Высокоточные системы линейного позиционирования, например, используемые для фокусировки и сканирования в измерительном и контрольном оборудовании, часто требуют двух различных режимов движения: быстрого (100 мм/с) и более медленного (20 нм/с). Быстрый режим сокращает время перемещения, а более медленный режим обеспечивает точность. До сих пор в распространённой конструкции использовались отдельные ступени: одна приводилась в движение шарико-винтовой парой или линейным двигателем, а вторая, установленная над первой, приводилась в движение моторизованным микрометром или пьезоэлектрическим двигателем.
Инженеры разработали альтернативный подход: экономичный одноступенчатый привод с двумя независимыми системами привода. Два роторных двигателя, стандартный серводвигатель постоянного тока и двигатель PiezoLeg, установлены на концах высокоточной шарико-винтовой пары Steinmeyer. Электромагнитная муфта управляет соединением двигателя PiezoLeg и шарико-винтовой пары. Сервопривод постоянного тока всегда подключен, но питание подается только для быстрых перемещений.
В высокоскоростном режиме муфта включает и выключает двигатель PiezoLeg. В качестве привода используется обычный двигатель постоянного тока с поворотным энкодером. Поскольку высокоскоростные движения выполняются быстро, тепловыделение двигателя очень мало. В зависимости от шага шарико-винтовой передачи, рабочая скорость составляет от 0,1 до 100 мм/с.
При отключенном питании муфты двигатель PiezoLeg подключается к шарико-винтовой передаче. Подсистема линейных измерений высокого разрешения передает информацию о положении контроллеру движения. При отключенном питании муфты тепловое воздействие электромагнитов сводится к минимуму. В состоянии покоя пьезодвигатель работает как пассивный тормоз, предотвращая нежелательные перемещения платформы. Однако после переключения на двигатель PiezoLeg возможен диапазон скоростей от 0,15 до примерно 0,00002 мм/с (20 нм/с). Стабильность скоростей в нижнем диапазоне скоростей зависит от разрешения используемой линейной шкалы.
Соотношение максимальной и минимальной скорости составляет 1 миллион к 1 или выше, и возможно переключение с высокой скорости на медленную с высокой точностью и наоборот. Движение в обоих режимах ограничено только диапазоном перемещения системы позиционирования.
Время публикации: 26 мая 2021 г.