Review of Capabilities of a Linear Micropositioner Based on a Flexible Mechanism

Abstract

This article presents the development of an actuator for micro electrical discharge machining (ìEDM). A lineal micropositioner was developed using a solenoidflexural element architecture and an open-loop control configuration. The open-loop control system uses a personal computer (PC) connected to a microcontroller through an interface developed on language C and linked to the RS232 protocol. The system varies the force delivered by the solenoid using the technique of pulse width modulation (PWM). The capabilities of the actuator were evaluated by displacing a 1 kg mass over a 30ìm lenght. The position of the micropositioner was measured using a linear variable differential transformer (LVDT) with a resolution of 0.5ìm. Experimental data was collected by a data acquisition system developed in LabView. The results show that the actuator is capable of archiving accuracies that fall within the limits of uncertainty of the measuring system. A Design of Experiments (DoE) was used to evaluate the micropositioner performance. The displacement behavior of the actuator presents hysteresis due its electromagnetic constitution. The impact of each of the control parameters on the hysteresis behavior of the actuator was evaluated. An optimal control parameter combination that reduces hysteresis and magnifies displacement range is proposed.Este articulo presenta el analisis de capacidades de un actuador lineal de resolucion micrometrica que puede ser empleado para lograr posicionamiento de la pieza de trabajo en el proceso de micro electroerosion. El actuador fue desarrollado utilizando un elemento flexible accionado por un solenoide, un sistema de control de lazo abierto fue empleado para el posicionamiento. El sistema de control utiliza una computadora personal conectada a un microcontrolador a traves del protocolo RS232 y el microcontrolador ejecuta un programa escrito en lenguaje C que interpreta comandos provenientes de la computadora. El sistema varia la fuerza producida por un solenoide utilizando la tecnica de modulacion de ancho de pulso (PWM por sus siglas en ingles). Las capacidades del actuador fueron evaluadas mediante el desplazamiento de una masa de 1 kg en una distancia de 30�Êm. La posicion del resultante de la masa fue medida utilizando un transformador variable diferencial (LVDT) con una resolucion de 0.5�Êm. Datos experimentales fueron recolectados utilizando un sistema de adquisicion de datos desarrollado en el lenguaje de instrumentacion LabView. Los resultados muestran que el actuador es capaz de alcanzar una precision de magnitud similar a la del sistema de medicion empleado. Un diseno de experimentos fue realizado para evaluar las capacidades del actuador. El comportamiento de desplazamiento del actuador presenta histeresis debido a su constitucion basada en elementos electromagneticos. El impacto de los parametros de control sobre la histeresis fue evaluado. Una combinacion optima de parametros de control es propuesta la cual permite rangos de desplazamiento optimos y reduce la histeresis