CN214847750U - 一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置，包括：基座；与基座连接的驱动机构和宏动平台；驱动机构与宏动平台连接，驱动宏动平台在基座上进行设定轨迹的运动；所述宏动平台上安装有微动平台，所述微动平台包括依次连接的驱动器、杠杆放大机构和刀具载物台；可以通过音圈电机驱动导轨实现大行程位移，也可以通过压电陶瓷驱动位移平台实现高精度的运动，两者使用独立驱动器进行驱动互不干扰，可以单独或是相互配合实现多种运动形式，解决了音圈电机驱动器单独使用时存在惯性大、精度低等问题，以及一般压电陶瓷驱动器的驱动力较小进而导致整个装置的行程一般在微米级别，不能够满足快刀伺服系统毫米级的行程要求的问题。
Description
技术领域
本公开涉及一种宏微双驱式快刀伺服装置，特别是一种满足高精度要求且能完成大行程运动的宏微双驱式快刀伺服装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成现有技术。
随着科学技术的进步发展，对于应用于光学激光、光纤通讯、空间研究等领域中的光学元件精度要求不断提升，然而此类精密元件具有不规则变化特征、没有固定的回转中心、形状复杂且对加工精度的要求极高。因此，针对精密复杂形面加工的快刀伺服装置得到了越来越多的关注。
现有的快刀伺服装置可以分为压电陶瓷驱动器型以及音圈电机驱动器型。压电陶瓷驱动器拥有响应速度快、加速度高、分辨率高的特点，能够满足快刀伺服系统的高频响、高精度加工要求，但一般压电陶瓷驱动器的驱动力较小进而导致整个装置的行程一般在微米级别，不能够满足快刀伺服系统毫米级的行程要求。音圈电机驱动器则可以对刀具实现大行程的运动，但是在单独使用过程中存在惯性大、精度低等弊端现象。因此，同时具有大行程、高精度、快速响应等特点的快刀伺服装置是当前精密光学元件制造领域的主要研究方向，具有重要的工程实践价值。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提出了一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置，该装置具有单个自由度上宏动、微动调节两种驱动方式，整个装置具有大驱动行程、高定位精度、高解耦特性、刚度可调、快速响应等优点。
第一方面，本公开提供了一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置，包括：基座；
与基座连接的驱动机构和宏动平台；
驱动机构与宏动平台连接，驱动宏动平台在基座上进行设定轨迹的运动；所述宏动平台上安装有微动平台，所述微动平台包括依次连接的驱动器、杠杆放大机构和刀具载物台。
与现有技术对比，本公开具备以下有益效果：
1、本公开中提供了一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置，驱动机构与宏动平台连接，驱动宏动平台在基座上进行设定轨迹的运动，微动平台包括依次连接的驱动器、杠杆放大机构和刀具载物台，可以通过音圈电机驱动导轨实现大行程位移，也可以通过压电陶瓷驱动位移平台实现高精度的运动，两者使用独立驱动器进行驱动互不干扰，可以单独或是相互配合实现多种运动形式，解决了音圈电机驱动器单独使用时存在惯性大、精度低等问题，以及一般压电陶瓷驱动器的驱动力较小进而导致整个装置的行程一般在微米级别，不能够满足快刀伺服系统毫米级的行程要求的问题。
2、本公开中采用微动平台固定在宏动平台上的安装方式，减少了装置在宏动与微动之间的运动耦合，确保了运动的精确性。
3、本公开中微动平台采用双压电陶瓷对称驱动的方式，避免了寄生位移的产生。同时，采用两节杠杆放大机构，对压电陶瓷的位移进行精确放大，可以实现微动平台纳米级分辨率，保证了微动平台运动的精度。
4、本公开中的快刀伺服装置，结构紧凑、简单，易于加工，加工成本低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开整体结构示意图；
图2为本公开整体结构主视图；
图3为本公开整体结构右视图；
图4为本公开微动平台结构俯视图；
图5为本公开微动平台结构左视图；
其中，1-整体基座，2-音圈电机定子部分，3-音圈电机动子部分，4-前固定板，5-宏动平台，501-宏动平台锁紧装置，6-微动平台，601-微动平台框架，602-两级杠杆放大器，603-第一压电陶瓷驱动器，604-第二压电陶瓷驱动器，605-切削刀具，606-刀具载物台，607-螺栓孔，608-固定杆，7-导轨，8-后固定板。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例
如图1-图5所示，本公开提供了一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置，包括：基座；
与基座连接的驱动机构和宏动平台；
驱动机构与宏动平台连接，驱动宏动平台在基座上进行设定轨迹的运动；所述宏动平台上安装有微动平台，所述微动平台包括依次连接的驱动器、杠杆放大机构和刀具载物台。
所述微动平台还包括框架，框架为U型结构，U型结构开口处与杠杆放大机构的一端铰接；U型结构的内部底端中心安装有固定杆，所述固定杆与杠杆放大机构另一端铰接；
进一步的，所述杠杆放大器为两级杠杆放大器，包括两个对称设置的L型杠杆，分别为第一L型杠杆和第二L型杠杆；第一L型杠杆的一端与刀具载物台一侧面铰接，刀具载物台的另一侧面与第二L型杠杆的一端铰接；第一L型杠杆和第二L型杠杆的另一端与驱动器铰接；
进一步的，所述驱动器为压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器设有两个，分别为第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器，第一压电陶瓷驱动器与第一L型杠杆连接，第二压电陶瓷驱动器和第二L型杠杆连接，压电陶瓷驱动器一端与框架连接，另一端与杠杆放大机构连接。
进一步的，所述第一L型杠杆包括依次连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，第一连杆的第一端与固定杆连接，第二端与第一压电陶瓷驱动器连接，第三端与第二连杆连接；第二连杆的一端与第一连杆连接，另一端与第三连杆连接；第三连杆的第一端与U型结构的开口处一侧连接，第二端与第二连杆连接，第三端与刀具载物台一侧面铰接。
所述第二L型杠杆包括依次连接的第四连杆、第五连杆和第六连杆，第四连杆的第一端与固定杆连接，第二端与第二压电陶瓷驱动器连接，第三端与第五连杆连接；第五连杆的一端与第四连杆连接，另一端与第六连杆连接；第六连杆的第一端与U型结构的开口处另一侧连接，第二端与第五连杆连接，第三端与刀具载物台另一侧面铰接。
进一步的，所述宏动平台与基座滑动连接，基座上设有导轨，宏动平台设有与滑块配合的滑槽。作为其中一种实施方式，所述的导轨为直线交叉滚子导轨，导轨上等距开有螺栓孔，通过螺栓固定在基座的前端，两条导轨对称分布在基座的两端位置；所述的宏动平台为一矩形平板结构，安装在两条导轨上，沿滑块运动。进一步的，设定轨迹可以为直线轨迹或曲线估计，可根据基座上的轨道路径进行设定。
进一步的，所述基座上安装有后固定板，后固定板与驱动机构一端连接，驱动机构另一端与前固定板一侧连接，前固定板另一侧与宏动平台连接。作为其中一种实施方式，所述的基座为矩形平板结构，基座固定在工作平面上，其余的快刀伺服装置均安装在此基座上；所述的宏动平台后侧开有螺栓孔，所述的前固定板为下侧两角开有螺栓孔的矩形平板结构，通过螺栓连接实现宏动平台与前固定板间的固定；所述的后固定板与前固定板结构相似，通过螺栓固定在基座上；音圈电机安装在前、后固定板之间，所述的前、后固定板相互平行安装在基座和宏动平台上。
进一步的，所述驱动机构为音圈电机，包括音圈电机定子部分和音圈电机动子部分。作为其中一种实施方式，音圈电机均采用外部永磁、内部电磁的结构，并且永磁部分作为动子，电磁部分作为定子，所述的动子与定子间有间隙。
进一步的，宏动平台两侧开有限位孔，通过限位件可以实现宏动平台位置固定；作为一种具体的实施方式，所述宏动平台两侧开有螺栓孔，通过拧紧螺栓可以实现宏动平台与导轨之间的锁死。
进一步的，微动平台的四角与底部设有螺栓孔，通过螺栓将微动平台固定在宏动平台上。
进一步的，微动平台采用压电陶瓷驱动，平台内采用两级杠杆放大器对压电陶瓷产生的位移进行放大；同时采用对称分布的双压电陶瓷驱动结构，减少了平台运动时的耦合，更好的保证了平台的输出特性。
进一步的，所述刀具载物台为凸台结构，刀具安装在凸台结构上；作为其中一种实施方式，刀具安装在微动平台末端的凸台结构上，通过放大机构输出实现精密位移运动。
具体的，如图1本公开整体结构示意所示，整个快刀伺服装置包括基座1，音圈定子部分2，音圈电机动子部分3，前固定板4，宏动平台5，微动平台6，导轨7和后固定板8。所有运动系统均搭建在基座1之上。
如图1本公开整体结构示意图所示，整个快刀伺服装置包括宏动部分和微动部分组成，宏动部分由音圈电机、宏动平台5和导轨7组成，微动部分由微动平台6组成。
进一步的，导轨7通过螺栓固定在基座1之上，并且导轨7采用对称分布在基座1两侧的分布，宏动平台5安装在导轨7之上。
进一步的，后固定板8通过螺栓固定在基座1之上，同时音圈电机定子部分2则通过后固定板8固定在基座1之上。前固定板4同样通过螺栓与宏动平台连接，音圈电机动子部分3推动前固定板4带动宏动平台沿导轨7上进行运动，实现快刀伺服装置的大行程运动过程。
进一步的，通过拧紧宏动平台锁紧装置501，使其中螺钉顶住导轨7，实现宏动平台5的自锁。
如图2本公开整体结构主视图所示，图中可以看出整个快刀伺服装置进行横向运动。微动平台6通过螺栓连接固定在宏动平台5之上，当单独驱动音圈电机时，微动平台6做跟随运动，同时对微动平台6进行驱动时，整个快刀伺服做宏微双驱运动，且宏动和微动相互独立，不产生干扰，消除了两者进行运动时的误差。
快刀伺服装置微动部分微动平台6内部结构如图4本公开微动平台结构俯视图所示，整个微动平台由601微动平台框架支撑，其他结构均建立在框架基础上进行设计。
进一步的，微动平台6的四角的框架底部开有六个螺栓孔，通过螺栓连接将微动平台6固定在宏动平台5上，且框架上边缘与宏动平台5边缘平行对齐，将刀具载物台606和切削刀具605伸出进行切削工作。
进一步的，微动平台6的内部采用两级杠杆放大器602作为内部位移放大机构，两级杠杆放大器602采用对称形式，减小放大过程中出现的不稳定性。
进一步的，两级杠杆放大器602采用两个L型的杠杆放大机构串联而成，通过左右两侧第一压电陶瓷驱动器603和第二压电陶瓷驱动器604驱动，使刀具载物台606产生同宏动方向一致的水平位移，进行精确的刀具定位。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种宏微双驱式大行程高精度快刀伺服装置，其特征在于，包括：基座；
与基座连接的驱动机构和宏动平台；
驱动机构与宏动平台连接，驱动宏动平台在基座上进行设定轨迹的运动；所述宏动平台上安装有微动平台，所述微动平台包括依次连接的驱动器、杠杆放大机构和刀具载物台；
所述微动平台还包括框架，框架为U型结构，U型结构开口处与杠杆放大机构的一端铰接；U型结构的内部底端中心安装有固定杆，所述固定杆与杠杆放大机构另一端铰接；
所述杠杆放大机构为两级杠杆放大器，包括第一L型杠杆和第二L型杠杆，第一L型杠杆和第二L型杠杆对称设置；所述第一L型杠杆包括依次连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，第一连杆的第一端与固定杆连接，第二端与第一压电陶瓷驱动器连接，第三端与第二连杆连接；第二连杆的一端与第一连杆连接，另一端与第三连杆连接；第三连杆的第一端与U型结构的开口处一侧连接，第二端与第二连杆连接，第三端与刀具载物台一侧面铰接；所述第二L型杠杆包括依次连接的第四连杆、第五连杆和第六连杆，第四连杆的第一端与固定杆连接，第二端与第二压电陶瓷驱动器连接，第三端与第五连杆连接；第五连杆的一端与第四连杆连接，另一端与第六连杆连接；第六连杆的第一端与U型结构的开口处另一侧连接，第二端与第五连杆连接，第三端与刀具载物台另一侧面铰接。
2.如权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述第一L型杠杆的一端与刀具载物台一侧面铰接，刀具载物台的另一侧面与第二L型杠杆的一端铰接；第一L型杠杆和第二L型杠杆的另一端均与驱动器铰接。
3.如权利要求2所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述驱动器为压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器设有两个，分别为第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器，第一压电陶瓷驱动器与第一L型杠杆连接，第二压电陶瓷驱动器和第二L型杠杆连接。
4.如权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述驱动器采用压电陶瓷驱动，微动平台内采用两级杠杆放大器对压电陶瓷产生的位移进行放大。
5.如权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述刀具载物台为凸台结构，刀具安装在凸台结构上。
6.如权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述宏动平台与基座滑动连接，基座上设有导轨，宏动平台设有与滑块配合的滑槽。
7.如权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述基座上安装有后固定板，后固定板与驱动机构一端连接，驱动机构另一端与前固定板一侧连接，前固定板另一侧与宏动平台连接。
8.如权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，宏动平台两侧开有限位孔，通过限位件可以实现宏动平台位置固定。
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