一种大范围垂直可调的振动发生装置及控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种振动模拟装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]振动发生装置主要用于模拟各种工况环境，用于开展各种科学实验和检验各类产品的使用可靠性，随着精密制造、微纳加工、航空仪器等产业的发展，对产品的性能要求也逐渐提高，对模拟振动的实验的要求越来越高。
[0003]压电陶瓷作为振动发生器件能够进行高分辨率的精确定位，同时也能对交变电压产生良好的动态形变响应。通过一些传递装置，很好地模拟各种振动工况，被广泛应用于精密定位和振动发生;但是压电陶瓷因为制造工艺和特性限制，很难既实现大范围的高精度位移调整，又提供适宜可调的振动输出。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决利用压电陶瓷作为振动发生器件时，位移调整范围受限的问题;提供大范围、高分辨、垂直可调的振动发生装置及控制方法。
[0005]本发明采用如下技术方案实现:
一种大范围垂直可调的振动发生装置包括振动源装置和改变振动源装置在垂直方向上位置的调整装置。
[0006]所述的振动源装置，包括压电陶瓷、z向工作台，压电陶瓷镶嵌在z向工作台中。z向工作台具有中心的柔性部分和外围的刚性部分;刚性部分与所述柔性部分通过柔性铰链连接；刚性部分具有两个中心对称的长方形凸台；长方形凸台的外侧与z向工作台的背面垂直。
[0007]所述的压电陶瓷镶嵌在z向工作台中，具体来说，压电陶瓷下端面与z向工作台的刚性部分胶接，压电陶瓷的上端面与z向工作台的柔性部分的下端面胶接。
[0008]所述调整装置以滑动摩擦方式支撑振动源装置。
[0009]更进一步的，所述的调整装置，包括底座、右轴承座、左轴承座、滚珠丝杠、斜块、X向直线导轨滑块、第一直线导轨、第二直线导轨和z向支撑架、电机;其特征在于，斜块固定在X向直线导轨滑块上，X向直线导轨滑块安装在第一直线导轨上，第一直线导轨与底座固定连接;滚珠丝杠从斜块的中心穿过且两端分别固定在右轴承座和左轴承座上;第二直线导轨固定在斜块的斜面上。
[0010]所述改变振动源装置在垂直方向上位置，具体来说，z向工作台通过交叉滚柱导轨与z向支撑架连接;z向支撑架与底座连接;将第二直线导轨的X向移动通过z向工作台与第二直线导轨之间滑动摩擦转化为z向工作台的z向运动。
[0011]所述的调整装置，具体来说，滚珠丝杠一端与外部的步进电机连接，另一端从斜块的中心穿过后固定在左轴承座上，螺母通过柔性铰链与斜块固定连接。
[0012]所述的调整装置，其特征在于，所述斜块的斜面的倾斜度为1:20?1:50。[0013 ]所述的一种大范围垂直可调的振动发生装置的控制方法包括以下步骤:
步骤一:将指定的振动预设位置L，分解为调整装置的电机输入脉冲数N和振动发生装置中压电陶瓷的输入直流电压V:
N=round(L*K*n/P)；
V=[L_N*P/(K*L)]*w;
其中，K为调整装置中倾斜度的倒数，η为电机设定转动一周脉冲数，P为滚珠丝杠倒程，round为左取整运算，w为压电陶瓷的电压-位移特性参数；
步骤二:对调整装置电机输入脉冲数为N的指令信号；
步骤三;根据需要产生的振动模式，给出振动源装置中压电陶瓷输入电压信号: S(t)=V+s(t)；
其中，S(t)为需要产生的振动模式对应的输入电压信号。
[0014]本发明提供的一种大范围垂直可调的振动发生装置及控制方法;大大增加了压电陶瓷作为振动发生器件的位移调整的范围，使得整个振动发生装置更具有适用性;具有定位精度高、结构简单、成本低等特点。振动源装置可调范围达1mm，垂直分辨率达5nm，振动发生频率小于等于200Hz，振动幅值达8μηι。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例大范围垂直可调的振动发生装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的振动源装置中ζ向工作台的局部示意图；
图3(a)为本发明实施例提供的振动源装置中ζ向工作台的主视图；
图3(b)为本发明实施例提供的振动源装置中ζ向工作台的俯视图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]本发明实施例中，一种大范围垂直可调的振动发生装置及控制方法包括振动源装置和改变振动源装置在垂直方向上位置的调整装置；
如图1所示，振动源装置包括压电陶瓷(9)、ζ向工作台(8)，压电陶瓷(9)镶嵌在ζ向工作台(8)中。
[0018]如图2、3(a)、3(b)所示，ζ向工作台8由外围的刚性部分和中心的柔性部分组成;刚性部分与柔性部分之间通过如图3(a)所示的柔性铰链结构连接。其中柔性部分相对于刚性部分可以产生相对的位移，其原理是通过薄的钢板发生弹性变形，并通过悬臂梁式结构对弹性变形进行放大。从图3(b)中可知，ζ向工作台8有两个突出的长方形凸台，凸台相对于中心对称。凸台的外侧与ζ向工作台8的背面垂直。
[0019]如图2所示，压电陶瓷9镶在ζ向工作台8中，下端面与ζ向工作台8的刚性结构处胶接，上端面与ζ向工作台8的柔性部分的下端面胶接，柔性结构伴随压电陶瓷的形变发生垂直方向振动。
[0020]如图1、图2所示，调整装置由底座1、电机支架2、电机3、弹性联轴器4、右轴承座垫块5、右轴承座6、滚珠丝杠7、滚珠丝杠螺母12、柔性铰链13、斜块14、直线导轨滑块15、第一直线导轨16、左轴承座17、左轴承座垫块18、第二直线导轨11、交叉滚珠导轨19、z向支撑架1组成，滚珠丝杠7两端由左轴承座17和右轴承座6支撑，左轴承座17对齐底座I的左端面，通过左轴承座垫块18与底座I连接，右轴承座6通过右轴承座垫块5与底座I连接，滚珠丝杠7的右端与电机3的输出端通过弹性联轴器4相连接，电机支架2下端与底座I上端固定连接，电机支架2右端与电机3固定连接，滚珠丝杠7与滚珠丝杠螺母12构成螺旋副，柔性铰链13两端面分别与斜块14以及滚珠丝杠螺母12固定。斜块14跨过滚珠丝杠7和柔性铰链13固定于直线导轨滑块15上，直线导轨滑块15与第一直线导轨16构成滚动副，第一直线导轨16与底座I固定连接