[发明专利]基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置与方法，装置包括直驱旋转电机、连杆单元、滑块平台、滚动导轨组合单元、导轨底板、伺服电机、柔性臂、可调节工作台、激光位移传感器、压电陶瓷传感器、电荷放大器、激光位移传感器控制器、A/D转换器、工业计算机、编码器、D/A转换器、伺服放大器、压电前置放大电路以及压电陶瓷驱动器；压电陶瓷传感器、电荷放大器、A/D转换器以及工业计算机依次连接；激光位移传感器控制器连接激光位移传感器以及A/D转换器；编码器连接工业计算机、直驱旋转电机以及伺服电机。本发明实时动态测量柔性臂的位移变化，通过工业计算机对各测量处理和控制算法，实现对移动柔性臂的振动主动控制目的。

技术领域

本发明涉及柔性结构的定位和振动控制技术领域，尤其涉及一种基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置与方法。

背景技术

随着现代社会技术的创新与新型材料的出现，各个行业领域都逐步向轻质化、高灵活性以及高自适应能力方向发展，这也势必对未来轻量、高灵活性材料的发展提出更高的要求和更艰巨的挑战。轻质化且具有高灵活性的材料一般都具有很高的柔性。在使用过程中，柔性材料具有模态阻尼小、模态频率低且高阶等特点，在不同环境条件作用下的空间模型状态各不相同，而且无法主动根据要求调整自身的空间模型状态以适应不同的外界环境。因此，为了避免柔性材料因长时间的振动导致失效，保证甚至延长柔性材料的使用周期，势必需要加装检测设备和控制设备，以调整柔性材料的空间模型状态达到要求，而目前较高精度的设备都具有一定的质量，若直接加装在柔性材料上，其设备的附加质量和柔性材料刚度等结构特性的改变将严重影响测量结果，从而无法达到既定的要求。此外，新型轻量的检测设备和控制设备的精度一般较低，无法达到对柔性材料的精度要求。所以采用非接触式测量方法能够完全避免附加质量带来的影响，同时能够保证了一定的精度要求。

非接触式方法目前主要有以光电、超声波和电磁等为技术基础，而以光电技术为基础的非接触式测量设备使用较为广泛。其中，激光位移传感器通过半导体激光向目标发出光束，镜头聚集目标反射的激光光线并在感光性元器件上形成图像。因感光性元器件上的光点位置随着测量目标和感测头间的距离变化而改变，系统对该变化量按相应算法进行估算，并将其转换为目标位置的测量结果。激光位移传感器具有高响应速度、高测量精度、测量频率范围广以及高质量的信号采集和处理能力等优点，能够满足在不改变柔性材料各种结构特性的情况下，进行准确的各类信号测量。

现有柔性材料结构的检测设备和控制设备基本都是固定安装于工作台，并且主体不发生任何移动。而柔性材料结构自适应的实现，一般需要检测设备和控制设备一并运动。本发明中利用曲柄滑块机构实现了装置的主体都发生移动，激光位移传感器和伺服电机避免了附加质量对测量结果的影响，同时实现了对柔性材料结构模态特性的高精度测量。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置与方法，利用了压电陶瓷片低能耗、低发热、低电磁噪声、动态响应快及轻量微型的优点，和激光位移传感器具有高响应速度、高测量精度、高测量频率以及高质量的信号的优势，实现快速地高精度振动控制。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置，包括直驱旋转电机、连杆单元、滑块平台、滚动导轨组合单元、导轨底板、伺服电机、柔性臂以及可调节工作台；其中

所述直驱旋转电机、连杆单元以及滑块平台依次固定连接，所述滑块平台通过直线双导轨设置于导轨底板上；所述直驱旋转电机通过驱动连杆单元，从而带动所述滑块平台在导轨底板的直线双导轨上做往复运动；

所述滚动导轨组合单元固定于所述滑块平台上，所述柔性臂通过柔性臂支架固定于所述滚动导轨组合单元上，所述伺服电机固定在滑块平台上，所述伺服电机通过联轴器连接所述滚动导轨组合单元；所述伺服电机通过驱动联轴器，从而驱动滚动导轨组合单元在滑块平台上运动，进一步驱动所述柔性臂的运动；

所述可调节工作台固定在所述滑块平台上，并与所述柔性臂相互平行。