内箝位型压电精密步进旋转驱动器

提出一种新型的压电精密步进旋转驱动器。该驱动器以仿生运动的原理,以压电陶瓷叠堆为动力源,采用定子内侧箝位的方式和薄壁柔性铰链微变形结构,提高该驱动器箝位的稳定性和步进旋转的稳定性。通过静力学有限元分析和动力学分析,较深入地研究了该驱动器的运动特性,并对驱动器旋转分辨率、旋转速度、驱动转矩等方面进行试验研究。研制的内箝位型压电精密步进旋转驱动器能够实现高频率(40 Hz),较高速度(325μrad/s),大行程(大于360°),高分辨率(1μrad),较大驱动力矩(30N·cm)等特点,有效提高了压电精密步进旋转驱动器的驱动性能。该驱动器在精密运动、微操作、光学工程以及精密定位等精密工程中具有广阔的应用前景。     

新型压电精密步进旋转驱动器研究

提出了一种新型的压电精密步进旋转驱动器.该驱动器根据仿生运动原理,以压电陶瓷叠堆为动力源,采用定子内侧箝位的方式和薄壁柔性铰链微变形结构,提高了箝位的稳定性和步进旋转的稳定性.通过静力学有限元分析和动力学分析,较深入地研究了该驱动器的运动特性.研究结果表明,该驱动器具有高频率(40 Hz),较高速度(325μrad/s),大行程(＞360°),高分辨率(1μrad/step),较大驱动力(30 N·cm)等特点,提高了压电精密步进旋转驱动器的驱动性能,在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程领域有广阔的应用前景.     

大行程高精度驱动系统的研究

首先对大行程高精度驱动系统结构研究进展进行介绍和评述,其次针对目前大行程高精度宏微两级定位系统结构复杂,体积大,驱动控制困难等问题,提出研究具有宏微双重运动功能的单一驱动结构将是大行程高精度驱动定位系统的发展方向;指出将超声电机与压电微驱动器结合成为单一驱动器将是大行程高精度驱动系统的一个发展方向;最后对单级超声电机宏微驱动系统建模方法、位置控制策略的研究进展进行了综述,指出了单级宏微驱动的超声电机研究的主要难点。     

非对称夹持惯性压电旋转驱动器

以惯性压电旋转驱动器为研究对象,提出一种新型非对称夹持惯性压电旋转驱动器的研究方案。该驱动器以压电双晶片振子为驱动元件,采用对称方波电信号为激励信号。通过特殊设计的非对称夹持结构,惯性压电旋转驱动器可产生明显的惯性驱动力差,实现单向旋转动运动。建立基于Lugre摩擦模型的压电旋转驱动器动力学仿真模型,对压电旋转驱动器动态特性进行仿真分析,进一步设计研制非对称夹持惯性压电旋转驱动器样机,进行试验研究,试验证明研制的样机可以实现大行程(360°)、高分辨率(2μrad)、高旋转步长(146.36μrad)的稳定转动。仿真分析和试验研究结果吻合较好,表明研制的非对称夹持惯性压电旋转驱动器具有定向驱动作用。     

压电直线精密驱动器研究

提出一种新型的压电直线精密步进驱动器。该驱动器采用仿生运动的原理,以定子主动箝位的方式和双侧薄壁铰链微变形结构,解决了以往压电精密驱动器箝位不牢固、步进频率较低、行程小、分辨率低、速度低、驱动力不稳定等问题。研制的精密直线驱动器能够实现高频率100 Hz,高速度30 mm/min,大行程>10 mm,高分辨率0.05 μm,大驱动力100 N等特点,大幅度提高了压电型步进驱动器的驱动性能。     

电热致动式微位移流体驱动器的控制分析

该文介绍了一种新型流体微位移驱动器。该微驱动器克服了传统微驱动器的缺点，能够同时满足大驱动力、大行程、和微位移这三个条件。同时采用一种参数在线自校正模糊控制器对该微驱动器进行控制，取得了较好的控制效果。     

2自由度大行程微定位平台结构与参数设计

微机械执行技术是实现微定位操作的关键技术之一,在实现高分辨率的同时,必须满足平台的运动范围要求.基于此,介绍一种具有位移放大功能的多功能微驱动接口模块,研究实际位移放大倍数与输入臂和输出臂比值之间的非线性关系,以及影响多功能微驱动接口模块放大功能的主要因素.将多功能微驱动接口模块和多层折叠梁型移动副结构与2-PPr(P表示移动副,Pr表示平行四边形结构)型二平动并联结构微定位平台结合,提出一种新型二平动大行程微定位平台.分析柔性平行四边形结构中杆件的夹角、平台厚度等关键参数对微动平台位移放大倍数的影响原理,并给出具体的设计方法.采用驱动端点刚度与微定位平台整体刚度相结合的方法,确定压电陶瓷驱动器驱动量与微定位平台末端运动量之间的关系矩阵.结果表明,采用有限元法确定机构参数快速有效,为微动平台的分辨率、行程范围和控制系统设计提供了理论依据.     

外驱动双向推力型压电步进精密驱动器研究

提出了一种新型的压电直线精密步进驱动器.该驱动器采用步进仿生运动的原理(Pusher),以定子箝位和定子驱动的方式实现动子被动运动.在对驱动器工作原理和机械结构分析的基础上,建立以压电叠堆为驱动元件的直线驱动数学模型,并对其结构进行了有限元分析.这种驱动器采用双向推力的结构原理,实现了在正反向与运动过程中驱动特性的一致.实验证明,以这种新型驱动方式构造的驱动器实现了箝位牢固、高频率(100 Hz)驱动、高步进速度(30 mm/min)、大行程(＞10 mm)、高分辨率(0.05μm)、大驱动力(100 N)等特点,大幅度提高了压电型步进驱动器的驱动性能,在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景.     

宏微复合平台的微运动动态模型研究

宏微复合平台常应用于大行程运动和高精度定位的场合。基于对宏微复合驱动技术的的分析及研究,提出了一种音圈电机与压电陶瓷复合驱动的宏微复合运动平台结构,其中微运动平台采用压电陶瓷驱动和弹簧预紧,具有结构简单、分辨率高、刚度高和响应速度快等优点。针对微运动平台的主动控制问题,考虑压电陶瓷驱动器驱动电路以及滑块与摩擦复合作用的影响,建立微运动平台动态模型。通过微运动平台动态特性的实验研究,分析滑块与摩擦复合作用对微运动平台平稳性的影响。结果表明,该模型可快速缩短平台到达稳定的时间,满足平台精密定位要求。     

超精密机床宏/微双驱动微位移机构的设计与控制

提出了一种宏/微双驱动微进给机构的设计与控制方法。介绍了宏/微双驱动微位移机构的结构设计,将宏动(大行程)和微动(高分辨率)两者串联以获得理想的运动性能。该机构用步进电机作为宏动的驱动装置以获得大行程和高响应速度,用压电陶瓷微位移器作为精密运动以提高运动分辨率和运动精度。设计了该机构的控制系统,用一个基于模型的开关控制器对微位移装置进行控制,并设计专门的运动分配模块对宏/微运动进行协调控制。最后,分别控制宏动和微动装置对该系统进行了实验,并用激光干涉仪检测。检测结果表明,宏动装置的行程为90 mm,运动分辨率为0.3 μm;压电陶瓷微动装置的行程为40 μm,定位精度为0.9 μm。理论分析和实验结果均表明了控制策略的有效性。     

非共振型压电电机驱动的大行程精密定位旋转平台的建模和实验

针对目前光波导封装使用的精密定位平台行程小,结构与控制系统复杂的问题,提出了非共振型压电电机驱动的大行程精密旋转定位平台。该平台通过压电电机的连续作动和步进作动两种工作模式来满足大行程和高精度要求。首先对该精密旋转定位平台进行动力学建模,确定了系统运动方程。然后,分析其作动机理,研究影响旋转平台转速的不同因素。最后,实验研究该精密旋转定位平台的速度、步距、分辨率与负载特性,确定平台连续作动与步进作动的驱动方式。实验结果表明,在直流偏置为60V,峰峰电压为120V,频率为180 Hz的正弦波电压激励下,该精密旋转定位平台最大转速可达47 963.2μrad/s,分辨率和最大负载分别为3μrad和60g。与现有的大行程精密定位旋转平台相比,设计的平台具有行程大,精度高,结构简单,稳定可控,且装配调试方便,易于批量化生产等优势。     

Novel precision piezoelectric step rotary actuator

A novel piezoelectric (PZT) precision step rotary actuator was developed on the basis of PZT technology. It adopts the principle of bionics and works with an inside anchoring/loosening of the stator and a distortion structure of the uniformly distributed thin flexible hinge to solve problems such as ineffective anchoring/loosening, low step rotary frequency, small travel, poor resolution, low speed and unsteady output. The developed actuator is characterized by high frequency (30 Hz), high speed (380 μrad/s), large travel (>270°), high resolution (1 μrad/step), and work stability. It greatly improves the ability to drive the existing PZT step rotary actuator. The new actuator can be applied in the field of micromanipulation and precision engineering, including precision driving and positioning and optics engineering. __________ Translated From Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2006, 36(5): 673–677 [译自: 吉林大学学报 (工学版)]     

新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

压电陶瓷驱动球基微驱动器的动力学研究

研制出了尺寸为30 mm×30 mm×50 mm的压电陶瓷驱动的球基微驱动器样机,并对该微驱动器进行动力学分析以及微型轴孔装配的实验研究。建立了微驱动器金属球空间坐标关系,分析了球基微驱动器的动力学特征,并建立了其动力学模型。采用龙格-库塔法计算出了微驱动器的动力学参数,并利用MATLAB的SIMULINK模块搭建了微驱动器的仿真模型,并对其进行了动力学仿真分析。研制出了球基微驱动器样机,并在此基础上,集成微夹持器形成微操作器,对微驱动器性能进行了实验测试,并开展了Φ180 μm微型轴与Φ200 μm微型孔之间的精密微装配实验研究。最后,分析了微驱动器金属球质量、驱动信号频率、以及金属球与微驱动单元摩擦块接触表面摩擦系数对其性能的影响。实验结果表明:该球基微驱动器的转动分辨率为0.000 1°,转动定位精度为0.000 5°,微驱动器最大工作频率为1 200 Hz。实验结果验证了逆转振动模型的正确性,由该微驱动器所集成的微操作器,完全可以满足对微小元器件的微米级操作与装配等精密作业的要求。     

微型投影仪的照明系统设计

随着LCOS技术的发展,投影仪趋于微型化,而投影系统的分辨力也不断提高,因此对投影仪的光源系统的要求就越来越高,希望得到高强度以及光学扩展量小的光束。对普通的光源系统进行分析和模拟,并且对投影仪系统中经常用到的光学器件例如光管、复眼透镜等进行分析,探讨了在微型投影仪的光源设计中如何选择光源,以及根据选择的光源进行设计。     

基于S11639的紫外-可见光谱仪的设计

目前微型紫外光谱仪多采用背向减薄式或镀膜CCD作为感光元件,针对其价格昂贵的问题,提出了将高性价比的CMOS传感器芯片S11639应用于紫外-可见光谱仪中的设计方案,系统采用非对称性的切尔尼-特纳光学系统进行分光处理,利用STM32微处理器芯片配合复杂可编程逻辑器件CPLD来设计电路将数据上传到上位机,进行光谱图像显示。通过实验对比,验证了用该方案设计的微型紫外-可见光纤光谱仪,具有良好的紫外敏感性,频谱范围为200~900nm,分辨率可达1.5nm。     

聚合物微器件压力自适应超声波精密联接

将超声波联接技术应用于聚合物微器件的联接,搭建了超声波精密联接系统。为了保证微器件在精密联接中的形状精度,选用工作频率为60 kHz的超声换能器及驱动电源为微器件提供高频、低振幅的超声波振动;以高细分步进电机驱动直线导轨控制超声波工具头的纵向移动,精确控制超声波工具头的位置,并结合力传感器实现了超声波联接过程中聚合物材料力学性能的实时检测。针对联接表面特性差异引起的联接质量不一致问题,提出了基于材料力学性能反馈的压力自适应联接方法,可以对不同零件提供自适应的超声波能量。应用该系统对PMMA材料微器件进行了联接实验,实验结果表明,该方法大幅提高了超声波联接的稳定性,实现了聚合物微器件的超声波精密联接。     

折叠弹簧式MEMS水平扭转微镜的设计与分析

设计了带有折叠弹簧的静电驱动光开关水平扭转微镜,利用折叠弹簧代替直扭梁,增加扭梁的长度,有效降低微镜驱动电压.微型铰链结构使微镜保持在单一扭转工作模式下,其弯曲模式的影响可以忽略.利用MATLAB 7.0进行仿真分析,获得微镜驱动电压与扭梁长度的关系曲线.利用ANSYS 8.0获得了折叠弹簧式微镜结构的模态分析和谐响应分析结果,其工作模态频率约为1.77 kHz,远低于其他非工作模态频率.微镜结构的谐振频率约为1.8 kHz,能满足MEMS光开关对开关响应时间的要求.     

一种基于相位光栅干涉微位移传感器的研制

高精度微位移传感器是表面计量技术的关键技术之一.文中介绍了一种低成本、高精度的接触式微位移传感器.该传感器采用平行簧片实现精密直线运动,相位透射型正弦衍射光栅作为计量光栅实现高精密的位移测量.文中分析了其测量原理、光学原理、干涉条纹的光电接收以及辨向、细分.理论分析和实验应用结果表明该传感器垂直分辨率可达到nm级,测量量程为2 mm,可以用于微纳米表面形貌和轮廓的测量.     

谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统的研究

太赫兹波是一种非常有科学价值的电磁波。文中利用谐衍射元件独特的色散性质，将谐衍射透镜应用于14-50µm太赫兹成像系统中，使系统在15.8-16.2µm, 18.5-20µm，23-25µm，30.5-33.5µm和46-50µm五个谐振波段内的轴向像差最大为0.75mm。各谐振波段内的放大率是波长的函数，图像重构时将引起像元的配准误差，利用光学二组元法设计的变焦结构成功地解决了这一问题。设计结果表明：系统像高恒定为6.74mm；变焦结构还具有很好像差补偿作用；在10对线/mm时，光学传递函数在五个谐振波段内均达到衍射极限；实现了轻、小、易加工的设计要求。