一種大范圍垂直可調的振動發生裝置及控制方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種振動模擬裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]振動發生裝置主要用于模擬各種工況環境，用于開展各種科學實驗和檢驗各類產品的使用可靠性，隨著精密制造、微納加工、航空儀器等產業的發展，對產品的性能要求也逐漸提高，對模擬振動的實驗的要求越來越高。
[0003]壓電陶瓷作為振動發生器件能夠進行高分辨率的精確定位，同時也能對交變電壓產生良好的動態形變響應。通過一些傳遞裝置，很好地模擬各種振動工況，被廣泛應用于精密定位和振動發生;但是壓電陶瓷因為制造工藝和特性限制，很難既實現大范圍的高精度位移調整，又提供適宜可調的振動輸出。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于解決利用壓電陶瓷作為振動發生器件時，位移調整范圍受限的問題;提供大范圍、高分辨、垂直可調的振動發生裝置及控制方法。
[0005]本發明采用如下技術方案實現:
一種大范圍垂直可調的振動發生裝置包括振動源裝置和改變振動源裝置在垂直方向上位置的調整裝置。
[0006]所述的振動源裝置，包括壓電陶瓷、z向工作臺，壓電陶瓷鑲嵌在z向工作臺中。z向工作臺具有中心的柔性部分和外圍的剛性部分;剛性部分與所述柔性部分通過柔性鉸鏈連接；剛性部分具有兩個中心對稱的長方形凸臺；長方形凸臺的外側與z向工作臺的背面垂直。
[0007]所述的壓電陶瓷鑲嵌在z向工作臺中，具體來說，壓電陶瓷下端面與z向工作臺的剛性部分膠接，壓電陶瓷的上端面與z向工作臺的柔性部分的下端面膠接。
[0008]所述調整裝置以滑動摩擦方式支撐振動源裝置。
[0009]更進一步的，所述的調整裝置，包括底座、右軸承座、左軸承座、滾珠絲杠、斜塊、X向直線導軌滑塊、第一直線導軌、第二直線導軌和z向支撐架、電機;其特征在于，斜塊固定在X向直線導軌滑塊上，X向直線導軌滑塊安裝在第一直線導軌上，第一直線導軌與底座固定連接;滾珠絲杠從斜塊的中心穿過且兩端分別固定在右軸承座和左軸承座上;第二直線導軌固定在斜塊的斜面上。
[0010]所述改變振動源裝置在垂直方向上位置，具體來說，z向工作臺通過交叉滾柱導軌與z向支撐架連接;z向支撐架與底座連接;將第二直線導軌的X向移動通過z向工作臺與第二直線導軌之間滑動摩擦轉化為z向工作臺的z向運動。
[0011]所述的調整裝置，具體來說，滾珠絲杠一端與外部的步進電機連接，另一端從斜塊的中心穿過后固定在左軸承座上，螺母通過柔性鉸鏈與斜塊固定連接。
[0012]所述的調整裝置，其特征在于，所述斜塊的斜面的傾斜度為1:20?1:50。[0013 ]所述的一種大范圍垂直可調的振動發生裝置的控制方法包括以下步驟:
步驟一:將指定的振動預設位置L，分解為調整裝置的電機輸入脈沖數N和振動發生裝置中壓電陶瓷的輸入直流電壓V:
N=round(L*K*n/P)；
V=[L_N*P/(K*L)]*w;
其中，K為調整裝置中傾斜度的倒數，η為電機設定轉動一周脈沖數，P為滾珠絲杠倒程，round為左取整運算，w為壓電陶瓷的電壓-位移特性參數；
步驟二:對調整裝置電機輸入脈沖數為N的指令信號；
步驟三;根據需要產生的振動模式，給出振動源裝置中壓電陶瓷輸入電壓信號: S(t)=V+s(t)；
其中，S(t)為需要產生的振動模式對應的輸入電壓信號。
[0014]本發明提供的一種大范圍垂直可調的振動發生裝置及控制方法;大大增加了壓電陶瓷作為振動發生器件的位移調整的范圍，使得整個振動發生裝置更具有適用性;具有定位精度高、結構簡單、成本低等特點。振動源裝置可調范圍達1mm，垂直分辨率達5nm，振動發生頻率小于等于200Hz，振動幅值達8μηι。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例大范圍垂直可調的振動發生裝置的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的振動源裝置中ζ向工作臺的局部示意圖；
圖3(a)為本發明實施例提供的振動源裝置中ζ向工作臺的主視圖；
圖3(b)為本發明實施例提供的振動源裝置中ζ向工作臺的俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0017]本發明實施例中，一種大范圍垂直可調的振動發生裝置及控制方法包括振動源裝置和改變振動源裝置在垂直方向上位置的調整裝置；
如圖1所示，振動源裝置包括壓電陶瓷(9)、ζ向工作臺(8)，壓電陶瓷(9)鑲嵌在ζ向工作臺(8)中。
[0018]如圖2、3(a)、3(b)所示，ζ向工作臺8由外圍的剛性部分和中心的柔性部分組成;剛性部分與柔性部分之間通過如圖3(a)所示的柔性鉸鏈結構連接。其中柔性部分相對于剛性部分可以產生相對的位移，其原理是通過薄的鋼板發生彈性變形，并通過懸臂梁式結構對彈性變形進行放大。從圖3(b)中可知，ζ向工作臺8有兩個突出的長方形凸臺，凸臺相對于中心對稱。凸臺的外側與ζ向工作臺8的背面垂直。
[0019]如圖2所示，壓電陶瓷9鑲在ζ向工作臺8中，下端面與ζ向工作臺8的剛性結構處膠接，上端面與ζ向工作臺8的柔性部分的下端面膠接，柔性結構伴隨壓電陶瓷的形變發生垂直方向振動。
[0020]如圖1、圖2所示，調整裝置由底座1、電機支架2、電機3、彈性聯軸器4、右軸承座墊塊5、右軸承座6、滾珠絲杠7、滾珠絲杠螺母12、柔性鉸鏈13、斜塊14、直線導軌滑塊15、第一直線導軌16、左軸承座17、左軸承座墊塊18、第二直線導軌11、交叉滾珠導軌19、z向支撐架1組成，滾珠絲杠7兩端由左軸承座17和右軸承座6支撐，左軸承座17對齊底座I的左端面，通過左軸承座墊塊18與底座I連接，右軸承座6通過右軸承座墊塊5與底座I連接，滾珠絲杠7的右端與電機3的輸出端通過彈性聯軸器4相連接，電機支架2下端與底座I上端固定連接，電機支架2右端與電機3固定連接，滾珠絲杠7與滾珠絲杠螺母12構成螺旋副，柔性鉸鏈13兩端面分別與斜塊14以及滾珠絲杠螺母12固定。斜塊14跨過滾珠絲杠7和柔性鉸鏈13固定于直線導軌滑塊15上，直線導軌滑塊15與第一直線導軌16構成滾動副，第一直線導軌16與底座I固定連接