一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法及系统的制作方法

文档序号:6099837阅读:232来源:国知局
专利名称:一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法及系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种微位移技术,具体涉及一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法及系统。
背景技术
目前,一般常用的微位移技术有压电陶瓷驱动的微位移机构、步进电机与机械式位移缩小机构驱动的微位移机构、涡轮蜗杆机构等。压电陶瓷驱动的微位移机构行程小,一般为几十微米,其严重的非线性、迟滞、漂移现象等使得精度只能达到微米级,很难在此基础有所提高。对于步进电机驱动的微位移机构,需将步进电机的输出用机械式位移机构缩小,如用精密螺旋传动、弹性传动、齿轮传动、楔块传动等,其结构复杂、体积大、定位精度低,精度也只能停留在微米级。而涡轮蜗杆机构由于目前齿轮加工精度低,其齿间误差、回程差以及机械传动的磨损使得其精度更低。另一方面,精密的机械加工和压电陶瓷驱动电源等都使得仪器的价格居高不下。

发明内容
本发明利用弹性变形理论,研究开发了一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法及系统。
一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法,其特征在于在悬臂梁上的任意一点x施加加载力F,在悬臂梁端点B点获得所需要的微小位移。
改变施加加载力F的位置,即改变x值,从而控制B点的微小位移量。固定施加加载力F的位置,即x为常量,改变加载力F的大小,从而控制B点的微小位移量。
一种产生高精度、大测量范围微小位移的系统,其特征在于该系统由支撑、底座和悬臂构成,其中,底座和悬臂平行,支撑与底座及悬臂垂直;底座、支撑、悬臂顺序连接并呈卧“U”形。
本发明的优点是精度高,可达到亚微米级,变形范围大,变形范围从几个微米到几十个毫米,从而实现大测量范围内的高精度测量;结构简单、容易实现;成本低廉。


图1为悬臂梁模型图;图2为产生微小位移的系统结构图;图3为产生微小位移的实施例1;图4为产生微小位移的实施例2;图5为产生微小位移的实施例3。
附图中,1为支撑,2为底座,3为悬臂,4为质量块,5为支撑微位移系统的平台,6为滑轮。
具体实施例方式
参见图1,根据悬臂梁的微小弹性变形原理,对于距离A点任意位置的x点,其挠度变形为y(x)=2Fx2(3l-x)bh3E]]>当x=l,可得B点的挠度,y=4Fl3bh3E]]>式中,b为悬臂梁的宽度,h为悬臂梁的厚度,l为悬臂梁的长度,E为弹性模量。根据上述原理,本发明提出了一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法在悬臂梁上的任意一点x施加加载力F,在悬臂梁端点B点获得所需要的微小位移。
改变施加加载力F的位置,即改变x值,从而控制B点的微小位移量。
固定施加加载力F的位置,即x为常量,改变加载力F的大小,从而控制B点的微小位移量。
图2所示为根据微小弹性变形原理和上述方法,本发明设计了一种产生高精度、大测量范围微小位移的系统,其结构特征为该系统由支撑1、底座2和悬臂3构成,其中,底座2和悬臂3平行,支撑1与底座2及悬臂3垂直;底座2、支撑1、悬臂3顺序连接并呈卧“U”形。
上述实现高精度、大测量范围微小位移的的方法在该系统中的具体应用为实施例1参见图3,将加载力F加载于悬臂3上的任何一点(x点),即将质量块4置于悬臂3的x点,在x点所产生的微小位移为y(x)=2Fx2(3l-x)bh3E]]>
x为质量块4距支撑1的重心的距离,当x点受到力F作用时,在该点会产生挠度变形y(x),也即是沿竖直方向的位移。当加载不同的力F,可得到大小不同的位移y(x)。在悬臂3的弹性模量E及宽b、厚h、长l等结构参数确定的情况下,x与F都会影响位移值,可在悬臂3上标上刻度,即确定数个离散的x值,在已刻度好的x处,即通过移动质量块4的位置的方式使位移y(x)与x成线性关系。
实施例2参见图4,当x=l,即将质量块4置于悬臂3的端点,在端点所产生的微小位移y=4Fl3bh3E.]]>在悬臂3的弹性模量E及宽b、厚h、长l等结构参数确定的情况下,加载力F与产生的位移量y成正比。在实际测量中,可根据需要产生的位移的大小来选择加载力F。
实施例3参见图5,将微位移工作台平放在一个带有滑轮6的平台5上;再将质量块4悬于两个滑轮6之间,通过滑轮6将加载力F加载于悬臂3的端点,在端点所产生的微小位移y=4(F-f)l3bh3E,]]>式中,f为滑轮6产生的摩擦力。在该实施例中,加载力F的方向与前两个实施例中加载力F的方向相反,所产生的位移y的方向也与前两种方式中所产生的位移方向相反。
权利要求
1.一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法,其特征在于在悬臂梁上的任意一点x施加加载力F,在悬臂梁端点B点获得所需要的微小位移。
2.根据权利要求1所述的产生高精度、大测量范围微小位移的方法,其特征在于改变施加加载力F的位置,即改变x值,从而控制B点的微小位移量。
3.根据权利要求1所述的产生高精度、大测量范围微小位移的方法,其特征在于固定施加加载力F的位置,即x为常量,改变加载力F的大小,从而控制B点的微小位移量。
4.一种产生高精度、大测量范围微小位移的系统,其特征在于该系统由支撑(1)、底座(2)和悬臂(3)构成,其中,底座(2)和悬臂(3)平行,支撑(1)与底座(2)及悬臂(3)垂直;底座(2)、支撑(1)、悬臂(3)顺序连接并呈卧“U”形。
全文摘要
本发明提供了一种产生高精度、大测量范围微小位移的方法及系统,其方法为在悬臂梁上的任意一点x施加加载力F,在悬臂梁端点B点获得所需要的微小位移。其系统由支撑、底座和悬臂构成,其中,底座和悬臂平行,支撑与底座及悬臂垂直;底座、支撑、悬臂顺序连接并呈卧“U”形。本发明的优点是精度高,可达到亚微米级,变形范围大,变形范围从几个微米到几十个毫米,从而实现大测量范围内的高精度测量;结构简单、容易实现;成本低廉。
文档编号G01B5/00GK1776349SQ200510057428
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者陈伟民, 陈星 , 雷小华, 朱永 申请人:重庆大学, 陈星
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