專利名稱：一種精密主動減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密減振領(lǐng)域，具體涉及一種小型的精密主動減振裝置。該裝置適用于需要進行微幅振動抑制的小質(zhì)量精密加工(測量)設(shè)備。
背景技術(shù)：
常見減振裝置一般采用如螺旋彈簧、氣囊等元件隔離從振源傳至被隔離物體的振動。采用螺旋彈簧的系統(tǒng)存在著無法抑制低頻振動的問題。采用氣囊的減振系統(tǒng)雖然可以有效抑制低頻振動，但其承載力小，體積大，不利于用在精密小型設(shè)備中。另外，螺旋彈簧或氣囊等都是被動隔振元件，即他們不需要消耗外部能量，但無法主動根據(jù)外界振動情況進行振動抑制，也無法抑制直接作用于受保護設(shè)備的振動，并且無法主動進行定位調(diào)節(jié)。被動隔振元件與傳感器、作動器結(jié)合可以構(gòu)成主動減振裝置，其傳感器常采用速度或加速度傳感器，作動器常采用電機，氣缸等。受傳感器、作動器體積的限制，對于需要微幅精密減振的小型設(shè)備而言，這種主動減振裝置結(jié)構(gòu)復雜，體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的精密主動減振裝置，它主要針對于需要進行微幅振動抑制的小質(zhì)量精密設(shè)備。本發(fā)明提供的一種精密主動減振裝置，其特征在于，該裝置包括在同一基體內(nèi)加工而成的被動減振部分與主動減振部分，主動減振部分位于被動減振部分上面，二者之間為中間斷開的直線隔離槽，直線隔離槽為螺旋線形槽；主動減振元件采用的壓電塊結(jié)構(gòu)，其中壓電塊的預壓力由折疊彈簧提供，被動減振元件采用的是柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，整個裝置關(guān)于垂向中心線軸對稱。本發(fā)明提出一種精密主動減振裝置，它包括既能感受振動又能對振動進行抑制的壓電塊結(jié)構(gòu)，為壓電塊提供垂向預壓力的折疊彈簧，若干條采用電火花線切割加工出的槽， 八個提供垂向被動隔振的柔性鉸鏈。該裝置利用壓電塊的主動測振和減振特性，以及柔性鉸鏈的被動隔振特性串聯(lián)組成二級減振系統(tǒng)。該主動減振裝置結(jié)構(gòu)緊湊，集成度度高，適用于對精密小型設(shè)備進行微幅減振。另外，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)水平面隔振的減振裝置，減振裝置的內(nèi)采用電火花線切割加工出螺旋線形槽。該種形式的減振裝置可以對位于其中心安裝接口的設(shè)備提供360 度水平振動隔離。此外，本發(fā)明提出一種垂向精密主動減振裝置和水平隔振減振裝置組合而成的主動減振裝置，它即可以主動抑制垂向振動，又可被動隔離水平振動。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(1)壓電塊可以垂向布置，也可以傾斜布置。壓電塊傾斜布置時，采用柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)消除壓電塊受到的切向應力。(2)所述的折疊彈簧由線切割加工而成，它采用不同切割形式，也可以加工出孔以降低剛度。(3)所述水平面隔振減振裝置內(nèi)采用線切割加工出螺旋線形槽，與精密主動減振裝置相連接的接口位于減振裝置的中心。(4)可以采用所述的三個精密主動減振裝置共同支承精密設(shè)備，通過線纜與控制系統(tǒng)相連接，從而主動抑制精密設(shè)備受到的振動。。


圖1為本發(fā)明第一實施例所述的垂向精密主動減振裝置；圖2為本發(fā)明第二實施例所述的垂向和水平向精密主動減振裝置；圖3(a)為本發(fā)明所述的一種實現(xiàn)水平面隔振的減振裝置的俯視圖；圖3(b)為本發(fā)明所述的一種實現(xiàn)水平面隔振的減振裝置的前視圖；圖4(a)為三個精密主動減振裝置組成主動減振系統(tǒng)的俯視圖；圖4(b)為三個精密主動減振裝置組成主動減振系統(tǒng)的前視圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的減振裝置采用被動減振與主動減振相結(jié)合的二級減振方式。被動減振部分位于該裝置的下部，主動減振部分位于該裝置的上部。其中被動減振元件采用的是柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，主動減振元件采用的壓電塊結(jié)構(gòu)。壓電材料是一種同時兼具正逆機電耦合特性的智能材料，若對其施加作用力，則在它的兩個電極上將感應產(chǎn)生等量的異種電荷。反之，當它受到外加電壓的作用時，便會產(chǎn)生機械變形。基于這一特性，壓電材料在振動主動控制中被廣泛用作傳感器和作動器。壓電塊由壓電作動器和壓電傳感器組成，兩部分封裝成一個整體。因此壓電塊不僅能夠感測由振動產(chǎn)生的力，而且能夠抑制振動。壓電塊在垂向可以承載或施加很大的力，但它不能承受水平方向的剪切力以及垂向的拉伸力。折疊彈簧采用線切割加工而成，它具有垂向彈性。壓電塊安裝在垂向精密主動減振裝置中的兩個方孔內(nèi)，可以采用粘合劑將壓電塊的位置固定。當壓電塊置于方孔中時，折疊彈簧處于垂向拉伸狀態(tài)，因此對壓電塊施加了一定的預壓力，以防止壓電塊受到拉伸應力的作用而造成其損壞。壓電塊中的壓電傳感器感測到由振動產(chǎn)生的力后，將測量信號傳給控制器，控制器進而將控制信號傳給壓電作動器以驅(qū)動其進行主動振動抑制。垂向精密主動減振裝置的下部分為垂向被動彈性單元，通過4個柔性鉸鏈單元的組合，該垂向精密主動減振裝置具有垂向彈性，因此具有垂向被動隔振能力。應用時，該垂向精密主動減振裝的上表面與需要進行減振的精密設(shè)備相連，下表面與外界環(huán)境相連。本發(fā)明提供的減持裝置可以分為二種方式，一種是垂向方式，另一種是垂向和水平向方式。以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步詳細的說明。如圖1所示，垂向精密主動減振裝置包括位于下部的被動減振部分和位于上部的主動減振部分，其中被動減振部分與主動減振部分由直線隔離槽6b分隔開。整個裝置關(guān)于垂向中心線ο軸對稱。被動減振部分包括結(jié)構(gòu)相同的第一至第四柔性單元^、4b、k、4d，C形槽6a，和下直線槽6c ；每個柔性單元包括兩個柔性鉸鏈，兩個柔性鉸鏈的中心線q位于同一水平線上；第二柔性單元4b位于第一柔性單元如的下方，且其位置與第一柔性單元如沿垂向?qū)R； 第一柔性單元如和第三柔性單元4c的上端與直線隔離槽6b相連，第一、第三柔性單元4a、 4c下端與C形槽6a的上端相連；第二、第四柔性單元4b、4d的下端與直線槽6c相連，上端與C形槽6a的下端相連；其中直線隔離槽6b包括對稱的左右兩段，左段從整個垂向精密減振裝置的左端面沿水平方向向中心線ο延伸，直到與第一柔性單元如的右端對齊；直線隔離槽6b的右段從整個垂向精密減振裝置的右端面沿水平方向向中心線ο延伸，直到與第三柔性單元4c的左端對齊；直線槽6c從第二柔性單元4b的左端沿水平向一直延伸至第四柔性單元4d的右端。主動減振部分包括位于該垂向精密主動減振裝置左右兩端的第一、第二折疊彈簧 la、lb，位于折疊彈簧與中心線ο之間的第一、第二方孔9a、9b，位于方孔9a、9b中的由壓電作動器2和壓電傳感器3組成的壓電塊，以及直線槽7 ；其中，直線槽7從左邊的方孔9a沿水平向一直延伸到右邊的方孔％ ；壓電塊中壓電作動器2和壓電傳感器3層疊布置，其上下關(guān)系可交換。如圖2所示，垂向和水平向精密主動減振裝置同樣包括位于下部被動減振部分和位于上部的主動減振部分，其中被動減振部分與主動減振部分由直線槽19分隔開。整個裝置關(guān)于中心線P軸對稱。被動減振部分的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第一實施例中垂向精密主動減振裝置中位于下部的被動減振部分完全一樣。主動減振部分包括位于裝置左右兩端的第三、第四折疊彈簧14a、14b，位置比折疊彈簧更靠近裝置中心線P的兩個方孔17a和17b，位于方孔17a和17b中的由壓電作動器12 和壓電傳感器11組成的壓電塊，直線槽15和直線槽16a、16b，以及四個柔性鉸鏈13a、13b、 13c、13d ；其中方孔17a的法線r和17b的法線s均與裝置中心線ρ有一定的交角，并且兩個方孔17a與17b相對于中心線ρ對稱；壓電塊中壓電作動器2和壓電傳感器3層疊布置， 其上下關(guān)系可交換；在垂直于方孔17a與壓電塊接觸平面的法線方向上布置有兩個柔性鉸鏈13a和13b，它們在方孔17a兩側(cè)對稱布置；同樣，在垂直于方孔17b與壓電塊接觸平面的法線方向上布置有兩個柔性鉸鏈13c和13d，它們在方孔17b兩側(cè)對稱布置；直線槽16a 的一端沿水平向連接折疊彈簧14a，另一端連接方孔17a ；直線槽16b的一端沿水平向連接折疊彈簧14b，另一端連接方孔17b ；直線槽15的兩端分別沿水平向連接方孔17a和17b。壓電塊安裝在方孔17a和17b內(nèi)，可以采用粘合劑將壓電塊的位置固定。當壓電塊置于方孔17a和17b中時，折疊彈簧Ha和14b處于垂向拉伸狀態(tài)，因此對壓電塊施加了一定的預壓力。與本發(fā)明第一實施例不同的是，本發(fā)明第二實施例中的壓電塊呈傾斜布置，且兩個壓電塊呈對稱布置。盡管壓電塊只能感測其法線方向的振動，并且也只能施加法線方向的作用力，但由于壓電塊采取了傾斜布置的方案，因此壓電塊的作用力和測量方向可以分解為垂向和水平向分量，因此該精密主動減振裝置可以同時抑制水平向和垂向的振動，是一個二自由度減振系統(tǒng)。為了避免壓電塊受到切向作用力后造成損壞，因此采用了 4 個柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)13a、13b、13c和13d以解耦壓電塊受到的切向應力。同樣，該垂向和水平向精密主動減振裝置的下部分為被動減振部分，其結(jié)構(gòu)和原理與本發(fā)明第一實施例中垂向精密主動減振裝置中位于下部的被動減振部分完全一樣。應用時，本發(fā)明第二實施例中垂向和水平向精密主動減振裝的上表面與需要進行減振的精密設(shè)備相連，下表面與外界環(huán)境相連。圖3(a)和圖3(b)為本發(fā)明所述的一種實現(xiàn)水平面隔振的減振裝置，其中圖3 (a) 為主視圖，圖3(b)為俯視圖。該減振裝置32由金屬材料制成。具有一定厚度的減振裝置 32內(nèi)采用線切割加工出螺旋線形槽31，與垂向精密主動減振裝置10相連接的接口 33位于減振裝置的中心，兩者俯視方向的位置關(guān)系如圖3(b)所示。由于減振裝置32內(nèi)有螺旋線形槽31，因此安裝在接口 33的物體具有水平方向360度的彈性，從而可以實現(xiàn)水平面振動的隔離。因此，通過垂向精密主動減振裝置10與水平面隔振減振裝置32的組合，構(gòu)成一個即能實現(xiàn)垂向主動減振，又能實現(xiàn)水平向360度隔振的精密主動減振裝置。圖4(a)和圖4(b)為三個精密主動減振裝置組成的主動減振系統(tǒng)的示意圖，其中圖4(a)為主視圖，圖4(b)為俯視圖。需要抑制振動的精密設(shè)備42由三個精密主動減振裝置41、45、46組成的精密主動減振系統(tǒng)支承，該精密主動減振裝置41、45、46為本發(fā)明第一實施例所述的垂向精密主動減振裝置和本發(fā)明所述的水平面隔振減振裝置32組合而成的主動減振裝置，或者是本發(fā)明第二實施例所述的垂向和水平向精密主動減振裝置。三個精密主動減振裝置41、45、46通過線纜43與控制系統(tǒng)44連接，實現(xiàn)對精密設(shè)備42振動的抑制。上述精密主動減振裝置中提供垂向被動隔振的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，同樣可以應用于水平被動隔振；對壓電塊施加預壓力的折疊彈簧也可以采用預緊螺栓代替。當壓電塊傾斜布置時，其傾斜角度可以是O到90度之間的其它度數(shù)；減振裝置32中的螺旋線形槽31可以為一條或多條；圖4(a)、(b)所示的主動減振系統(tǒng)中可以包含3個或多個精密主動減振裝置 41、45、46。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種精密主動減振裝置，其特征在于，該裝置包括在同一基體內(nèi)加工而成的被動減振部分與主動減振部分，主動減振部分位于被動減振部分上面，二者之間為中間斷開的直線隔離槽，直線隔離槽為螺旋線形槽；主動減振元件采用的壓電塊結(jié)構(gòu)，其中壓電塊的預壓力由折疊彈簧提供，被動減振元件采用的是柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，整個裝置關(guān)于垂向中心線軸對稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密主動減振裝置，其特征在于，被動減振部分包括結(jié)構(gòu)相同的第一至第四柔性單元(4a、4b、4c、4d)，C形槽(6a)，和下直線槽(6c)；每個柔性單元包括兩個柔性鉸鏈，兩個柔性鉸鏈的中心線q位于同一水平線上；第二柔性單元(4b)位于第一柔性單元(4a)的下方，且其位置與第一柔性單元(4a)沿垂向?qū)R；第一柔性單元(4a)和第三柔性單元(4c)的上端與直線隔離槽(6b)相連，第一、第三柔性單元(4a、4c)下端與C 形槽(6a)的上端相連；第二、第四柔性單元(4b、4d)的下端與直線槽(6c)相連，上端與C形槽(6a)的下端相連；其中直線隔離槽(6b)包括對稱的左右兩段，左段從整個垂向精密減振裝置的左端面沿水平方向向中心線ο延伸，直到與第一柔性單元(4a)的右端對齊；直線隔離槽(6b )的右段從整個垂向精密減振裝置的右端面沿水平方向向中心線ο延伸，直到與第三柔性單元(4c)的左端對齊；直線槽(6c)從第二柔性單元(4b)的左端沿水平向一直延伸至第四柔性單元(4d)的右端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的精密主動減振裝置，其特征在于，主動減振部分包括位于該垂向精密主動減振裝置左右兩端的第一、第二折疊彈簧(la、lb)，位于第一、第二折疊彈簧與中心線ο之間的第一、第二方孔(9a、9b)，位于第一、第二方孔(9a、9b)中的由壓電作動器(2)和壓電傳感器(3)組成的兩個壓電塊，以及直線槽(7)；其中，直線槽(7)從第一方孔(9a)沿水平向一直延伸到第二方孔(9b);兩個壓電塊中的壓電作動器(2)和壓電傳感器 (3)層疊布置，其上下關(guān)系能夠交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的精密主動減振裝置，其特征在于，主動減振部分包括位于裝置左右兩端的第三、第四折疊彈簧(Ha、14b)，位置比第三、第四折疊彈簧(Ha、14b)更靠近裝置中心線P的第三、第四方孔(17a、17b)，位于第三、第四方孔(17a、17b)中的由壓電作動器(12)和壓電傳感器(11)組成的壓電塊，直線槽(15)和直線槽(16a、16b)，以及四個柔性鉸鏈(13&、1北、13(、13(1);其中第三方孔(17&)的法線r和第四(17b)的法線s均與裝置中心線P有一定的交角，并且第三、第四方孔(17a、17b)相對于中心線ρ對稱；壓電塊中壓電作動器(2)和壓電傳感器(3)層疊布置，其上下關(guān)系可交換；在垂直于第三方孔(17a) 與壓電塊接觸平面的法線方向上布置有兩個柔性鉸鏈(13a、i:3b)，它們在第三方孔(17a) 兩側(cè)對稱布置；同樣，在垂直于第四方孔(17b)與壓電塊接觸平面的法線方向上布置有兩個柔性鉸鏈(13c、13d)，它們在第四方孔(17b)兩側(cè)對稱布置；直線槽(16a)的一端沿水平向連接第三折疊彈簧(Ha)，另一端連接第三方孔(17a)；直線槽(16b )的一端沿水平向連接第四折疊彈簧(14b)，另一端連接第四方孔(17b);直線槽(15)的兩端分別沿水平向連接第三、第四方孔(17a、17b)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的精密主動減振裝置，它適用于需要進行微幅振動抑制的小質(zhì)量精密加工(測量)設(shè)備。該裝置主要包括既能感受振動又能對振動進行抑制的壓電塊結(jié)構(gòu)、壓電塊提供垂向預壓力的折疊彈簧以及提供垂向被動隔振的柔性鉸鏈。其中，壓電塊可以采用垂直布置，也可以采用45度傾斜布置，采用傾斜布置的壓電塊結(jié)構(gòu)可以同時測量和抑制水平向振動和垂向振動。另外，一種實現(xiàn)水平面隔振的減振裝置可以提供360度水平面的振動隔離，其內(nèi)部采用線切割加工出螺旋線形槽。水平面隔振減振裝置與垂向精密主動減振裝置結(jié)合使用，既可以主動抑制垂向振動，又可被動隔離水平振動。
文檔編號F16F13/00GK102162500SQ20111005857
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者吳文江, 徐振高, 李巍, 袁志揚, 陳學東 申請人:上海微電子裝備有限公司, 華中科技大學