[发明专利]一种高频微位移驱动装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微位移驱动器领域，尤其涉及一种高频微位移驱动装置以及这种装置实现微位移的控制方法。

背景技术

微位移驱动装置在光学器械、微电子加工以及高精密加工等技术领域中有及其广泛的应用。如：快刀伺服加工中心的刀具装置中就设置有一种响应快、精度高的微位移驱动装置。

压电陶瓷微位移驱动器是一种常见的微位移驱动装置，如中国专利文献申请公告号CN10248325A公布了一种大负荷压电陶瓷微位移驱动器及其制作方法。所述的大负荷压电陶瓷微位移驱动器包括弹性膜片、上压板、M组1号压电组件、1号下底板与定位套。定位套的下端装入1号下底板的中心通孔内成动配合，M组1号压电组件以定位套为中心均布在1号下底板上，上压板套装在定位套的上端，上压板和M组1号压电组件上端面相接触，1号下底板和上压板之间用细长的紧固螺钉连接，弹性膜片通过螺钉和上压板与定位套的上端面紧固连接。该发明能运用于需要承受巨大负载条件下产生和改变输出位移的场合，但由于压电陶瓷的固有特性所致，存在迟滞、易蠕变、体积大以及难以实现线性输出的缺陷。

发明内容

为了克服现有微位移驱动器存在反应滞后、容易蠕变以及线性特性较差的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种高频微位移驱动装置，其输出位移的精度高，线性及高频特性好，且结构紧凑，密封性好，集成度高，适用于小体积微动平台。

本发明还要解决的技术问题在于提出一种高频微位移驱动装置的控制方法，能有效提高高频微位移驱动装置输出的位移精度及反应速度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高频微位移驱动装置，包括壳体、设于所述壳体内部的音圈电机，所述音圈电机包括定子、沿所述定子的轴向方向运动的动子，所述壳体的两侧设有与所述壳体固定连接的薄膜压盖，所述定子包括磁轭、固定于所述磁轭上的磁铁，所述动子包括中心轴、与所述中心轴固定连接的线圈支架、以及缠绕于所述线圈支架上的线圈，所述薄膜压盖的中部设有安装孔，所述中心轴穿过所述安装孔后通过止动螺母与限位轴肩紧固连接，所述定子与动子之间设有用于检测轴向位移的位移传感器。

进一步的，所述磁轭包括内壁、固定于所述壳体上的外壁、以及设于所述内壁与外壁之间的圆环槽，缠绕有所述线圈的一部分所述线圈支架嵌入所述圆环槽中。

进一步的，所述位移传感器为电容式位移传感器，其包括动电容片和静电容片，所述静电容片设于所述内壁和所述磁铁的一端，所述动电容片设于所述线圈支架上，且与所述静电容片的位置对应。

进一步的，所述磁铁设于所述内壁上，所述中心轴穿过所述内壁中部的通孔。

优选为，所述薄膜压盖包括薄膜、与所述薄膜固定连接的压盖，不同厚度的压盖与不同大小的力位移放大比相对应。

优选为，通过所述压盖紧固力的变化调节所述薄膜的张力大小，实现对所述位移放大比的微调。

一种高频微位移驱动装置的控制方法，按如下步骤实施：

S00：当所述中心轴不承受工作载荷时，与所述高频位移驱动装置相连的控制器控制所述音圈电机按预设力驱动所述中心轴沿轴向移动，所述位移传感器检测每个预设力驱动下的所述线圈支架与所述磁轭的零载相对位移。

S10：所述控制器根据所述预设力和与所述预设力对应的所述零载相对位移建立力-位移零载模型。

S20：当所述中心轴承受工作载荷时，所述控制器控制所述音圈电机按步骤S00中的预设力驱动所述中心轴沿轴向移动，所述位移传感器检测每个预设力驱动下的所述线圈支架与所述磁轭的有载相对位移。

S30：所述控制器比较每一时刻的零载相对位移和有载相对位移，所述控制器根据每一时刻的比较结果和该时刻所述音圈电机的输出力，求出所述中心轴承受的实时工作载荷。

S40：所述控制器依据所述实时工作载荷对力-位移零载模型进行修正，得到力-位移有载模型。

S50：所述控制器依据力-位移有载模型中的力控制所述音圈电机驱动所述中心轴沿轴向移动，所述中心轴带动所述薄膜压盖产生预定位移。

进一步的，S40步骤中，所述中心轴承受所述实时工作载荷，所述控制器驱动所述中心轴移动所述预定位移，所述控制器检测每个所述预定位移对应的所述音圈电机的有载输出力，得到力-位移有载模型。

进一步的，S50步骤中，所述位移传感器检测到所述线圈支架与所述磁轭的相对位移作为反馈信号输入至所述控制器中，所述控制通过闭环控制进一步修正所述预定位移。