CN109357651A - 精密驱动位移测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种精密驱动位移测量装置，包含尺蠖驱动器与测量元件，所述尺蠖驱动器包含驱动壳体与输出件，驱动壳体上设置有滑移开口，所述输出件滑动安装在滑移开口中；所述驱动壳体上还设置有箝位件与驱动件；所述测量元件安装在以下任一个或任多个位置上：箝位件、驱动件、输出件。本发明采用的尺蠖驱动器能够在外形尺寸较小的情况下，实现平稳、大行程、高输出的直线驱动，通过测量元件还能对输出位移进行准确测量。
Description
技术领域
本发明涉及位移驱动、测量领域，具体地，涉及一种精密驱动位移测量装置，特别是一种尺蠖驱动位移测量装置。
背景技术
自传感驱动器是指可自感知驱动位移的驱动器。现有的专利，例如授权号为CN102620031B，授权日为2013年07月31日，名称为《一种双相对置超磁致伸缩自传感驱动器》的中国专利，提供了一种磁致伸缩自传感驱动器，该自传感驱动器，将用两个磁致伸缩材料对置，进行驱动与传感一体化设计。但是这些专利申请提出的自传感驱动器，结构复杂，检测电路繁琐，精度也不是很高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种精密驱动位移测量装置。
根据本发明提供的精密驱动位移测量装置，包含尺蠖驱动器与测量元件，所述尺蠖驱动器包含驱动壳体与输出件，驱动壳体上设置有滑移开口，所述输出件滑动安装在滑移开口中；
所述驱动壳体上还设置有箝位件与驱动件；所述测量元件安装在以下任一个或任多个位置上：箝位件、驱动件、输出件。
优选地，所述驱动件包含第一驱动槽与第二驱动槽，第一驱动槽与第二驱动槽的槽口相对设置；
所述箝位件包含第一箝位部、第二箝位部；沿驱动壳体的轴向方向上，第一箝位部、第一驱动槽、第二驱动槽、第二箝位部依次布置。
优选地，所述箝位件包含箝位槽，第一箝位部、第二箝位部分别形成第一箝位槽、第二箝位槽；
箝位件与驱动件中均安装有驱动形变件；
所述驱动形变件包含以下任一种或任多种结构：磁致形变件、电致形变件、热敏感材料件、流体形变件。
优选地，所述输出件包含输出直杆，输出直杆包含测值部；
测值部包含测值导电材料件，测值导电材料件配设有电阻测量结构；或者，
测值部包含光栅结构，光栅结构配设有光栅传感器。
优选地，测值导电材料件位于输出直杆沿轴向方向的一端；或者，
所述输出直杆上设置有测值凹槽，所述测值凹槽沿输出直杆长度延伸方向延伸，所述测值导电材料件安装在测值凹槽中。
优选地，测量元件包含应变传感器和/或光纤；
所述测量元件设置在第一驱动槽和/或第二驱动槽中；或者，
驱动壳体上设置有应变槽，所述应变槽与测量元件相匹配。
优选地，第一驱动槽与第二驱动槽均安装有应变传感器，多个应变传感器通过设置的电桥电路连接。
优选地，驱动壳体上设置有箝位孔，箝位孔中设置有箝位形变件，第一箝位部、第二箝位部分别形成第一箝位形变件、第二箝位形变件；
所述箝位形变件包含以下任一种或任多种结构：磁致形变件、电致形变件、热敏感材料件、流体形变件。
优选地，所述箝位孔中还设置有压紧螺盖；
压紧螺盖将箝位形变件预压紧在输出直杆上。
优选地，所述电致形变件包含压电元件，压电元件包含以下任一种或任多种材料件：压电陶瓷材料件、压电晶体材料件、有机压电材料件；
驱动壳体包含以下任一种或任多种材料件：钛合金材料件、不锈钢材料件、铝合金材料件、塑料件、复合材料件。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用的尺蠖驱动器能够在外形尺寸较小的情况下，实现平稳、大行程、高输出的直线驱动，通过测量元件还能对输出位移进行准确测量。
2、本发明能够对输出件的绝对位移和/或相对位移进行测量，进而对尺蠖驱动器的单步行程、输出效率、输出频率等参数进行获取，有利于产品性能参数的标定与检测。
3、本发明提供了多种实现位移输出检测的结构，其中滑动变阻器等电学元件、光栅等光学元件，能够适用于存在外部磁场干扰的环境，极大丰富了使用范围。
4、本发明通过对箝位件进行了变化，通过箝位形变件，能够对输出直杆形成预紧，保证良好接触；同时无需克服驱动壳体的弹性变形，降低了能量损耗。
5、测值凹槽与应变槽的设置，使得箝位件、测量元件等结构的位置设置方式更加灵活，有利于进一步紧凑化部件的装配，减小本发明的整体体积。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1中精密驱动位移测量装置的结构示意图；
图2为实施例2中精密驱动位移测量装置的结构示意图；
图3为实施例3中精密驱动位移测量装置的结构示意图；
图4为实施例4中精密驱动位移测量装置的结构示意图。
图中示出：
尺蠖驱动器100 输出件140
驱动壳体110 输出直杆141
箝位件120 测值部142
第一箝位槽121 测值导电材料件143
第二箝位槽122 测值凹槽144
第一箝位形变件125 光栅结构146
第二箝位形变件126 应变槽150
压紧螺盖128 测量元件200
驱动件130 电阻测量结构210
第一驱动槽131 光栅传感器220
第二驱动槽132 应变传感器230
压电元件135
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
基础实施例
本发明提供的精密驱动位移测量装置包含尺蠖驱动器100与测量元件200，所述尺蠖驱动器100包含驱动壳体110与输出件140，驱动壳体110上设置有滑移开口，所述输出件140滑动安装在滑移开口中；所述驱动壳体110上还设置有箝位件120与驱动件130，所述测量元件200安装在以下任一个或任多个位置上：箝位件120、驱动件130、输出件140。优选地，所述滑移开口为驱动壳体110上的轴向开孔。
所述驱动件130包含第一驱动槽131与第二驱动槽132，第一驱动槽131与第二驱动槽132的槽口相对设置，也就是说，第一驱动槽131与第二驱动槽132的合成位移在运动方向呈现；所述箝位件120包含第一箝位部、第二箝位部；沿驱动壳体110的轴向方向上，第一箝位部、第一驱动槽131、第二驱动槽132、第二箝位部依次布置。
尺蠖驱动器100的工作过程为：驱动壳体110具备良好的弹性变形性能，第一驱动槽131与第二驱动槽132这两个驱动槽中设置有使得槽壁面之间距离发生变化的驱动形变件；例如，驱动槽在驱动形变件作用下，槽壁面之间的距离变大，此时驱动槽与输出件140之间会同时产生驱动壳体110的轴向与径向上的位移。单个驱动槽的径向位移本可以对输出件140产生压紧固定的作用，但是在两个相对设置的驱动槽的共同的作用下，压紧力会出现抵消的现象；当第一箝位部与输出件140之间相互压紧固定，第二箝位部与输出件140之间相互放松时，所述轴向的位移，会使得驱动壳体110朝第二箝位部的方向发生变形。驱动壳体110变形完成后，第二箝位部与输出件140之间再相互压紧固定，第一箝位部松开，并且驱动形变件恢复初始形状，驱动槽的槽壁面之间的距离拉回缩小，这样就使得输出件140或驱动壳体110“相对移动一步”。重复上述动作，即可实现输出件140或驱动壳体110的尺蠖运动。
以下对基础实施例的各个优选方案进行进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例中，所述箝位件120包含箝位槽，即第一箝位部、第二箝位部分别形成第一箝位槽121、第二箝位槽122。箝位件120与驱动件130中均安装有驱动形变件，所述驱动形变件包含以下任一种或任多种结构：磁致形变件、电致形变件、热敏感材料件、流体形变件。优选地，所述电致形变件包含压电元件135，压电元件135连接有驱动电源V1；实际应用中，压电元件135又可采用以下任一种或任多种材料件：压电陶瓷材料件、压电晶体材料件、有机压电材料件。对于流体形变件，可以是类似液压缸、气压缸的结构，通过流体的充入或流出完成对驱动壳体110形变的驱动。总之，所述驱动形变件能够实现驱动壳体110的变形即可。优选地，所述驱动壳体110包含以下任一种或任多种材料件：钛合金材料件、不锈钢材料件、铝合金材料件、塑料件、复合材料件。
所述输出件140包含输出直杆141，且作为在空间中位移输出的直接表现对象。输出直杆141包含测值部142。本实施例中，测值部142包含测值导电材料件143，输出直杆141上除测值导电材料件143的其他位置均为绝缘材料件，测值导电材料件143位于输出直杆141沿轴向方向的一端。测值导电材料件143配设有电阻测量结构210，电阻测量结构210包含的两个测量接头，其中一个测量接头固定连接在测值部142上，随着输出直杆141运动；另一个测量接头滑动连接在测值部142上，在空间上反应为静止状态，例如，固定连接在静止放置的电阻测量结构210的基座上。当输出直杆141运动时，测值部142位于所述两个测量接头之间的长度发生变化，接入到电阻测量结构210的电阻长度与电阻值也相应改变，根据测值部142的接入电阻两端的电压V2的改变量即可获取输出直杆141的绝对位移值。
本实施例中对输出直杆141绝对位移值的测量实质为滑动变阻器的应用，通过这种结构方式，使得测量结果不受外部磁场的影响，扩大了适用范围。
实施例2
本实施例为对实施例1提供技术方案的变化例。如图2所示，本实施例中，所述测值部142包含光栅结构146，通过设置的光栅传感器220来实现对输出直杆141的绝对位移的测量。
优选地，在外部磁场干扰小的场合下，所述测值部142还可以包含磁体材料件，例如永磁体或电磁体，通过磁场传感器来检测由于测值部142运动导致空间磁场强度的变化，进而得到输出直杆141的绝对位移值。
实施例3
本实施例对实施例1提供的技术方案进行了变化，将测量元件200安装在驱动件130上。具体地，如图3所示，所述测量元件200包含了应变传感器230，例如应变片等，所述应变传感器230设置在第一驱动槽131和/或第二驱动槽132中。驱动壳体110在变形过程中，应变传感器230的输出信号V3因为驱动槽的开口的变化而变化，进而可根据V3的变化来计算输出直杆141的位移。
实际应用中，虽然仅设置一个应变传感器230即可对输出直杆141的位移进行测量，但是单个应变传感器230只能测到驱动槽开口伸长的长度，该伸长的长度并不能完全传递到输出直杆141上，最终测得的位移只是相对位移。为克服上述问题，可以在第一驱动槽131与第二驱动槽132中对称布置应变传感器230，例如关于输出直杆141的中轴线上某一点的中心对称，两个应变传感器230通过设置的电桥电路进行连接，将相对变化量平衡掉，最终可以得到输出直杆141的绝对位移量。
实施例4
本实施例主要对箝位件120的构造进行了变化，如图4所示，驱动壳体110上设置有箝位孔，箝位孔中设置有箝位形变件与压紧螺盖128，第一箝位部、第二箝位部分别形成第一箝位形变件125、第二箝位形变件126。所述箝位形变件包含以下任一种或任多种结构：磁致形变件、电致形变件、热敏感材料件、流体形变件。装配过程中，将箝位形变件先装入至箝位孔中，使用压紧螺盖128将箝位形变件预压紧在输出直杆141上，通过箝位形变件长度的变化，完成箝位件120与输出直杆141之间的锁定或解锁。相比实施例1至3中所采用的箝位槽，本实施例中箝位形变件存在以下几个优点：1、不同于喇叭口别住输出直杆141的方式，无需克服驱动壳体110的弹性变形力，减小了能量损耗；2、保证加载在输出直杆141上的箝位力，且直接在径向上压紧，无中间传递环节，压紧程度可控，效果可靠；3、箝位件120在驱动壳体110的周向上的设置位置更加多样，不受输出直杆141结构特征的影响。
本实施例还综合了绝对位移与相对位移的测量结构，图4中V2即使用实施例1或2中提供的结构进行绝对位移测量的表现；V3即使用实施例3中提供的结构进行相对位移测量的表现。例如，V2对应为滑动变阻器结构的应用，V3对应为应变传感器230的应用。相应地，本实施例还提供了输出直杆141的一种优选结构，如图4所示，所述输出直杆141上设置有测值凹槽144，所述测值凹槽144沿输出直杆141长度延伸方向延伸，测值部142包含测值导电材料件143，所述测值导电材料件143安装在测值凹槽144中，通过周向位置的布置，使得例如箝位形变件等具备导电能力的结构与测值部142相互错开。优选地，所述驱动壳体110上还可以设置应变槽150，所述应变槽150与应变传感器230相匹配，如图4所示，应变传感器230位于应变槽150的底部的径向外侧，应变槽150的设置有利于提高应变传感器230的变形量，具有放大测量结果的效果，提高对微小变形的测量精度与灵敏度；同时应变传感器230的安装位置也不再局限于驱动槽中。优选地，所述应变传感器230还可以替换成光纤。
进一步地，本实施例还可以根据驱动形变件的驱动电源V1的频率或者应变传感器230中输出信号V3的变化周期与次数，来判断输出直杆141“走的步数”，再根据V2对应测得的输出直杆141的绝对位移，计算输出直杆141“每走一步”的绝对长度，为后续尺蠖驱动器100的输出参数的标定提供依据。
优选地，所述输出件140还可以包含安装在输出直杆141上的工具件，例如磨削设备、清洗装置、钻孔刀具、运输舱等等。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种精密驱动位移测量装置，其特征在于，包含尺蠖驱动器(100)与测量元件(200)，所述尺蠖驱动器(100)包含驱动壳体(110)与输出件(140)，驱动壳体(110)上设置有滑移开口，所述输出件(140)滑动安装在滑移开口中；
所述驱动壳体(110)上还设置有箝位件(120)与驱动件(130)；所述测量元件(200)安装在以下任一个或任多个位置上：箝位件(120)、驱动件(130)、输出件(140)。
2.根据权利要求1所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，所述驱动件(130)包含第一驱动槽(131)与第二驱动槽(132)，第一驱动槽(131)与第二驱动槽(132)的槽口相对设置；
所述箝位件(120)包含第一箝位部、第二箝位部；沿驱动壳体(110)的轴向方向上，第一箝位部、第一驱动槽(131)、第二驱动槽(132)、第二箝位部依次布置。
3.根据权利要求2所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，所述箝位件(120)包含箝位槽，第一箝位部、第二箝位部分别形成第一箝位槽(121)、第二箝位槽(122)；
箝位件(120)与驱动件(130)中均安装有驱动形变件；
所述驱动形变件包含以下任一种或任多种结构：磁致形变件、电致形变件、热敏感材料件、流体形变件。
4.根据权利要求1所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，所述输出件(140)包含输出直杆(141)，输出直杆(141)包含测值部(142)；
测值部(142)包含测值导电材料件(143)，测值导电材料件(143)配设有电阻测量结构(210)；或者，
测值部(142)包含光栅结构(146)，光栅结构(146)配设有光栅传感器(220)。
5.根据权利要求4所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，测值导电材料件(143)位于输出直杆(141)沿轴向方向的一端；或者，
所述输出直杆(141)上设置有测值凹槽(144)，所述测值凹槽(144)沿输出直杆(141)长度延伸方向延伸，所述测值导电材料件(143)安装在测值凹槽(144)中。
6.根据权利要求2所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，测量元件(200)包含应变传感器(230)和/或光纤；
所述测量元件(200)设置在第一驱动槽(131)和/或第二驱动槽(132)中；或者，
驱动壳体(110)上设置有应变槽(150)，所述应变槽(150)与测量元件(200)相匹配。
7.根据权利要求6所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，第一驱动槽(131)与第二驱动槽(132)均安装有应变传感器(230)，多个应变传感器(230)通过设置的电桥电路连接。
8.根据权利要求2所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，驱动壳体(110)上设置有箝位孔，箝位孔中设置有箝位形变件，第一箝位部、第二箝位部分别形成第一箝位形变件(125)、第二箝位形变件(126)；
所述箝位形变件包含以下任一种或任多种结构：磁致形变件、电致形变件、热敏感材料件、流体形变件。
9.根据权利要求8所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，所述箝位孔中还设置有压紧螺盖(128)；
压紧螺盖(128)将箝位形变件预压紧在输出直杆(141)上。
10.根据权利要求3所述的精密驱动位移测量装置，其特征在于，所述电致形变件包含压电元件(135)，压电元件(135)包含以下任一种或任多种材料件：压电陶瓷材料件、压电晶体材料件、有机压电材料件；
驱动壳体(110)包含以下任一种或任多种材料件：钛合金材料件、不锈钢材料件、铝合金材料件、塑料件、复合材料件。
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2018
- 2018-12-04 CN CN201811475068.XA patent/CN109357651B/zh active Active
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