一种基于电磁力的精密调节方法与流程

本发明涉及精密仪器调节，具体涉及一种基于电磁力的精密调节方法。

背景技术：

随着我国多项重大光学工程的实施，大口径光学元件的需求越来越高。为了改善大口径光学元件的工作精度，越来越多的研究人员对大口径光学元件的加工过程、夹持装置、检测装置以及调整架结构等展开了研究。反射镜是一种重要的光学元件，其常被用于光栅加工、光路控制中，并对光栅加工、光路控制的质量产生很大影响。为了提高反射镜的工作精度，一方面需要优化反射镜的加工质量，降低加工误差；另一方面，要求提高反射镜调整架的调节精度。

现有的技术中，主要采用如图1所示的驱动方式进行反射调整架角度调节，驱动组件由无刷伺服电机组件11(含减速器)、联轴器12、消隙丝杆13、螺母座14、直线导轨15、底座16等组成。伺服电机经零背隙减速器减速后，通过联轴器驱动消隙丝杆旋转，消隙螺母在消隙丝杆带动下带动螺母座在直线导轨上做直线运动，从而带动球头17轴向直线运动，球头与光学元件通过球铰连接，最终转化为光学零件的运动。对于目前的调节方式，要达到光学元件调节精度优于0.2”的光学元件，将存在以下不足：

1、现有的调节方式属于接触式，接触区域将给光学元件带来热影响，从而影响光学元件的工作稳定性；

2、现有的调节机构涉及到的元件多，在调节的过程中，调节精度会受机械零件的加工精度、结构形式、材料等多方面的影响，会产生间隙、变形，最终会降低调节精度，导致光学元件调整精度无法达到；

3、若要达到调节精度优于0.2”的精度，需要减速机足够大的减速比，将造成减速机尺寸过大，无法满足空间要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，目的在于提供一种基于电磁力的精密调节方法，解决现有接触式调节机构精度不足、结构空间占用大的问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于电磁力的精密调节方法，包括相对回转轴旋转的被控装置，被控装置上设有磁性材料，电磁组件向磁性材料作用电磁力，通过控制作用时的可控变量，对被控装置进行角位移调节。

进一步的，所述的可控变量包括电磁组件与磁性材料之间的间隙d、回转轴与磁性材料之间的力臂r、电磁组件的电流大小i、电磁组件的通电时间t中的至少一种。

进一步的，所述的电磁组件包括电磁线圈和电流控制器，通过电流控制器向电磁线圈输出毫秒级脉冲电流，通过电磁线圈向被控装置作用电磁力，实现精密角位移调节。

进一步的，所述的磁性材料为设在被控装置两侧的导磁材料，通过电磁组件分别对两侧的导磁材料作用电磁力，实现被控装置的顺指针或逆时针位移。

进一步的，所述的磁性材料为设在被控装置上的永磁体，通过电磁组件改变电流的方向，电磁组件对永磁体作用吸附或排斥的电磁力，实现被控装置的顺指针或逆时针位移。

进一步的，被控装置位移运动分为两个阶段；第一阶段加速运动，电磁组件通电，电流为i，产生的电磁力为fm，角加速度为a1，通电时间为t，被控装置角位移量为δ1；第二阶段减速运动，停止给电磁组件通电，通过回转轴的摩擦力矩tf将被控装置减速到零，角加速度为af，减速阶段的角位移量为δf，总位移量为δ，具体计算方式如下：

δt＝fm·r-tf(2)

式中：fm为电磁力；km为电磁力常系数，与电磁线圈结构相关；i为运动时通电电流；d为电磁组件与磁性材料之间的间隙；r为运动时磁性材料对应的力臂；δt为加速运动时的总扭矩；tf为被控装置的摩擦力矩；j为被控装置的转动惯量；a1为加速运动时的加速度；af为减速运动时的加速度；δ1为加速运动时的位移量；δf为减速运动时的位移量；δ：被控装置加速运动和减速运动的总位移量；

通过控制作用时的可控变量，对被控装置进行角位移调节。

进一步的，具体计算方式如下：

式中：k为运动时的系统常系数，与系统结构相关；

调节时，保证k不变，控制通电时间t，实现被控装置的精密角位移调节。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、采用电磁力的纳米级位移调节控制方法，避免了接触式调节方式带来的种种弊端；

2、利用脉冲控制通电的微小时间，从而控制精准位移。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有调节机构结构示意图。

图2为本发明导磁材料式调节原理图。

图3为本发明永磁体式调节原理图(电磁组件位于被控装置范围外)。

图4为本发明永磁体式调节原理图(电磁组件位于被控装置范围内)。

图5为本发明控制通电时间的调节步骤图。

图中：1-被控装置，2-回转轴，3-电磁线圈，4-电流控制器，5-导磁材料，6-永磁体；11-无刷伺服电机组件，12-联轴器，13-消隙丝杆，14-螺母座、15-直线导轨，16-底座，17-球头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种基于电磁力的精密调节方法，包括相对回转轴2旋转的被控装置1，被控装置1上设有磁性材料，电磁组件向磁性材料作用电磁力，通过控制作用时的可控变量，对被控装置1进行角位移调节。

磁性材料导磁材料5或永磁体6。如图2所示，磁性材料为设在被控装置1两侧的导磁材料5，通过电磁组件分别对两侧的导磁材料5作用电磁力，实现被控装置1的顺指针或逆时针位移。如图3和4所示，磁性材料为设在被控装置1上的永磁体6，通过电磁组件改变电流的方向，电磁组件对永磁体6作用吸附或排斥的电磁力，实现被控装置1的顺指针或逆时针位移。

被控装置1位移运动分为两个阶段；第一阶段加速运动，电磁组件通电，电流为i，产生的电磁力为fm，角加速度为a1，通电时间为t，被控装置1角位移量为δ1；第二阶段减速运动，停止给电磁组件通电，通过回转轴2的摩擦力矩tf将被控装置1减速到零，角加速度为af，减速阶段的角位移量为δf，总位移量为δ，具体计算方式如下：

δt＝fm·r-tf(2)

式中：fm为电磁力；km为电磁力常系数，与电磁线圈结构相关；i为运动时通电电流；d为电磁组件与磁性材料之间的间隙；r为运动时磁性材料对应的力臂；δt为加速运动时的总扭矩；tf为被控装置的摩擦力矩；j为被控装置的转动惯量；a1为加速运动时的加速度；af为减速运动时的加速度；δ1为加速运动时的位移量；δf为减速运动时的位移量；δ：被控装置加速运动和减速运动的总位移量；

通过控制作用时的可控变量，可控变量包括电磁组件与磁性材料之间的间隙d、回转轴2与磁性材料之间的力臂r、电磁组件的电流大小i、电磁组件的通电时间t中的至少一种，对被控装置1进行角位移调节。

实施例2

一种基于电磁力的精密调节方法，具体计算方式如下：

式中：k为运动时的系统常系数，与系统结构相关；

如图5所示，调节时，保证k不变，控制通电时间t，实现被控装置的精密角位移调节。电磁组件包括电磁线圈3和电流控制器4，通过电流控制器4向电磁线圈3输出毫秒级脉冲电流，通过电磁线圈3向被控装置1作用电磁力，实现精密角位移调节。

其他方法同实施例1。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。