[发明专利]一种超声波驱动的精密分度装置

说明书

技术领域

本发明属于精密分度领域，涉及一种超声波驱动的精密分度装置。

背景技术

精密分度装置广泛的应用于计量、机械制造、科研等领域。目前，业界使用最广泛的高精度分度装置的结构一般都是由电气硬件系统、机械传动系统、控制软件系统等构成。其中机械传动系统包括减速机构(传动装置主要是蜗杆蜗轮)、夹具等是决定分度精度的关键。

为了提高它的读数分辨能力和减小连续分度积累误差，一般采用高分辨率的编码器和高精密度的减速传动机构来提高分度精度。随着分度精度要求的提高，决定分度精度的传动机构的精度也使机械加工成本成倍增加。因此，目前绝对分度精度误差小于10″的分度头的价格一般在10万元以上。对于更高要求的分度头，目前不仅价格昂贵，而且其高精度分度性能的可靠性也存在一定的问题。

发明内容

本发明目的是为了克服现有分度装置精度上依赖传动系统，因而其成本昂贵、精度难以达到角秒级和可靠性不高等问题，直接利用超声波电机驱动分度轴进行分度，避免了现有分度装置的分度精度依赖传动机构的精度缺点。

本发明的技术方案为：

一种超声波驱动的精密分度装置，包括机座11、超声波电机7、轴承1、角度检测传感器(3，5)、分度头的主轴2、陶瓷圆盘4，角度检测传感器为角度检测圆光栅3和角度检测读数头5，其特征在于：分度头的主轴2上设计带15°圆锥台阶，如图2所示，且一边为15°圆锥面，另一边为圆柱面，角度检测圆光栅3安装在主轴15°的圆锥面上，陶瓷圆盘4固定在分度头的主轴的圆盘上，分度头的主轴2通过轴承1安装在机座11上，超声波电机7安装在机座底板10上的电机安装座8上，并通过陶瓷圆盘4来拨动分度头的主轴转动，角度检测读数头5通过读数头安装座12安装在机座底板10上。

所述的轴承1为角接触式轴承。

所述的角度检测读数头5为非接触式光栅检测器。

在负载较大的应用场合，一个电机的驱动力可能不够，还可以沿分度头的主轴2的圆周方向对称均匀分布多个超声波电机以满足驱动能力要求。

根据应用的需要，也可以将分度头的主轴设计成竖直方向，从而成为立式分度头。

本发明具有以下优点：利用超声波电机驱动的分度头由于电机直接驱动分度主轴，消除了由中间传动系统所带来的误差，只要精确控制驱动电机就能够实现精确分度和定位。

超声波电机驱动的分度头由于其结构简单使其工作可靠性大大提高，另一方面，也大大提高了整机的性能价格比，随着国内超声波电机及编码器等器件研究的深入，相信降低成本还会有很大的空间。

超声波电机驱动的分度头在配置高精度的检测传感器和控制器的条件下，几乎可以满足任何分度及定位要求。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的带15°圆锥台阶的主轴结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括机座11、超声波电机7、轴承1、角度检测传感器(3，5)、分度头的主轴2、陶瓷圆盘4，角度检测传感器为角度检测圆光栅3和角度检测读数头5，分度头的主轴2的输出端可根据用户的需要设计成开放的连接形式，以满足连接各种不同的夹具。轴承1将分度头的主轴2固定在机座11上，分度头的主轴如图2所示，图2中13为带15°圆锥台阶，图2中14为安装圆光栅的环形面，角度检测圆光栅3安装图2中13处的圆锥面上，陶瓷圆盘4固定在图2中14处环形平面上，超声波电机7安装在机座底板10上的电机安装座8上，并通过陶瓷圆盘4来拨动分度头的主轴2转动，角度检测读数头5安装在机座底板10上。角度检测读数头5为非接触式光栅检测器，将角度检测圆光栅上的光栅数以脉冲形式输出，角度检测圆光栅3和角度检测读数头5组合起来实际上构成了角度检测传感器，将主轴的角度信息反馈给控制系统形成一个闭环控制回路，从而实现精确分度。在负载较大的应用场合，一个电机的驱动力可能不够，还可以沿分度头的主轴2的圆周方向对称均匀分布多个超声波电机以满足驱动能力要求。图1中9为分度头的外罩。

根据应用的需要，也可以将分度头的主轴设计成竖直方向，从而成为立式分度头。

超声波电机也叫陶瓷电机，它是利用压电陶瓷的逆压电效应-在交变电场作用下，陶瓷会产生伸缩的现象-直接将电能转变成机械能，这种电机的工作频率一般在20kHz以上，故称为压电超声波电机。通常通过各种振动模式转换与复合，压电超声波电机才能将压电体简单的伸缩模式变成所需要的可用来产生旋转或直线运动的驱动模式。根据压电现象中的超声波驻波原理，即利用多种振动模耦合形成定子表面粒子椭圆运动，此时可运动物体也就是转子在一定压力下与定子表面接触，则定子表面质点椭圆运动产生的摩擦力推动转子转动，其工作原理和一个人不断地用手拨一个转子旋转的方式相似。附图1中的6为超声波电机的压电振子。超声波电机就是通过压电振子6来拨动陶瓷圆盘4从而使分度头的主轴2转动。