激光干涉接触式轴承表面轮廓综合测量

介绍了一种可用于测量滚动轴承曲面形貌的表面轮廓综合测量仪，在测量中应使杠杆处于平衡位置，以减小测量力；用衍射光栅干涉位移传感器作为位移测量系统代替传统的电感位移传感器；z向工作台采用粗、细两级驱动定位，利用步进电机驱动斜面导轨进行粗级定位以扩大量程，压电陶瓷做微位移驱动实现精密定位以提高测量精度。论述了该仪器的整体结构、测量原理、工作台的定位控制以及衍射光栅干涉信号的处理。     

一种用于测量微观形貌的激光干涉式测量仪

该轮廓测量仪的开发是根据了Michelson干涉测量原理，工作台以正交衍射光栅为位移标准器，采用直线电机和压电陶瓷（PZT）进行快速粗定位和精确定位的两级定位过程，重点介绍了仪器的测量原理及光路系统．以及对电机及压电陶瓷的驱动和对干涉信号的处理。     

基于垂直位移扫描的三维表面轮廓测量仪

该测量仪在测量过程中以保持杠杆处于平衡位置为前提,X-Y向、Z向工作台分别采用衍射光栅为标准器,X-Y向工作台采用直线电机和压电陶瓷分别进行粗、细两级定位.本文论述了仪器的整体结构、测量原理、工作台的定位控制以及衍射光栅干涉信号的处理.     

新型一维位移工作台的设计及特性分析

研究开发了一种能实现大量程位移和纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用粗、精两级定位机构,以精密衍射光栅传感器组成工作台位移的闭环检测系统。工作台可以实现0~6 mm 的位移及1 nm的定位分辨力。文中建立了由压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的精定位机构的机电耦合模型,进行了精定位机构的模态分析和静力学分析,并采用ANSYS软件进行了有限元仿真运算。最后给出了工作台在表面三维微观形貌测量仪中的应用结果。     

0.1μm大行程精密定位控制系统的研究

本文介绍了一种新型的精密工作台定位控制系统。本控制系统采用伺服电机粗动控制与压电陶瓷精动控制相结合的方法完成对工作台的定位控制，并利用衍射干涉光栅测长技术进行实时检测。本系统工作行程50mm，定位精度±0.1μm。     

大行程超精密工作台的研究

该微动平台采用花岗岩作为机架材料,以压电陶瓷直线电机驱动平台,选择RENISHAW的RGH25光栅作为反馈和宏微双驱动协调控制伺服输出,并提出了提高定位精度的方案.为研究微动工作台提供了参考.通过实验对工作台的性能进行分析,证实平台设计的可行性.     

精密工作台定位控制系统的设计与研究

研制了一种大行程精密工作台定位控制系统。提出用伺服电机粗动控制与压电陶瓷精动控制相结合的方法来完成对工作台的定位控制，利用衍射干涉光栅测长技术进行实时检测，最后由计算机完成系统总体控制。本系统工作行程 ５０ｍｍ，定位精度±０． １μｍ。     

大行程纳米级共平面二维精密工作台的研究

研究开发了一种大行程纳米级共运动平面二维工作台,该工作台采用宏/微两级驱动,宏驱动由滑动导轨、直流无刷电机、精密丝杠组成,微驱动由平行平板柔性铰链和压电陶瓷组成。对平行平板柔性铰链进行了力学分析,并推导计算了其固有频率。工作台移动范围为50mm×50mm,可实现5nm的运动分辨率。工作台在X、Y方向分别装有衍射光栅计量系统,宏微位移由同一套衍射光栅计量系统进行位移计量,计量系统的有效位移分辨率为2.3nm。该二维工作台具有通用化和小型化特点,可以用于微纳米表面的测量与微机电系统的控制与加工。     

基于单压电执行器的光栅刻线摆角修正

考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着,采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后,进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示,摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果,对光栅宽度为10.4mm且刻线密度为600line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明:采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角,提高光栅质量;该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。     

压电驱动超精密定位工作台的研究

研究、设计了一种压电式超精密微定位工作台。此工作台在伺服电机驱动的滚珠丝杠进给系统的基础上，采用压电陶瓷作为微位移驱动器，柔性铰链为导向机构，对工作台运动位置自动补偿，实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计，以实现长行程超精密定位。压电陶瓷配合柔性铰链使用使工作台定位精度达到0．01μm，可满足精密、超精密加工需要。     

大量程纳米级垂直扫描系统研究

研究开发了一种大量程纳米级垂直扫描系统,该系统采用粗/精两级驱动,粗驱动子系统由滑动导轨、直流无刷电机、精密丝杠组成,精驱动子系统由平行平板柔性铰链和压电陶瓷组成。对平行平板柔性铰链进行了力学分析,并推导计算了其固有频率。该垂直扫描系统的粗位移和精位移由同一套激光干涉位移计量系统计量。该垂直扫描系统运动范围为0～40mm,运动分辨率为5nm。     

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。     

压电智能结构的柔性梁振动主动控制系统仿真

针对材料的共振会对系统的稳定性和精度产生不良影响的问题,采用压电智能结构,使用两路独立电源驱动两组压电陶瓷片,电路的工作频率调整为光纤智能梁的共振频率,并以光栅光纤为传感器,应用Matlab的仿真工具箱研究了环氧树脂柔性梁振动的主动控制技术,建立了振动主动控制系统实验平台并进行了仿真。研究结果表明,本实验系统能够抑制柔性梁在共振频率附近的共振峰幅值,达到主动控制效果。     

一种新型三维精密位移系统的设计与分析

研究开发了一种新型的大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。精密位移系统采用模块化结构设计，三个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构，分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z三个方向采用粗、精两级驱动，并分别装有计量光栅。其中X、Y两个方向的驱动机构水平放置且为上下层叠式，Z方向上的驱动机构垂直放置。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行驱动，精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行驱动，每个方向的两级驱动共用一套计量光栅，从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计，分析了位移系统的位移分辨率、位移系统的计量原理以及位移系统的运动性能，从而为位移系统的设计提供理论依据。     

纳米精度压电马达的动力学模拟及试验

设计并制作完成了一种基于压电陶瓷逆压电效应的纳米精度压电步进马达.根据其结构简化模型,推导出该压电纳米马达在脉冲电源作用下的运动特性表达式.编写软件,设定参数对压电马达的运动性能进行模拟,结果表明了马达的线性步进运动特点.设计光栅测试系统,对压电马达样机进行运动测试,试验结果证实了模拟结构的正确性.该类压电纳米马达具有可以实现连续步进位移,步进速度快,单步分辨率小,行程长和便于利用微机实现智能控制等特点.纳米马达的位移分辨率可以达到10nm,最快速度为0.6mm/s,最长行程为5cm.     

宏微直线压电电机微驱动机构设计与分析

为了解决宏微驱动直线压电电机微驱动位移较小、对宏动定位误差的补偿能力不足的问题,提出一种宏微驱动钹型直线压电电机。采用钹型复合压电叠堆为驱动单元替换压电陶瓷片组成的压电叠堆,实现轴向位移的一次放大,通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大。该电机可在特定的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动,也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)。建立了该直线压电电机的三维有限元模型,利用有限元软件分别对弹性拨齿、钹型压电叠堆和复合振子进行静力学分析和静态优化设计。有限元仿真表明:基于柔性铰链结构的弹性拨齿经过优化后,最小刚度小于钹型压电叠堆的最小刚度;在相同条件下,优化后钹型压电叠堆沿轴向方向的静态变形量比由压电陶瓷片组成的压电叠堆的静态变形量提高了8.45倍;采用基于柔性铰链结构的弹性拨齿和钹型压电叠堆组成的复合振子的拨齿质点沿水平方向的静态位移量比优化前提高了12.1%,大幅提高了微驱动对宏动定位误差的补偿能力,为压电电机微驱动的结构设计及优化提供依据。     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

A piezoelectric motor for precision positioning applications

This study presents a novel precise piezoelectric motor capable of operating in either an AC drive mode or DC drive mode. In the AC drive mode, the motor acts as an ultrasonic motor which is driven by two orthogonal mechanical vibration modes to generate elliptical motion at the stator to push the slider into motion. In the DC drive mode, stick-slip friction between the stator and slider is used to drive the motor step-by-step. The experimental results show that the AC drive mode can drive the motor at a high moving speed, while the DC drive mode can simply drive the motor with a nanoscale resolution. In our experiments, a prototype motor is fabricated and its actions are measured. The results demonstrate that in the AC drive mode, the piezoelectric motor can achieve a 106 mm/s speed without a mechanical load and a 34 mm/s speed with 340 g of mechanical load when applying two sine waves with a drive of 11.3 V at 38.5 kHz. Meanwhile, in a DC driving mode, the motor is capable of performing precision positioning with a displacement resolution of 6 nm when driving at 100 Hz.