Пьезодвигатели и электромоторы используются для самых разных целей. Пьезодвигатели обеспечивают высокое соотношение мощности и размера при очень малых перемещениях – обычно несколько миллиметров или меньше. Они также обладают очень быстрым временем отклика и самоблокирующейся системой, что означает, что они могут удерживать нагрузку в нужном положении при отключении питания.
С другой стороны, электродвигатели часто используются для приведения в движение шариковых или ходовых винтов, ход которых составляет не менее нескольких сотен миллиметров. А трение, возникающее при скольжении или качении, как в случае винтовых приводов, затрудняет достижение низкого или субмикронного уровня разрешения и часто приводит к тому, что двигатель в конце перемещения компенсирует превышение или недостаточное отклонение, “выискивая” заданное положение.
Итак, к чему же обратиться инженеру или дизайнеру, когда приложение требует разрешения на нанометровом уровне и перемещения более чем на несколько миллиметров?
Линейные двигатели и приводы звуковых катушек существуют возможные решения. Но, несмотря на то, что линейные двигатели обеспечивают большую длину хода при превосходной точности позиционирования и повторяемости, они по-прежнему страдают от трения в направляющих линейных подшипников, которые используются для поддержания нагрузки. Приводы с звуковыми катушками также обеспечивают точное позиционирование, отличное регулирование усилия и плавность хода. Но их ход ограничен примерно 100 мм, и они потребляют ток при неподвижной нагрузке.
Появление линейных энкодеров с разрешением на нанометровом уровне позволило объединить пьезодвигатели и электродвигатели в гибридное устройство. Гибридная конструкция обеспечивает точность позиционирования и повторяемость пьезосистемы, а также длительный ход шарика или ходового винта с приводом от двигателя. Это достигается за счет использования пьезодвигателя (обычно это пьезопривод с регулировкой изгиба) в винтовой узел с электродвигателем, отвечающим за “грубое” движение, и пьезоприводом, отвечающим за “тонкое” движение.
Проще говоря, электродвигатель и шариковый винт в сборе совершают большое, или “грубое”, перемещение, которое достигается очень близко к желаемому положению, а пьезопривод совершает очень маленькое, или “тонкое”, перемещение, которое перемещает ступень всего на несколько нанометров от заданного положения. Пьезопривод также может повысить плавность хода, компенсируя отклонения в частоте вращения двигателя во время движения.
Технологией, обеспечивающей такую производительность, является линейный энкодер с разрешением на нанометровом уровне, который используется как для привода с электродвигателем, так и для пьезопривода. Оба привода также управляются с помощью одной и той же сервосистемы, но в двух отдельных контурах управления. Использование как общего устройства обратной связи, так и общего контроллера позволяет системе постоянно считывать положение узла и координировать движения электродвигателя и пьезопривода для достижения точности позиционирования на нанометровом уровне на больших расстояниях.
Гибридные пьезоэлектрические системы полезны при контроле полупроводников и в метрологии, где требуется точность позиционирования в нанометровом диапазоне, но длина или диаметр проверяемых или измеряемых устройств составляет несколько дюймов. Эти требования также распространены в области оптики, где зеркало может потребоваться передвинуть на несколько дюймов, но его положение должно быть достигнуто с точностью до нескольких нанометров.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии