连接。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述第一磁栅与所述第一滑条之间的固定连接是粘接，所述第二磁栅与所述第二滑条之间的固定连接是粘接；

和/或，

所述电路板与所述第一位移传感器或者所述第二位移传感器之间的固定连接是焊接。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述第一位移传感器的型号是AS5304；

和/或，

所述第二位移传感器的型号是AS5304。