一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置与方法，包括隔振机构本体部分、检测部分及控制部分；所述隔振机构本体部分包括气浮隔振平台，所述气浮隔振平台设置载物平台，所述载物平台与隔振机构连接，所述隔振机构包括X方向隔振机构及Y方向隔振机构，检测部分包括加速度传感器与激光测振仪；控制部分接收相应的信息得到控制信号，驱动APA线性放大器及直线电机伺服放大器，进一步驱动音圈电机及放大型压电促动器，本发明专利技术通过融合多传感器信息对两个方向的微振动进行精确检测，并采用对称式并联柔顺机构和APA组合对装置微振动进行抑制，可以实现对精密平台的精准主动隔振的目的。

A flexible active vibration isolation device and method with planar two degree of freedom micro disturbance

The invention discloses a plane two degree of freedom micro disturbance flexible active vibration isolation device and method, including a vibration isolation mechanism body part, a detection part and a control part; the vibration isolation mechanism body part includes an air floating vibration isolation platform, the air floating vibration isolation platform is provided with a load platform, the load platform is connected with the vibration isolation mechanism, the vibration isolation mechanism includes an X direction vibration isolation mechanism and a Y direction vibration isolation mechanism The vibration isolation mechanism includes acceleration sensor and laser vibration detector; the control part receives corresponding information to get control signal, drives APA linear amplifier and linear motor servo amplifier, further drives voice coil motor and amplified piezoelectric actuator. The invention accurately detects micro vibration in two directions by fusing multi-sensor information, and adopts symmetrical combination The combination of the compliant mechanism and APA can suppress the micro vibration of the device, which can realize the precise active vibration isolation of the precision platform.

【技术实现步骤摘要】
一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置与方法
本专利技术涉及机构抑制隔振领域，具体涉及一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置与方法。
技术介绍
精密定位是精密制造和微纳操作等学科的关键技术，高精度定位平台在如半导体加工、光学制造与检测、微装配、微机电系统(MEMS)等很多领域得到了广泛应用，并在其中起着重要作用。而高精度定位平台在实际应用过程中对微扰动振动的影响十分敏感，对系统的隔振性能提出了极高的要求，因此，精密平台的微扰动隔振机构在精密装置中起着相当重要的作用，具有重要的研究意义与应用前景。目前压电材料驱动技术比较成熟，压电陶瓷驱动由于其具有定位精度高、输出力大、响应速度快等诸多显著优点而在超精密定位平台、主动隔振机构等方面具有广泛的应用。另一方面，柔顺机构是利用弹性材料的变形来输出位移、实现高精度定位或操作的新型机构。柔顺机构通常是利用线切割技术在一块基材上一体化加工而成，因而可以免去复杂的装配过程，可避免其他工序引入造成的误差损失。相对传统的刚性机构，它具有无间隙、无摩擦、无需润滑等优点，结合压电直接驱动技术，可以方便地进行精密位置控制，实现高精度定位，因此，在精密工程中柔顺机构有着越来越多的应用。针对目前精密平台对系统微隔振机构的重要需求，设计一种平面二自由度的微扰动主动隔振机构具有十分重要的意义。根据分析，可以将柔顺机构应用于精密平台的隔振装置中作为传力与导向机构，并利用压电驱动作为主动隔振的关键驱动部件，通过这种方法设计的隔振装置具有高精度、响应快速等显著优点，因此具有重要的应用价值。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置与方法，本专利技术可以实现不同微扰动输入、不同负载状况下对目标载物台与质量块在平面两个自由度方向的振动进行快速、精准的控制，达到对精密工作台进行主动隔振的目的。本专利技术采用如下技术方案：一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，包括隔振机构本体部分、检测部分及控制部分；所述隔振机构本体部分包括气浮隔振平台，所述气浮隔振平台设置载物平台，所述载物平台分别与X方向隔振机构及Y方向隔振机构连接，所述X方向隔振机构与Y方向隔振机构的结构相同，均包括柔顺结构及放大型压电促动器；所述柔顺结构固定在直线滑轨上，音圈电机安装在直线滑轨上方，音圈电机的输出端通过音圈电机输出连接块与隔振机构进行连接，音圈电机的往复运动带动隔振机构在直线滑轨上运动，所述载物台上设置质量块；所述检测部分包括加速度传感器及激光测振仪，所述加速度传感器安装在音圈电机输出连接块，检测X方向及Y方向音圈电机输入振动信号，振动信号经过电荷放大器及dSPACE控制卡输入计算机；所述激光测振仪设置在气浮隔振平台的周围，检测质量块在X及Y两个方向的微振动信号,经过激光测振仪控制器输入计算机；所述控制部分包括音圈电机驱动器及APA控制器，所述计算机根据输入信号得到控制信号，经过dSPACE控制卡分别输入音圈电机驱动器及APA控制器，进一步驱动音圈电机及放大型压电促动器运动。所述载物平台的底部沿圆周对称安装三个气浮垫，气浮垫通过气动回路持续供气。所述放大型压电促动器共有四个，其中两个串联之后与另外两个放大型压电促动器并联，四个放大型压电促动器位于柔顺结构中间位置。所述柔性结构采用对称式并联解耦全柔性结构，具体为平行四边形柔性连杆结构。所述气动回路由气泵、气动三联件、开关阀驱动电路、二位三通阀以及四通管接头构成。一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置的控制方法，包括如下步骤：第一步，实验开始，开启实验设备，气动回路工作为载物台底部的各气浮垫充气，使其处于无摩擦漂浮状态；第二步，控制X轴方向的的音圈电机运动，安装在X轴方向的音圈电机输出连接块上的加速度传感器检测音圈电机输出的振动信号，通过电荷放大器放大后传输至dSPACE控制卡，经dSPACE控制卡中的A/D转换传输至计算机；第三步，计算机经过处理后产生相应的控制信号传输至dSPACE控制卡，经D/A转换后传输至APA控制器，驱动相应的APA运动变形对振动进行抑制；第四步，通过X轴方向的激光测振仪检测传输到安装在载物台上的质量块的残余振动信号，经激光测振仪控制器处理后传输至计算机，计算机通过相应的控制算法修正控制信号，产生相应的放大型压电促动器补偿驱动电压值，经dSPACE控制卡和APA控制器传输后控制放大型压电促动器进行补偿变形，进一步消除残余微振动，提高隔振系统的精确性；第五步，单独控制Y轴方向的音圈电机运动，重复第一步至第四步，检测装置对Y轴方向的隔振效果；第六步，同时控制X、Y两个自由度方向的音圈电机运动，重复以上实验步骤，通过加速度传感器和激光测振仪检测质量块在两个自由度方向的振动信号并加以控制，对两个方向同时运动时的隔振性能进行检测；第七步，拆卸载物台上的质量块，更换不同质量的质量块负载，重复第一步至第六步，通过调节质量块的质量，测定装置在不同负载下的运动特性与隔振性能。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术中的隔振机构采用对称式并联柔顺机构，具有高刚度、高负载承载力、高速度、高精度、结构紧凑等显著优点，可实现对装置微扰动的快速、精准隔振；(2)本专利技术中利用放大型压电促动器的变形进行抑振隔振，控制精度高、响应快、驱动力大，并通过自身放大机构可以快速、有效地对输入的振动进行主动抑制；(3)本专利技术采用多个加速度传感器和多个激光测振仪分别检测质量块负载在两个自由度方向的振动，通过融合多传感器信息，可以对输入的微扰动振动信息进行精确检测，进而实现快速精准抑振隔振。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是隔振机构与载物台及气动回路的结构示意图；图4是图3中隔振机构与载物台装配体的俯视图；图5是隔振机构与音圈电机装配体的俯视图；图6是图5中的俯视图；图7是本专利技术的工作流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1-图6所示，图1中的虚线连接指示了各个设备之间的连线关系，方向箭头表明了检测和控制信号流的传递方向，各传感器与驱动器连接仅选其一进行示意；一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，包括隔振机构本体部分、检测部分及控制部分；所述隔振机构本体部分包括气浮隔振平台1，所述气浮隔振平台上设置载物平台5，所述载物平台通过连接块分别与X方向及Y方向的隔振机构3连接，两个方向的隔振机构的结构相同，均包括柔顺结构18和放大型压电促动器19，每个方向的隔振机构均通过柔顺结构安装底座20固定在直线滑轨21上,所述音圈电机2通过音圈电机安装底座16平行安装在直线滑轨21的正上方，底座与导轨中间留有间隙，相互之间未直接接触，音圈电机输出端通过音圈电机输出连接块17与隔振机构3进行连接，音圈电机2的往复运动输出作为装置的微扰动振动输入，隔振机构3通过一个连接块与载物台5进行连接，所述载物台上设置质量块4，与载物台为可拆换连接，载物台底部沿圆周对称安装有三个气浮垫22，气浮垫通过气动回路持续供气；整个实验装置安装在气浮隔振平台1上，可以消除外界振动和噪声对平台的干扰，提高系统的准确性和装置的隔振性能。所述装置在X、Y两个自由度方向各安装一套相同的隔振机构，构成平面二自由度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，其特征在于，包括隔振机构本体部分、检测部分及控制部分；所述隔振机构本体部分包括气浮隔振平台，所述气浮隔振平台设置载物平台，所述载物平台分别与X方向隔振机构及Y方向隔振机构连接，所述X方向隔振机构与Y方向隔振机构的结构相同，均包括柔顺结构及放大型压电促动器；所述柔顺结构固定在直线滑轨上，音圈电机安装在直线滑轨上方，音圈电机的输出端通过音圈电机输出连接块与隔振机构进行连接，音圈电机的往复运动带动隔振机构在直线滑轨上运动，所述载物台上设置质量块；所述检测部分包括加速度传感器及激光测振仪，所述加速度传感器安装在音圈电机输出连接块，检测X方向及Y方向音圈电机输入振动信号，振动信号经过电荷放大器及dSPACE控制卡输入计算机；所述激光测振仪设置在气浮隔振平台的周围，检测质量块在X及Y两个方向的微振动信号,经过激光测振仪控制器输入计算机；所述控制部分包括音圈电机驱动器及APA控制器，所述计算机根据输入信号得到控制信号，经过dSPACE控制卡分别输入音圈电机驱动器及APA控制器，进一步驱动音圈电机及放大型压电促动器运动。

【技术特征摘要】
1.一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，其特征在于，包括隔振机构本体部分、检测部分及控制部分；所述隔振机构本体部分包括气浮隔振平台，所述气浮隔振平台设置载物平台，所述载物平台分别与X方向隔振机构及Y方向隔振机构连接，所述X方向隔振机构与Y方向隔振机构的结构相同，均包括柔顺结构及放大型压电促动器；所述柔顺结构固定在直线滑轨上，音圈电机安装在直线滑轨上方，音圈电机的输出端通过音圈电机输出连接块与隔振机构进行连接，音圈电机的往复运动带动隔振机构在直线滑轨上运动，所述载物台上设置质量块；所述检测部分包括加速度传感器及激光测振仪，所述加速度传感器安装在音圈电机输出连接块，检测X方向及Y方向音圈电机输入振动信号，振动信号经过电荷放大器及dSPACE控制卡输入计算机；所述激光测振仪设置在气浮隔振平台的周围，检测质量块在X及Y两个方向的微振动信号,经过激光测振仪控制器输入计算机；所述控制部分包括音圈电机驱动器及APA控制器，所述计算机根据输入信号得到控制信号，经过dSPACE控制卡分别输入音圈电机驱动器及APA控制器，进一步驱动音圈电机及放大型压电促动器运动。2.根据权利要求1所述的一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，其特征在于，所述载物平台的底部沿圆周对称安装三个气浮垫，气浮垫通过气动回路持续供气。3.根据权利要求1所述的一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，其特征在于，所述放大型压电促动器共有四个，其中两个串联之后与另外两个放大型压电促动器并联，四个放大型压电促动器位于柔顺结构中间位置。4.根据权利要求3所述的一种平面二自由度微扰动柔性主动隔振装置，其特征在于，所述柔性结构采用对称式并联解耦全柔性结构，具体为平行四边形柔性连杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宪民，朱许先，余龙焕，邱志成，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44