[发明专利]基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台及切换方法

权利要求书

1.一种基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，包括有平台底板及音圈电机，平台底板安装在隔振基座上，音圈电机安装在平台底板的一侧，音圈电机包括有音圈电机外壳、音圈电机磁铁组件、音圈电机线圈、音圈电机线性编码器、音圈电机轴、电机轴连接架、音圈电机伸出轴、联轴器，其中音圈电机磁铁组件安装在音圈电机外壳的侧面，音圈电机线圈安装在音圈电机外壳的底部，音圈电机轴安装在音圈电机线圈内，音圈电机轴通过联轴器及电机轴连接架与音圈电机伸出轴的一端连接，电机轴连接架的下方安装有对音圈电机的位置信号进行反馈的音圈电机线性编码器，音圈电机伸出轴的另一端与压杆的一端连接，压杆的另一端与压电陶瓷连接，压电陶瓷安装固定在工作台上，工作台的上方装设有加速度传感器，工作台的下方安装有直线导轨滑块，直线导轨滑块装设在直线导轨上组成直线运动副，直线导轨滑块能在直线导轨上进行直线运动，电机轴连接架能沿直线导轨直线运动，直线导轨装设在工作台上，工作台的侧边安装有绝对光栅读数头，光栅读数头沿运动方向紧贴安装有绝对光栅尺，绝对光栅尺安装在平台底板上。

2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述压杆上还设有对压电陶瓷进行预紧力调整的预紧力调整机构，包括有预紧螺母和弹簧，预紧螺母通过外螺纹与压电陶瓷安装板所设的圆形套筒连接，弹簧装设在压杆所设的定位凸台与预紧螺母之间，预紧螺母、压电陶和弹簧都安装在压电陶瓷安装板所设的圆形套筒。

3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述压杆与压电陶瓷连接的一端设有半圆凹印，所设半圆凹印直接压在压电陶瓷上。

4.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述压电陶瓷通过压电陶瓷安装板安装固定在工作台上，压电陶瓷通过压电陶瓷安装板背面所设的通孔用压电陶瓷安装螺丝进行固定。

5.根据权利要求4所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述隔振基座为大理石隔振台；上述电陶瓷安装板用螺栓安装到工作台上。

6.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述工作台通过沉头螺丝固定直线导轨滑块。

7.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述音圈电机伸出轴与压杆的连接端设有内螺纹，音圈电机伸出轴通过内螺纹与压杆连接。

8.根据权利要求5所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述平台底板通过底板安装螺丝安装在大理石隔振台上;上述音圈电机磁铁组件用螺丝安装在音圈电机外壳的侧面。

9.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台，其特征在于上述工作台的侧边开有用于安装绝对光栅读数头的两个孔，绝对光栅尺自带专用的安装带安装在平台底板的墙板上；工作台的下方通过直线导轨滑块安装螺栓安装有直线导轨滑块，直线导轨滑块装设在直线导轨上组成直线运动副，直线导轨滑块能在直线导轨上进行直线运动。

10.一种根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的高速高精度宏微平台的切换方法，其特征在于包括如下步骤：

1）当工作台的运动位移为P时，其运动可分解为宏运动位移P1和微运动位移P2，平台的定位精度由压电陶瓷的微进给保证，首先宏运动由音圈电机驱动进给实现，由音圈电机线性编码器反馈平台的位置信号，通过位置信号的比较与闭环反馈控制，实现音圈电机的宏运动，在工作台的宏运动过程中，音圈电机的线性编码器具有高响应频率，能在高速运动中实时反馈平台的位置信号；

2）在宏运动平台的高速加减速运动中，平台的振动信号通过数据采集卡从加速度传感器实时提取，f1是实时分析振动信号所得到的工作台振动主频率；当平台减速时，必然在高速运动情况下产生较大的振动，当主频率f1超过预定阈值频率f0，则启动轴向安装的压电陶瓷的减振功能，对平台施加反向运动，实现平台的快速减振；

3）当宏运动平台接近行程终点，即P1-Pz<＝e1成立时，e1为宏运动的位置精度，若平台的振动频率f1仍然大于平台稳定时要求的频率f0，则压电陶瓷继续进行减振，当f1<＝f0成立时，系统进行压电陶瓷的功能切换和光栅信号的切换，启动平台的微驱动，并同时读取绝对光栅尺的位置读数；微运动由压电陶瓷驱动，其闭环位置控制的位置信号由具有高分辨率的绝对光栅尺提供，将绝对光栅尺的位置信号Pj和终点位置P进行比较，通过高精度位置闭环控制，最终实现纳米级别的微定位。