[发明专利]基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台

说明书

技术领域

本发明涉及精密运动平台，可用于精密操作和宏微复合高速精密补偿，本发明具体涉及基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台。

背景技术

为了实现二维精密运动，精确、稳定的进给机构显得尤为重要，因为它与产品的质量密切相关。另外，复杂光学自由曲面由于体积小，高精度更是对微进给机构提出了严格的要求。微进给系统是加工此类产品的基础，其广泛应用于快刀伺服进给系统，微动工作台和宏微复合平台等中。传统的二维微进给装置通常采用固定频率设计，对材料特性和制造误差提出了极高的要求，尤其在加工不同产品时，其驱动频率通常会变化，使得固定频率的运动平台位移放大因子不一致，从而使得位移放大失真。此外，现有的基于柔性铰链的二维微动平台运动耦合，运动控制复杂，难于满足高速精密运动需求。

发明内容

本发明的目的在于提出基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，基于预应力膜，频率可调，两个进给装置的驱动方向相互垂直，避免微动工作台在二维运动时发生耦合。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台，包括有X向薄膜组(201)、Y向薄膜组(202)、X向运动子平台(203)、Y向运动子平台(204)、外框架(205)、X向驱动、Y向驱动、X向位移传感器(8)、Y向位移传感器(10)、机架(1)和工作平台(5)；

所述外框架(205)固定于所述机架(1)；具有弹性的所述X向薄膜组(201)设置于所述X向运动子平台(203)的两侧，其一端连接于所述外框架(205)内侧壁，另一端连接于所述X向运动子平台(203)；具有弹性的所述Y向薄膜组(202)设置于所述Y向运动子平台(204)的两侧，其一端连接于所述X向运动子平台(203)的内侧壁，另一端连接于所述Y向运动子平台(204)；所述X向薄膜组(201)和Y向薄膜组(202)相互垂直；所述工作平台(5)刚性连接于所述Y向运动子平台(204)；

所述的X向薄膜组(201)和Y向薄膜组(202)中各自的薄膜均为平行布置，且薄膜的长度方向分别垂直于X向运动子平台(203)和Y向运动子平台(204)的进给方向；

所述X向驱动包括有X向驱动定子(301)和X向驱动动子(302)；所述Y向驱动包括有Y向驱动定子(401)和Y向驱动动子(402)。其中所述的X向驱动定子(301)和Y向驱动定子(401)均固定在机架(1)上；所述的X向驱动动子(302)通过固定在X向运动子平台(203)上，所述的Y向驱动动子(402)通过固定在Y向运动子平台(204)上；

所述外框架(205)在其与X向薄膜组(201)的相连接处设置有槽(2)，使所述外框架(205)的内侧形成较薄的可变形的X向运动子平台弹性件(6)，所述外框架(205)设有调节X向运动子平台弹性件(6)变形度的X向频率调节机构(11)；所述Y向运动子平台(204)设有调节与所述Y向薄膜组(202)的连接处为可变形的Y向运动子平台弹性件(9)，所述Y向运动子平台(204)设有调节Y向运动子平台弹性件(9)的Y向频率调节机构(7)。

在所述X向运动子平台(203)和所述Y向运动子平台(204)的进给方向的端部分别设置有X向位移传感器(8)和Y向位移传感器(10)。

所述X向位移传感器(8)和Y向位移传感器(10)为电容式或电感式传感器

在所述X向位移传感器(8)和Y向位移传感器(10)的非工作面设置有绝缘层。

所述X向薄膜组(201)、Y向薄膜组(202)、X向运动子平台(203)、Y向运动子平台(204)和外框架(205)为一体式结构。

所述Y向运动子平台(204)在其内侧转角处设置有圆弧形内嵌式孔槽(206)。

所述X向音圈电机的磁性定子(301)和线圈动子(302)在图示Y向留有运动间隙，所述Y向音圈电机的磁性定子(401)和线圈动子(402)在图示X向留有运动间隙。通过所述方式，驱动机构实现XY向运动解耦。

所述X向驱动器(401)和所述Y向驱动器(402)为音圈电机。

所述X向频率调节机构(11)为穿过所述槽(2)的螺栓，其两端分别连接于所述槽(2)的两侧；所述Y向频率调节机构(7)为穿过所述Y向运动子平台(204)并连接于所述工作平台(5)的螺栓。