CN103697301B - 一种高精度定位控制平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度定位控制平台，所述定位平台包括第一底座、移动机构、将第一底座与移动机构连接的至少一组导向部件、用于控制移动机构平面运动的驱动源，以及用于检测所述移动机构平面运动位置的反馈元件。本发明采用机械与检测的耦合效应，将多个独立机构的中心设立在平面内的一条直线上，使之重合误差达到最小。同时将检测装置立向设在工作台的重心或质心位置，降低动态干扰,可精确获取单向移动的真实刚***置。通过上述合理的机械布局，实现检测的稳定性，解决了非线性重合点难弥补和机台振动引起的不良状况。除此之外，单方向动子可作平面运动，省掉了解耦结构，使平台的性能进一步提高，同时无需高柔性线缆和管理***。
Description
技术领域
本发明涉及精密定位设备技术领域，尤其涉及一种高精度定位控制平台。
背景技术
高加速高精度定位平台是全自动化精密设备的核心部件之一。其运动特点是进行高加速度、高精度、快速往复小行程运动。随着生产产品的更新换代，要求新一代设备定位平台的加速度、定位精度、带宽、工作频率可达到更高的指标，甚至于这些指标已超过目前设备运动精度和生产速度的物理极限。因此，不能通过对现有设备定位平台的局部改造来满足工业制造业发展的要求，需要一种全新的定位平台及其相应的位置控制***，为新一代设备提供原型级和单元级技术。
目前自动化行业通用的精密级定位平台大多采用旋转电机加滚珠丝杆驱动的串联形式，或者在旋转电机加滚珠丝杆串联驱动的基础上用直线电机代替旋转电机，这两种通用的精密级定位平台明显存在两个问题，一是在实际设计中机构的运动质量中心、驱动推力中心、导轨刚度中心很难设置在同一条直线上，动态控制精度很难达到纳米级别。除此之外，为了同时满足各运动轴的约束和刚度需求，各机构间的运动质量中心、驱动推力中心、导轨刚度中心必定会有过定位，过定位会加速导向部件磨损，也减少其使用寿命，使定位工作台很不稳定。二是即使采用更高精密的反馈元件，反馈元件始终易随工作台的振动而同时振动，从而无法获得精准的检测数据。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度定位控制平台，旨在解决目前定位平台非线性重合点难弥补和机台振动引起的不良状况的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高精度定位控制平台，其中，所述平台包括第一底座、移动机构、将第一底座与移动机构连接的至少一组导向部件、用于控制所述移动机构平面运动的驱动源，以及用于检测所述移动机构平面运动位置的反馈元件；
所述移动机构的运动质量重心设置在所述驱动源的推力中心或其接近位置，所述驱动源的推力中心设置在至少一组导向部件的刚度中心或其接近位置，即所述导向部件刚度中心通过第一底座连接设置在所述移动机构的运动质量重心或其接近位置，所述反馈元件立向放置并设置在所述导向部件的刚度中心， 从而使所述移动机构通过驱动源的供能达到移动机构沿导向部件平面移动的目的。
所述的高精度定位控制平台，其中，所述移动机构包括第二底座，所述第一底座上设置有对应所述第二底座的凹槽，所述第二底座悬置于所述凹槽中并通过所述导向部件与所述第一底座连接。
所述的高精度定位控制平台，其中，所述驱动源设置在所述凹槽中并对应所述第二底座沿所述导向部件引导方向延伸分布。
所述的高精度定位控制平台，其中，所述第二底座上设置有用于放置所述驱动源内磁铁的平面，所述驱动源内设有沿所述移动机构移动方向分布的两组线圈，所述两组线圈作为定子对称设置于动子的两侧，同时所述两组线圈均匀设置于所述导向部件的刚度中心，通过所述驱动源供能驱动所述移动机构平面移动。
所述的高精度定位控制平面，其中，所述第二底座沿所述移动机构的移动方向设有至少一个磁铁阵列。
所述的高精度定位控制平台，其中，所述驱动源的推力中心与所述导向部件的刚度中心、移动机构的运动质量中心一致。
所述的高精度定位控制平台，其中，所述导向部件设于所述第一底座与移动机构之间并沿所述移动机构方向设置。
有益效果：本发明提供一种高精度定位控制平台，该平台采用机械与检测的耦合效应，将多个独立机构的中心设立在平面内的一条直线上，使之重合误差达到最小。同时将检测装置立向设在工作台的重心或质心位置，降低了动态干扰，获得可精确获取单向移动的真实刚***置。通过上述合理的机械布局，实现三心精合，提高了检测的稳定性，解决了非线性重合点难弥补和机台振动引起的不良状况。另外，单方向动子可作平面运动，省掉解耦结构，同时也省却了高柔性线缆和管理***，使平台的性能进一步提高。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中高精度定位控制平台的正视图。
图2为本发明较佳实施例中高精度定位控制平台的结构示意图一。
图3为本发明较佳实施例中高精度定位控制平台的反馈元件设置位置示意图二。
图4为本发明较佳实施例中高精度定位控制平台的反馈元件设置位置示意图。
图5为本发明较佳实施例中高精度定位控制平台的移动机构的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种高精度定位控制平台，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2和图3所示的高精度定位控制平台的较佳实施例，其中，所述平台包括第一底座100、移动机构200、将第一底座与移动机构连接的导向部件300、用于控制所述移动机构平面运动的驱动源400，以及用于检测所述移动机构平面运动位置的反馈元件600。通过驱动源的供能使所述移动机构沿导向部件平面移动。
为尽量提高平台检测的稳定性，如图1所示的较佳实施例中，移动机构的运动质量重心设置在所述驱动源的推力中心或其接近位置，所述驱动源的推力中心设置在至少一组导向部件的刚度中心或其接近位置，即所述导向部件刚度中心通过第一底座连接设置在所述移动机构的运动质量重心或其接近位置，所述反馈元件立向放置并设置在所述导向部件的刚度中心， 上述设置使多本发明的定位平台的多个独立机构的中心设立在平面内的一条直线上，即实现移动机构的运动质量重心、驱动源推力中心、导轨刚度中心在一条直线上，从而使之重合误差达到最小。避免了传统定位平台驱动源与导向部件安装误差导致的过定位问题。延长了导向部件的使用寿命，提高了平台的稳定性。较佳的是，所述驱动源的推力中心与所述导向部件的刚度中心、移动机构的运动质量中心一致。在定位控制平台工作时，移动机构在运动状态下，所述移动机构的运动质量重心与所述导向部件刚度中心、所述驱动源的推力中心处于同一直线上。从而使本发明的定位平台具有最强的稳定性。
进一步的，所述移动机构包括第二底座420，所述第一底座上设置有对应所述第二底座的凹槽，所述第二底座悬置于所述凹槽中并通过所述导向部件与所述第一底座连接。假设本发明的移动机构的运动方向为Y向运动则所述第二底座上设置有用于X向运动的导向部件500。通过移动机构在X和Y方向的双向运动实现精确定位。
所述驱动源设置在所述凹槽中并对应所述第二底座沿所述导向部件引导方向延伸分布。进一步的，
所述第二底座上设置有用于放置所述驱动源内磁铁的平面，所述驱动源内设有沿所述移动机构移动方向分布的两组线圈411，所述两组线圈作为定子对称设置于动子的两侧，同时所述两组线圈均匀设置于导向部件（导轨）的刚度中心，通过所述驱动源供能驱动所述移动机构在凹槽内进行平面移动。所述第二底座沿所述移动机构的移动方向设有至少一个磁铁阵列。具体的，如图5所示，所述第二底座中设置有沿所述移动机构移动方向排布的多个卡槽421，每个卡槽中均卡接有所述磁铁，通过多个排列的磁铁形成的磁铁阵列沿所述移动方向分布。所述驱动源的推力中心位于所述线圈和磁铁交集的位置，即分布在第二底座的最底部位置。较佳实施例中，所述驱动源中还可采用其他合适的磁铁阵列模式。
具体实施例中，所述驱动源可为电机，其主要由作为动子的磁铁和作为定子的线圈两部分组成。具体的，如图4所示，所述两组线圈作为定子对称设置于动子的两侧，互为抵消电机动子和定子间的巨大吸力。同时，所述定子均匀设置于导轨组刚度中心，与所述导轨组成平行对称关系。
而动子通过第二底座与导轨连接，动子在两组线圈的组合驱动下，带动第二底座及移动机构沿着导轨的方向往复运动。本发明中单方向动子可作平面运动，省掉了解耦结构，使平台的性能进一步提高，同时无需高柔性线缆和管理***，方便了平台的整体布线。
进一步的，所述导向部件设于所述第一底座与移动机构之间并沿所述移动机构方向设置。所述导向部件可如图1所示的一组可滑动的导轨，一般分为内轨310和外轨320，内轨高于外轨或同等高，外轨固定在第一底座上，内轨固定在第二底座上，由于导轨的移动方向是固定的，所以移动机构和第二底座可随着内轨在同一直线上前后运动。当然，合适的其他类型的导向部件也可以应用在本发明的平台中。
确定所述导线部件的刚度中心或者工作台的重心或质心位置，将所述反馈元件立向放置并设置在所述导向部件的刚度中心或者工作台的重心或质心位置，从而使反馈元件不受控制平台工作时的强振影响，降低了反馈元件所收到的动态干扰,并可精确获取单向移动的真实刚***置，从而提高了检测精度。具体的，如图4所示，反馈元件600可包括光栅尺，该光栅尺设置在移动机构的运动重心位置，即如图5所述，光栅尺的标尺610设置在第二底座上随移动机构移动，而光栅尺的读书头则设置在第一底座上，对所述标尺进行检测，从而完成移动位置检测的工作。较佳实施例中，所述反馈元件还可以采用直线编码器检测轴移动方向的机械位置。另外还可采用其他合适的元件作为本发明的反馈元件例如激光尺、感应同步器和激光干涉仪等等。
较佳实施例中，本发明的沿单向移动的实现定位和检测的平台结构可用在任何单向平面移动控制方面。
较佳实施例中，本发明的定位控制平台结构还可用于多向运动结合的方案中，该多种混合运动结合的方案中的某一单向运动采用本发明平台的设计思路实现，另一向运动可采用其他运动结构，例如可使用滚动丝杆等形式，从而形成多种运动结构结合的方案。
较佳实施例中，所述驱动源还可以用有铁芯电机或其它类型的电机。所述驱动源还可使用旋转电机加滚珠丝杆的驱动串联结构。
本发明提供一种高精度定位控制平台，该平台采用机械与检测的耦合效应，将多个独立机构的中心设立在平面内的一条直线上，使之重合误差达到最小。同时将检测装置立向设在工作台的重心或质心位置，降低了动态干扰，获得可精确获取单向移动的真实刚***置。通过上述合理的机械布局，实现三心精合，提高了检测的稳定性，解决了非线性重合点难弥补和机台振动引起的不良状况。另外，单方向动子可作平面运动，省掉了解耦结构，使平台的性能进一步提高，省却了高柔性线缆和管理***。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1. 一种高精度定位控制平台，其特征在于，所述平台包括第一底座、移动机构、将第一底座与移动机构连接的至少一组导向部件、用于控制所述移动机构平面运动的驱动源，以及用于检测所述移动机构平面运动位置的反馈元件；
所述移动机构的运动质量重心设置在所述驱动源的推力中心或其接近位置，所述驱动源的推力中心设置在至少一组导向部件的刚度中心或其接近位置，即所述导向部件刚度中心通过第一底座连接设置在所述移动机构的运动质量重心或其接近位置，所述反馈元件立向放置并设置在所述导向部件的刚度中心， 从而使所述移动机构通过驱动源的供能达到移动机构沿导向部件平面移动的目的。
2.根据权利要求1所述的高精度定位控制平台，其特征在于，所述移动机构包括第二底座，所述第一底座上设置有对应所述第二底座的凹槽，所述第二底座悬置于所述凹槽中并通过所述导向部件与所述第一底座连接。
3.根据权利要求2所述的高精度定位控制平台，其特征在于，所述驱动源设置在所述凹槽中并对应所述第二底座沿所述导向部件引导方向延伸分布。
4. 根据权利要求2所述的高精度定位控制平台，其特征在于，所述第二底座上设置有用于放置所述驱动源内磁铁的平面，所述驱动源内设有沿所述移动机构移动方向分布的两组线圈，所述两组线圈作为定子对称设置于动子的两侧，同时所述两组线圈均匀设置于所述导向部件的刚度中心，通过所述驱动源供能驱动所述移动机构平面移动。
5.根据权利要求4所述的高精度定位控制平台，其特征在于，所述第二底座沿所述移动机构的移动方向设有至少一个磁铁阵列。
6.根据权利要求1所述的高精度定位控制平台，其特征在于，所述驱动源的推力中心与所述导向部件的刚度中心、移动机构的运动质量中心一致。
7.根据权利要求1所述的高精度定位控制平台，其特征在于，所述导向部件设于所述第一底座与移动机构之间并沿所述移动机构方向设置。
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