一種同軸宏微複合直線運動平臺裝置的製作方法
2023-06-14 05:09:01 1
專利名稱：一種同軸宏微複合直線運動平臺裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種同軸宏微複合直線運動平臺裝置，屬於同軸宏微複合直線運動平臺裝置的創新技術。
背景技術：
隨著社會發展及人們生活條件的改善，人們對產品的要求越來越高，這要求製造業必須不斷提高產品的加工精度。但高精密進給運動平臺的量程普遍較短，而大量程的普通宏運動進給平臺精度又無法滿足實際需要。如果採用專用的大量程高精密運動平臺，產品的製造成本將大幅增加。針對上述現狀，一種能將大量程一般精度的宏運動和高精度小量程的微運動相複合的可以實現大量程高精密進給的運動平臺越來越受到人們的青睞。國內實用新型專利CN102540765A中公開了一種高精度平行光曝光機的PCB板定位裝置及其定位方法。該定位裝置包含了由伺服電機、絲槓、宏動平臺構成的宏動定位裝置和由壓電陶瓷驅動器和壓電陶瓷支撐平臺組成的微動定位裝置。其具體工作方法為:A.伺服電機驅動絲槓，帶動宏動平臺進行大行程的進給位置檢測裝置檢測宏動平臺和預定位置的位移誤差:C.控制器根據B步驟中的位移誤差信息得到使PCB板到達指定位置時驅動壓電陶瓷微動平臺所需的位移量，進而根據位移量對壓電陶瓷驅動電源進行控制。上述定位裝置及方法實現了對PCB板的精確定位，但該定位裝置及方法仍存有如下不足:(I)該裝置採用絲槓來帶動宏動平臺產生位移，而絲槓本身固有的爬行現象會導致宏動平臺從運動到靜止過程中出現較大的位移振幅，其達到穩定過程的時間較長。這導致該定位裝置中的微動定位裝置的動作 具有一定的延滯性，不能保證微動陶瓷工作檯在運動全過程中始終保持運動精度；(2)在該定位裝置及方法中，壓電陶瓷驅動器直接驅動壓電陶瓷支撐平臺進行位移調整。這要求實際使用中的壓電陶瓷驅動器的工作量程範圍必須大於宏動定位裝置的最大位移偏差，進而限制壓電陶瓷的選型範圍，降低了定位裝置的設計自由度及經濟性；(3)該定位裝置中微動定位裝置中的壓電陶瓷支撐平臺與其配合工作部件之間有摩擦等阻尼作用，這導致其微動陶瓷工作檯的工作負載不能太高，限制了其使用範圍。國內實用新型專利CN102528473A中公開了一種同軸宏微複合直線運動平臺裝置。該運動平臺裝置包含由氣浮導軌、直線電機、宏動平臺構成的宏運動裝置和由柔性鉸鏈、微動平臺、壓電陶瓷驅動器或音圈電器構成的微運動裝置。該運動裝置能夠實現微動平臺的高精度位移及定位。但該方案中同時採用了光柵尺及微動傳感器作為同軸方向的位置精度檢測，這要求其光柵尺及微動傳感器必須達到相匹配的精度，導致成本增加，並使精度補償方法複雜；該方案中採用了氣浮導軌、直線電機等部件，導致運動平臺裝置成本較高，經濟性較差，限制了其推廣範圍。
發明內容針對現有宏微複合運動平臺存在的不足，本實用新型的目的在於提供一種低成本、高精度的同軸宏微複合直線運動平臺裝置。為實現上述目的，本實用新型採用了以下技術方案:本實用新型的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，包括有宏運動裝置、微運動裝置、控制裝置和位置檢測裝置，其中宏運動裝置包括有伺服驅動器、直線驅動模塊、直線導軌、底座和宏動工作平臺，伺服驅動器通過直線驅動模塊與直線導軌連接，直線導軌裝設在底座上，宏動工作平臺安裝在直線導軌上，微運動裝置包括有高精度微動驅動器及柔性鉸鏈放大機構，柔性鉸鏈放大機構包括有柔性鉸鏈、微動工作平臺、框架，其中柔性鉸鏈安裝在框架上，微動工作平臺與柔性鉸鏈連接，高精度微動驅動器驅動柔性鉸鏈運動，微動工作平臺上安放工作負載，所述微運動裝置通過框架固定在宏動工作平臺上，用來檢測宏動工作平臺及微動工作平臺相對於底座的位移信息的位置檢測裝置包括宏動位移檢測裝置和微動位移檢測裝置，微動位移檢測裝置由固定在宏運動裝置內底座上的光柵尺和固定在微動工作平臺上的光柵尺讀數頭構成；宏動位移檢測裝置由連接在伺服驅動器上的編碼盤構成，控制裝置與伺服驅動器及高精度微動驅動器為電連接，控制裝置向伺服驅動器及高精度微動驅動器發出位移控制指令，實現微運動裝置對宏運動裝置的精度補償。本實用新型由於採用以上技術方案，具有以下有益效果:I)本實用新型中的微運動裝置採用了壓電陶瓷驅動器或音圈電機和柔性鉸鏈放大機構，保證了微動工作平臺運動的連續性、無滯後、無摩擦、免潤滑、高響應速度和機構緊湊的特點；2)本實用新型可實現精度補償，實現了運動全過程的高靜態精度及高動態精度；3)本實用新型微動工作平臺在工作過程中與宏動工作平臺隔離，兩平面不直接接觸，消除了摩擦阻力的影響，同時多組柔性鉸鏈的使用也使微動工作平臺可以承載較高的工作負載；4)本實用新型同軸宏微複合直線運動平臺裝置內引入了柔性鉸鏈放大結構，擴大了陶瓷驅動器或音圈電機的量程，`提高了高精度微動驅動器的選型範圍；5)本實用新型中的運動平臺裝置結構簡單，成本較低，容易推廣。本實用新型是一種設計合理，方便實用的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，能實現宏微複合直線運動的精度補償。
圖1為本實用新型的整體結構示意圖。1.伺服驅動器；2.直線導軌；3.聯軸器；4.底座；5.宏動工作平臺；6.壓電陶瓷驅動器或音圈電機；7.復位彈簧；8.柔性鉸鏈；9.微動工作平臺；10.框架；11.光柵尺讀數頭；12.滾珠絲槓；13.光柵尺
具體實施方式
實施例:本實用新型的整體結構示意圖如圖1所示，本實用新型的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，包括有宏運動裝置、微運動裝置、控制裝置和位置檢測裝置，其中宏運動裝置包括有伺服驅動器1、直線驅動模塊、直線導軌2、底座4和宏動工作平臺5，伺服驅動器I通過直線驅動模塊與直線導軌2連接，直線導軌2裝設在底座4上，宏動工作平臺5安裝在直線導軌2上，微運動裝置包括有高精度微動驅動器及柔性鉸鏈放大機構，柔性鉸鏈放大機構包括有柔性鉸鏈8、微動工作平臺9、框架10，其中柔性鉸鏈8安裝在框架10上，微動工作平臺9與柔性鉸鏈8連接，高精度微動驅動器驅動柔性鉸鏈8運動，微動工作平臺9上安放工作負載，所述微運動裝置通過框架10固定在宏動工作平臺5上，用來檢測宏動工作平臺5及微動工作平臺9相對於底座4的位移信息的位置檢測裝置包括宏動位移檢測裝置和微動位移檢測裝置，微動位移檢測裝置由固定在宏運動裝置內底座4上的光柵尺13和固定在微動工作平臺9上的光柵尺讀數頭11構成；宏動位移檢測裝置由連接在伺服驅動器I上的編碼盤構成，控制裝置與伺服驅動器I及高精度微動驅動器為電連接，控制裝置向伺服驅動器I及高精度微動驅動器發出位移控制指令，實現微運動裝置對宏運動裝置的精度補償。所述宏動位移檢測裝置，用以檢測宏動工作平臺5相對於底座的位移；所述微動位移檢測裝置，用以檢測微動工作平臺9和宏動工作平臺5的疊加位移。本實施例中，所述伺服驅動器I為伺服電機。柔性鉸鏈8與框架10之間還裝設有復位彈簧7。本實施例中，所述直線驅動模塊為絲槓螺母傳動機構，包括有絲槓12及裝設在絲槓12上的螺母，絲槓12與伺服電機的輸出軸連接，螺母與絲槓12組成螺旋傳動副，直線導軌2與螺母連接。本實施例中，伺服電機通過聯軸器3與絲槓12連接，本實施例中，絲槓12為滾珠絲槓，所述高精度微動驅動器為壓電陶瓷驅動器或音圈電機6。伺服電機通過聯軸器3帶動滾珠絲槓轉動，滾珠絲槓帶動宏動工作平臺5沿直線導軌3移動；所述微運動裝置固定在宏動工作平臺5上；所述壓電陶瓷驅動器或音圈電機6驅動柔性鉸鏈放大結構內的柔性鉸鏈8，進而帶動微動工作平臺9產生位移。本實施例中，所述柔性鉸鏈放大機構由一整塊材料加工而成。所述柔性鉸鏈放大機構內的柔性鉸鏈的支幹部分的寬度比鉸鏈部分的寬度寬，每個支幹的兩個端部為鉸鏈部位；鉸鏈部位的輪廓線為對稱的曲線過渡。此外,所述柔性鉸鏈放大機構內包含至少一個變形恢復部件。所述柔性鉸鏈8及與柔性鉸鏈8連接的微動工作平臺9與宏運動裝置無接觸。本實用新型同軸宏微複合直線運動平臺裝置的精度補償方法，包含以下步驟:I)宏運動裝置及宏動位移檢測裝置組成閉環控制系統，微運動裝置及微動位移檢測裝置組成閉環控制系統；2)所述同軸複合直線運動平臺裝置運動時，所述宏動工作平臺5帶動微運動裝置向預期位置；所述宏動位移檢測裝置得到宏動工作平臺5的位移信息，所述微動位移檢測裝置得到宏動工作平臺5和微動工作平臺9疊加後的絕對位移信息；3)當所述同軸複合直線運動平臺裝置向目標運動時，所述宏動工作平臺5和微動工作平臺9同方向運動，其中所述微動工作平臺9相對底座4的絕對位移大於宏動工作平臺5的位移；當所述微動工作平臺9到達預定位置時，所述宏動工作平臺5仍在運動中，所述控制裝置向所述微運動裝置發出控制信號，驅動微動工作平臺9主動實時補償宏動工作平臺5相對預期位置的位移波動，直至所述宏動工作平臺5完全穩定到達預期位置；4)當利用所述同軸複合直線運動平臺裝置進行動態過程中精度補償時，所述控制器將所要求的動態運動過程分解為多點的位置控制，重複上述步驟2)及步驟3)，實現所述同軸宏微複合直線運動 平臺裝置的高動態精度。所述控制裝置的輸出控制信號頻率高於所述宏運動裝置運動過程中的波動頻率。本實用新型包括有宏運動控制系統和微運動控制系統構成:宏動控制系統是由宏運動裝置和宏動位移檢測裝置組成的閉環控制系統，微動控制系統是由微運動裝置和微動位移檢測裝置組成的閉環控制系統。點位運動控制時，所述控制器向宏運動裝置和微運動裝置發出目標位移指令。宏運動裝置帶動微運動裝置向預期位置移動，其中微運動平臺9相對於底座的位移大於宏動工作平臺5相對底座4的位移。當微動工作平臺9到達預期位置，所述控制裝置向微運動裝置發出控制信號，驅動微動工作平臺9主動實時補償宏動工作平臺5相對預期位置的位移波動，直至所述宏動工作平臺5完全穩定到達預期位置。動態運動控制時，所述控制裝置將所要求的動態運動過程分解為上述的點位控制，重複執行上述點位控制步驟， 實現所述同軸宏微複合直線運動平臺裝置的高靜態精度及高動態精度。
權利要求1.一種同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於包括有宏運動裝置、微運動裝置、控制裝置和位置檢測裝置，其中宏運動裝置包括有伺服驅動器(I)、直線驅動模塊、直線導軌(2)、底座(4)和宏動工作平臺(5)，伺服驅動器(I)通過直線驅動模塊與直線導軌(2)連接，直線導軌(2 )裝設在底座(4 )上，宏動工作平臺(5 )安裝在直線導軌(2 )上，微運動裝置包括有高精度微動驅動器及柔性鉸鏈放大機構，柔性鉸鏈放大機構包括有柔性鉸鏈(8 )、微動工作平臺(9)、框架(10)，其中柔性鉸鏈(8)安裝在框架(10)上，微動工作平臺(9)與柔性鉸鏈(8)連接，高精度微動驅動器驅動柔性鉸鏈(8)運動，微動工作平臺(9)上安放工作負載，所述微運動裝置通過框架(10)固定在宏動工作平臺(5)上，用來檢測宏動工作平臺(5)及微動工作平臺(9)相對於底座(4)的位移信息的位置檢測裝置包括宏動位移檢測裝置和微動位移檢測裝置，微動位移檢測裝置由固定在宏運動裝置內底座(4)上的光柵尺(13)和固定在微動工作平臺(9)上的光柵尺讀數頭(11)構成；宏動位移檢測裝置由連接在伺服驅動器(I)上的編碼盤構成，控制裝置與伺服驅動器(I)及高精度微動驅動器為電連接，控制裝置向伺服驅動器(I)及高精度微動驅動器發出位移控制指令，實現微運動裝置對宏運動裝置的精度補償。
2.根據權利要求1所述的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述伺服驅動器(I)為伺服電機。
3.根據權利要求1所述的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述直線驅動模塊為絲槓螺母傳動機構，包括有絲槓(12)及裝設在絲槓(12)上的螺母，絲槓(12)與伺服電機的輸出軸連接，螺母與絲槓(12)組成螺旋傳動副，直線導軌(2)與螺母連接。
4.根據權利要求1所述 的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述高精度微動驅動器為壓電陶瓷驅動器或音圈電機。
5.根據權利要求1至4任一項所述的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述柔性鉸鏈放大機構內的柔性鉸鏈的支幹部分的寬度比鉸鏈部分的寬度寬，每個支幹的兩個端部為鉸鏈部位；鉸鏈部位的輪廓線為對稱的曲線過渡。
6.根據權利要求5所述的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述柔性鉸鏈放大機構內包含至少一個變形恢復部件。
7.根據權利要求6所述的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述柔性鉸鏈(8)及與柔性鉸鏈(8)連接的微動工作平臺(9)與宏運動裝置無接觸。
8.根據權利要求7所述的同軸宏微複合直線運動平臺裝置，其特徵在於:所述柔性鉸鏈放大機構由一整塊材料加工而成。
專利摘要本實用新型公開了一種同軸宏微複合直線運動平臺裝置及其精度補償方法。包括有宏運動裝置、微運動裝置、控制裝置和位置檢測裝置。其中宏運動裝置由伺服驅動器、直線驅動模塊、直線導軌、底座和宏動工作平臺構成；微運動裝置是由壓電陶瓷驅動器或音圈電機、柔性鉸鏈放大機構組成；柔性鉸鏈放大機構由柔性鉸鏈、微動工作平臺、框架構成；壓電陶瓷驅動器或音圈電機驅動柔性鉸鏈放大結構，帶動微動工作平臺產生位移；位置檢測裝置實時檢測宏微運動工作平臺的位移信息，並將其送給所述控制裝置；控制裝置根據宏微運動的位移傳感器檢測信息，驅動微動工作平臺實時補償宏運動裝置的運動，進而實現所述同軸宏微複合直線運動平臺裝置的高靜態精度及高動態精度。
文檔編號B23Q1/34GK203092144SQ20132009430
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者楊志軍, 白有盾, 陳新, 高健, 陳新度, 劉冠峰, 李克天, 李澤湘, 楊海東 申請人:廣東工業大學