[发明专利]超声波电动机的控制方法和相应的控制机构

说明书

本发明涉及一种超声波电动机的控制方法，具有以下步骤：从从动元件的开始速度或开始位置出发，如此设定电力激励电压的频率fu，使得该频率fu等于或接近超声波致动器的机械谐振频率frm；使用速度传感器和/或位置传感器的信号将电力激励电压的频率fu变更为超声波致动器的反谐振频率fa，直到达到从动元件的结束速度或结束位置为止；借助反相频率变更以预定精度调节从动元件的结束速度或结束位置。本发明还提供一种用于超声波电动机的控制装置，超声波电动机包括：具有至少两个声波用发电机(3、4)的超声波致动器(1)、从动元件(10)以及用于电力激励电压的发电机，其中，用于电力激励电压的发电机具有频率跟踪器，该频率跟踪器的输出端与功率放大器连接，并且该频率跟踪器的输入端与用于从动元件的移动速度或位置的调节器连接。

技术领域

本发明涉及一种超声波电动机的控制方法和相应的控制机构。根据本发明的方法和相应的控制机构被提供用于超声波电动机或其应用，其中要求在移动速度极低时的精确移动速度和高定位精度。

本发明可以在显微镜载物台或调整台、光学和激光聚焦系统的领域中，通常在定位系统领域中得到相应的应用。

背景技术

超声波电动机的控制方法和控制机构是已知的(例如EP2095441B1，US8604665B2)，其中超声波电动机的超声波致动器以其机械谐振频率进行工作，并且在该机械谐振频率时通过变更激励电压的振幅进行速度控制或位置控制。

这种已知的方法和相应的控制机构的缺点在于，在机械谐振频率时超声波电动机的超声波致动器的机械电感Lm的电阻由其机械电容的电阻Cm来补偿。这从超声波致动器的机械谐振的物理定义得出。

在这种补偿时，摩擦触点的机械电阻的变更、从动装置的反作用或者由致动器的保持产生的反作用对于超声波电动机的移动速度的稳定性和定位精度来说是不稳定的主要因素。这在移动速度低(10...1μm/s)和极低(0.1...10μm/s)时特别明显。

在超声波电动机的从动元件的移动速度低时，摩擦触点的机械电阻的波动可以达到围绕平均值波动+/-(10...50)％的值。该波动对移动速度的波动以及相应地对定位精度都直接产生影响。速度的波动可以取+/-(10...50)％范围内的值，并且定位精度为+/-0.1μm。

为了实现移动速度的最大稳定性和最大定位精度，尝试减少摩擦触点的机械电阻的变更。这是通过对超声波电动机的摩擦轨进行精密加工以及通过借助研磨和抛光对超声波致动器的摩擦元件进行精密加工来完成的。

由于不仅摩擦轨而且摩擦元件都是由极硬的材料制成，因而这使得超声波电动机的制造技术变得非常复杂并且使其更昂贵。由此，配备有超声波电动机且内置于具有低和极低的移动速度的设备中的高精度驱动系统也变得更复杂和更昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波电动机的控制方法和一种超声波电动机的控制机构，使用所述控制方法和所述控制机构实现了特别是在移动速度低和极低时的超声波电动机的从动元件的移动速度的更高稳定性或更大恒定性以及更高定位精度。

该目的是使用独立权利要求的特征来达到的。在各自从属于该独立权利要求的从属权利要求中给出了进一步的实施方式。

根据本发明，提供了一种用于使用速度传感器和/或位置传感器的信号来控制超声波电动机的从动元件的移动速度或位置的方法，其中，所述超声波电动机包括超声波致动器，所述超声波致动器具有至少两个声波用发电机，其中，或是所述发电机中的一方、或是所述发电机中的双方被施加电力激励电压。

根据本发明的方法特别是具有以下步骤：

－从所述从动元件的开始速度或开始位置出发，如此设定所述电力激励电压的频率fu，使得该频率fu等于或接近所述超声波致动器的机械谐振频率frm；