CN106849744B - 双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，包括超磁致伸缩致动器、夹具、直线电机动子和直线电机定子，直线电机定子固定在底部，直线电机动子安装在直线电机定子上部；夹具固定在直线电机动子上方；超磁致伸缩致动器安装在夹具内部，其底面与夹具的侧面接触；在超磁致伸缩致动器的中心处安装有顶针，且与振镜相接触；在直线电机的后方放置有铁架台，悬臂梁安装在铁架台夹上，通过螺栓与铁架台连接；振镜与悬臂梁通过固定夹连接。
Description
技术领域
本发明属于料应用及精密驱动技术领域，具体说一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构。
背景技术
随着科学技术的不断发展，偏转装置被广泛的应用，例如在国防科技上应用的能获得高速，低电压激励的光束偏转装置。如今的光束偏转装置都是基于通过机电来驱动镜片，即利用压电、检流计、电光器件或者声光器件等装置。但是，这些装置存在着一些缺点，如速度慢、电压高、体积大、寿命短、偏转精度低、不能对结构复杂的连接件起到作用。
随着超磁致伸缩材料发展，这种20世纪70年代出现的新型稀土功能材料，是继稀土永磁、稀土发光、稀土高温超导材料之后被视为21世纪提高国家高科技综合竞争力的一种新型战略性功能材料。磁致伸缩效应是该材料的重要物理特性之一，磁致伸缩效应是指铁磁材料或亚铁磁材料受到外加磁场作用后，由于其磁化状态的改变，其长度和体积都要发生微小变化的现象。同时由于该材料具有大磁致伸缩系数、能量密度高、响应快、磁机转换效率高及抗压等特性，所以利用超磁致伸缩材料和磁致伸缩效应可以制作微位移驱动装置，即超磁致伸缩致动器。超磁致伸缩致动器具有输出位移范围大、漂移小、结构简单、易于驱动、工作频率范围宽等优点，因此将其应用在精密加工、超精密加工等工程领域，如应用在选区激光烧结中的振镜偏转驱动机构中显示出了良好的应用前景。
目前，由于在精密加工、超精密加工等工程领域制造零件的过程中，对振镜偏转不能够快速、精密控制，例如在国内外对选区激光烧结相关理论广泛研究与技术广泛应用的过程中，该技术逐渐体现出成型零件表面粗糙度大、成型精度低等问题，限制了其在精密加工领域的应用。因此，针对提高精密加工、超精密加工精度，突破该技术在精密、超精密加工领域的应用，实现对振镜偏转的快速、精密驱动的迫切需要，本发明充分利用超磁致伸缩材料的优异性能，将电机驱动和超磁致伸缩材料驱动结合，研究一种振镜的快速、精密双级驱动机构。从而实现对振镜位置的精确定位，最终完成振镜快速、精密驱动过程。同时，这种振镜进行磁致伸缩双级精密驱动方法在国内外尚无报道，体现出了广泛的应用前景。
发明内容
发明目的
本发明针对在精密加工、超精密加工等工程领域制造零件的过程中，振镜偏转不能够快速、精密驱动，而造成成型零件表面粗糙度大、成型精度低等问题，提出一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，充分利用超磁致伸缩材料的优异性能，将电机驱动和超磁致伸缩材料驱动结合，实现振镜的精密偏转，最终完成振镜的快速、精密驱动过程。
技术方案
一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，包括超磁致伸缩致动器、夹具、直线电机动子和直线电机定子，直线电机定子固定在底部，直线电机动子安装在直线电机定子上部；夹具固定在直线电机动子上方；超磁致伸缩致动器安装在夹具内部，超磁致伸缩致动器的底面与夹具的侧面接触；在超磁致伸缩致动器的中心处安装有顶针，顶针与振镜相接触；在直线电机的后方放置有铁架台，悬臂梁安装在铁架台夹上，通过螺栓与铁架台连接；振镜与悬臂梁通过固定夹连接。
超磁致伸缩致动器与夹具通过螺栓连接。
夹具与直线电机动子通过螺钉连接。
夹具为U型壳状，夹具底面中心处有三个形状大小相同的通孔，夹具的侧面具有2个形状大小相同的通孔。
超磁致伸缩致动器中间是圆筒状，上下两侧顶盖与底盖为圆型的铁盖，顶盖带有三个形状大小相同的周向通孔，并且通孔与夹具侧面的通孔形状大小相同；顶针为细圆柱体状，一侧的端面为圆形，另一侧为针状，顶针圆形端面的一侧与超磁致伸缩致动器中心处相连。
悬臂梁为长条状薄板，薄板下端有四个形状大小相同的通孔。
固定夹为槽型，其中一端侧面带两个形状大小相同的螺纹孔，两个螺钉分别通过这两个螺纹孔将悬臂梁和振镜固定住。
振镜为长方形的薄板状。
优点及效果
本发明是一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，具有如下优点和有益效果：
本发明充分利用超磁致伸缩材料的优异性能，将电机驱动和超磁致伸缩材料驱动结合，提出一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，该装置主要是由直线电机和超磁致伸缩致动器组成的机构，当直线电机工作的时，可有效对振镜激光扫描系统中的振镜位置进行快速，大范围调整；在此基础上，让超磁致伸缩致动器工作，通过调节驱动磁场的方式控制材料的伸长量，进一步实现对振镜位置的超精密控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是夹具示意图，其中图2(a)是夹具主视图，图2(b)是夹具俯视图。
图3是超磁致伸缩致动器示意图，其中图3(a)是超磁致伸缩致动器主视图,图3(b)是超磁致伸缩致动器俯视图。
图4是顶针示意图，其中图4(a)是顶针主视图，图4(b)是顶针俯视图。
图5是悬臂梁示意图，其中图5(a)是悬臂梁主视图，图5(b)是悬臂梁主视图俯视图。
图6是固定夹示意图，其中图6(a)是固定夹主视图，图6(b)是固定夹俯视图。
图7是振镜示意图，其中图7(a)是振镜主视图，图7(b)是振镜俯视图。
附图标记说明：
1.超磁致伸缩致动器，2.夹具，3.直线电机动子，4.直线电机定子，5.顶针，6.振镜，7.固定夹，8.悬臂梁，9.铁架台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明是一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，利用超磁致伸缩材料的优异性能，将电机驱动和超磁致伸缩材料驱动结合，提出一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构。本发明的工作原理：该装置主要是由直线电机和超磁致伸缩致动器组成的机构，当直线电机工作的时，可有效对振镜激光扫描系统中的振镜位置进行快速，大范围调整；在此基础上，让超磁致伸缩致动器工作，利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应特性，通过调节驱动磁场的方式控制材料的伸长量，进一步实现对振镜位置的超精密控制。
图1是本发明的结构示意图，当工作时，首先给直线电机通电，让直线电机动子3带动夹具2和超磁致伸缩致动器1进行快速直线运动，当到达合适位置，断电让直线电机停止工作；当超磁致伸缩致动器1工作时，首先给予超磁致伸缩致动器1施加一定的预压力，使超磁致伸缩致动器1内超磁致伸缩棒工作在受压状态以增加其磁致伸缩应变，然后对驱动线圈中通入交变电流，该电流在驱动线圈内部产生磁场，导致超磁致伸缩棒产生磁致伸缩变形，输出与驱动电流成比例的位移，该变形推动超磁致伸缩致动器1中的顶针5产生轴向位移。
本发明提出了一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，是一种振镜的磁致伸缩双级精密驱动机构，如图1-图7中所示，包括超磁致伸缩致动器1、夹具2、直线电机动子3和直线电机定子4，直线电机定子4固定在底部，直线电机动子3安装在直线电机定子4上部，夹具2固定在直线电机动子3上方；超磁致伸缩致动器1安装在夹具2内部，超磁致伸缩致动器1的底面与夹具2的侧面接触，在超磁致伸缩致动器1的中心处安装有顶针5，且顶针5与振镜6相接触；在直线电机的后方放置有铁架台9，悬臂梁8安装在铁架台夹上，通过螺栓与铁架台连接；振镜6与悬臂梁8通过固定夹7连接。
超磁致伸缩致动器1与夹具2通过螺栓连接，这样可以保证超磁致伸缩致动器1在工作中能够更加平稳，使输出位移更加精确。
夹具2与直线电机动子3通过螺钉连接，这样能够将夹具2与直线电机动子3固定，保证当直线电机动子3在直线运动时，可以带动夹具2与超磁致伸缩致动器1一起运动。
如图2所示，夹具2为U型壳状，夹具2的底面中心处有三个形状大小相同的通孔，夹具2的侧面留有两个形状大小相同的通孔。夹具2设置成U型壳状，是为了能够方便加工制作，节省加工材料，方便与超磁致伸缩致动器1进行固定；夹具2底面设置的通孔能够与直线电机动子3进行固定，夹具2侧面设置通孔能够与超磁致伸缩致动器1进行固定。
如图3所示，超磁致伸缩致动器1（其内部结构参见专利CN104092347A）中间是圆筒状，上侧的顶盖与下侧的底盖为圆型的铁盖，顶盖带有三个形状大小相同的周向通孔，并且通孔与夹具2侧面的通孔形状大小相同，顶盖通孔与夹具2侧面通孔形状大小相同是方便与夹具2进行固定。如图4所示，顶针5为细圆柱体状，一侧的端面为圆形，另一侧为针状，顶针5圆形端面的一侧与超磁致伸缩致动器1中心处相连。顶针为细圆柱体状，一侧为针状，这样可以更容易驱动悬臂梁8偏转；顶针5的一端与超磁致伸缩致动器1固定可以保证更加精确的输出位移。
如图5所示，悬臂梁8为长条状薄板，薄板下端有四个形状大小相同的通孔。悬臂梁8为长条状薄板是使悬臂梁8容易固定，并且可以使悬臂梁8更加容易偏转，产生更大的偏转角度；悬臂梁8下端的通孔是为了与固定夹7配合连接。
如图6所示，固定夹7为长方体槽形，其中一端侧面带两个形状大小相同的螺纹孔，固定夹7为长方体槽形，是为了将悬臂梁8和振镜6一同固定住；固定夹7侧面的螺纹口可以使螺钉能够固定悬臂梁8与振镜6。
如图7所示，振镜6为长方形的薄板状，方便固定夹7夹持，使振镜6能够工作在稳定的状态中，从而得到精确的偏转位移。
本发明是由直线电机和超磁致伸缩致动器1组成的机构，当直线电机工作的时，让直线电机动子3带动夹具2和超磁致伸缩致动器1进行快速直线运动，当到达合适位置，让直线电机停止工作，因此可有效对振镜6位置进行快速，大范围调整；在此基础上，当超磁致伸缩致动器1工作时，首先给予超磁致伸缩致动器1施加一定的预压力，使超磁致伸缩致动器内超磁致伸缩棒工作在受压状态以增加其磁致伸缩应变，然后对驱动线圈中通入交变电流，该电流在驱动线圈内部产生磁场，导致超磁致伸缩棒产生磁致伸缩变形，输出与驱动电流成比例的位移，该变形推动超磁致伸缩致动器中的顶针5产生轴向位移。利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应特性，通过调节驱动磁场的方式控制材料的伸长量，进一步实现对振镜6位置的超精密控制。
Claims (8)
1.一种双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，包括超磁致伸缩致动器（1）、夹具（2）、直线电机动子（3）和直线电机定子（4），其特征在于：直线电机定子（4）固定在底部，直线电机动子（3）安装在直线电机定子（4）上部；夹具（2）固定在直线电机动子（3）上方；超磁致伸缩致动器（1）安装在夹具（2）内部，超磁致伸缩致动器（1）的底面与夹具的侧面接触；在超磁致伸缩致动器（1）的中心处安装有顶针（5），顶针（5）与振镜（6）相接触；在直线电机的后方放置有铁架台（9），悬臂梁（8）安装在铁架台夹上，通过螺栓与铁架台连接；振镜（6）与悬臂梁（8）通过固定夹（7）连接。
2.根据权利要求1所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：超磁致伸缩致动器（1）与夹具（2）通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：夹具（2）与直线电机动子（3）通过螺钉连接。
4.根据权利要求1所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：夹具（2）为U型壳状，夹具底面中心处有三个形状大小相同的通孔，夹具的侧面具有2个形状大小相同的通孔。
5.根据权利要求1所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：超磁致伸缩致动器（1）中间是圆筒状，上下两侧顶盖与底盖为圆型的铁盖，顶盖带有三个形状大小相同的周向通孔，并且通孔与夹具侧面的通孔形状大小相同；顶针（5）为细圆柱体状，一侧的端面为圆形，另一侧为针状，顶针圆形端面的一侧与超磁致伸缩致动器中心处相连。
6.根据权利要求1所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：悬臂梁（8）为长条状薄板，薄板下端有四个形状大小相同的通孔。
7.根据权利要求1所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：固定夹（7）为槽型，其中一端侧面带两个形状大小相同的螺纹孔，两个螺钉分别通过这两个螺纹孔将悬臂梁（8）和振镜（6）固定住。
8.根据权利要求1或7所述的双级磁致伸缩振镜偏转驱动机构，其特征在于：振镜（6）为长方形的薄板状。
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