[发明专利]一种压电微位移补偿的气动精密定位机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种气动精密定位机构，特别是涉及一种压电微位移补偿的气动精密定位机构。

背景技术

气动系统因其成本低廉、节能、响应速度快、元件结构简单、工作效率高、使用和维修方便、功率重量比高、抗干扰性强，便于集中供气和无污染等一系列优点，在机械、运输、化工、冶金、采矿、微电子、生物工程、食品、纺织、医药以及军事等工业部门等工业部门得到了广泛的应用。传统气动系统采用机械定位和节流阀调速的方式，经常无法满足许多设备的自动控制要求。而采用电-气比例或伺服控制系统能非常方便地实现多点无级定位（柔性定位）和无级调速，仅需改变控制程序就能实现定位位置的改变，大幅度降低气缸的动作时间，缩短工序节拍，提高生产率。

但由于空气具有较大的压缩性、阀口流量的非线性和气缸活塞存在较大摩擦力等原因，导致了气动伺服的强非线性和低刚度、气压传播速度慢，从而导致大的时间滞后、大的摩擦力而带来的死区以及系统参数易受环境影响等，使得气动系统难于实现精密的位置控制，且稳定性较差，严重限制了气动定位系统在微纳光刻加工、精密电子产品的自动化装配及快速精密加工机床等领域中的应用。因此，围绕着如何实现气动系统的快速高精度定位这一问题，国内外专家进行了很多研究与探索。

目前为止，对气动定位精度进行改进的研究共分为四类：①数学模型的研究；②控制方法的研究；③新型控制元件的研究；④新形式的气动执行器的研究。虽然做了很多研究，但定位精度始终突破不了微米级，仍实现不了大行程的精密定位。

发明内容

针对现有气动定位系统定位精度差不能满足精密机械工程的应用需求，本发明结合压电陶瓷的优点，并应用到气动定位系统中，提出一种基于压电微位移补偿的气动精密定位机构以实现大行程高精度定位的气动精密定位机构。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种压电微位移补偿的气动精密定位机构，由气缸、压电陶瓷位移放大机构、第二滑块、第一滑块、导轨7、光栅传感器的玻璃尺9、光栅传感器的第一读数头、光栅传感器的第二读数头、工作台以及气缸与工作台的第一连接件、第二连接件、气缸与压电陶瓷位移放大机构和第一滑块的第四连接件、第四连接件与光栅传感器的第一读数头的第六连接件、压电陶瓷位移放大机构的位移输出轴与第二滑块的第五连接件、第五连接件与光栅传感器的第二读数头的第七连接件、导轨与工作台的第三连接件组成。

在工作台上一端通过第一连接件和第二连接件支撑设置有气缸，在工作台上另一端通过第三连接件支撑设置导轨，在第三连接件上的凹槽内设置有光栅传感器的玻璃尺，在导轨上设置有第二滑块和第一滑块，在第一滑块的上方设置压电陶瓷位移放大机构，气缸的活塞杆与压电陶瓷位移放大机构通过第四连接件串联在一起，压电陶瓷位移放大机构的位移输出轴与第二滑块之间通过第五连接件连接，光栅传感器的第一读数头通过第六连接件和第四连接件与气缸的活塞杆连接，以此来测量气缸相对工作台的位移输出，光栅传感器的第二读数头通过第七连接件、第五连接件与压电陶瓷位移放大机构的位移输出轴连接，以此来测量压电陶瓷位移放大器的位移输出轴相对工作台的位移输出，即气动精密定位机构的整体位移。

本发明的进一步改进在于：压电陶瓷位移放大机构是由底座、压电陶瓷固定件、压电陶瓷制动器、液压放大器腔体、小膜片压盖、弹簧压盖、读数头连接件、光栅传感器的读数头、光栅传感器的玻璃尺、位移输出轴、小膜片、小硬芯、大硬芯上、大膜片、大硬芯下、硬芯与压电连接件组成；其中，压电陶瓷固定件下端固定在底座上，压电陶瓷固定件上端与液压放大器腔体连接，且两者夹紧大膜片，液压放大器腔体的上端与小膜片压盖连接，且两者夹紧小膜片，小膜片压盖通过螺纹与弹簧压盖配合，光栅传感器的第二玻璃尺安装在小膜片压盖的凹槽内；压电陶瓷制动器的底端固定在底座上，顶端和硬芯与压电连接件的一段相连，硬芯包括大硬芯上和大硬芯下，大硬芯上和大硬芯下夹着大膜片，共同紧固在硬芯与压电连接件的另一端，大膜片与小膜片之间的密闭空间中充满液压油，位移输出轴的下端和小硬芯夹着小膜片，位移输出轴的上端与读数头连接件紧固在一起，光栅传感器的第三读数头固定在读数头连接件上。