CN104440343B - 直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提出直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，包括基座、直线导轨、滑块、U型直线电机定子、宏动动子、微动动子和宏微一体化平台。所述宏动平台与所述微动平台通过弹性构件联接形成一体化平台，所述宏微一体化平台的外框架安装在直线导轨滑块上，基座上装有U型直线电机定子，宏动平台和微动平台上分别装有动子，当宏微动子同时驱动时，可实现整体大范围的高速运动；当出现运动偏差时，微动平台由于惯量小、无摩擦、通过弹性变形实现精密位移输出，可以单独驱动实现高频运动偏差补偿。通过复合运动控制，可以实现一维高速精密运动，安装使用方式与传统平台一致，方便推广应用。

Description

直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台
技术领域
本发明涉及精密运动平台，尤其涉及直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台。
背景技术
随着科技的进步，人们对产品的要求越来越高，促使生产商对产品的加工精度要求也越来越高，现有设备中高精度进给运动平台的行程普遍较短，而大行程的普通宏运动设备的精度又无法满足实际需求，如果采用专用的大行程高精度运动设备，产品的制造成本将大幅增加。针对上述现状，一种能将大行程一般精度的宏运动和高精度小行程的微运动相复合的可以实现大行程高精度进给，且具有多方向的运动平台越来越受到行业的青睐。
发明内容
本发明的目的在于提出直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，采用共用定子实现一维宏微运动的大行程高精度的进给。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，包括基座、宏动外框架和微动平台；
所述宏动外框架与所述微动平台形成一体化平台，所述微动平台设置在所述宏动外框架的框架内部，所述微动平台包括用于放置工件的核心平台和用于限位的弹片组，所述核心平台通过所述弹片组连接于所述宏动外框架；
所述基座上设置有导轨、滑块和U型直线电机，所述滑块可滑动于所述导轨，所述U型直线电机包括定子、宏动外框架动子、微动平台动子和连接件，宏运动和微运动共用同一个所述定子；
所述宏动外框架固定安装于所述滑块，并通过所述连接件连接于所述宏动外框架动子，由所述宏动外框架动子、所述微动平台动子和所述定子控制其滑动于所述导轨实现宏运动；
所述核心平台通过所述连接件固定于所述微动平台动子，并由所述微动平台动子控制其在所述定子的微运动。
更进一步说明，所述宏动外框架动子设置有两个，分别设置在所述宏动外框架的进给方向的两端。
更进一步说明，所述弹片组、所述核心平台和所述宏动外框架为一体式结构。
更进一步说明，所述核心平台的两侧通过所述弹片组与所述宏动外框架内壁连接，所述弹片组为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述核心平台的运动方向。
更进一步说明，所述宏动外框架与所述弹片组连接处设有槽，使所述宏动外框架内侧形成较薄的可变形的弹性件，所述宏动外框架设有调节所述弹性件变形度的所述频率调节机构。
更进一步说明，所述频率调节机构为穿过所述槽的螺栓，其两端分别连接于所述槽的两侧。
更进一步说明，所述频率调节机构还包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片通过所述螺栓安装于所述槽的外侧。
更进一步说明，所述微动平台还包括位移传感器，设于所述核心平台的进给方向的端部。
更进一步说明，所述位移传感器为差动电容传感器或光电传感器。
更进一步说明，所述位移传感器的非工作面设置有绝缘层。
本发明提出直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，包括基座、直线导轨、滑块、U型直线电机定子、宏动动子、微动动子和宏微一体化平台。所述宏动平台(宏动外框架)与所述微动平台通过弹性构件联接形成一体化平台，所述宏微一体化平台的宏动外框架安装在直线导轨滑块上，基座上装有U型直线电机定子，宏动平台和微动平台上分别装有动子，当宏微动子同时驱动时，可实现整体大范围的高速运动；当出现运动偏差时，微动平台由于惯量小、无摩擦、通过弹性变形实现精密位移输出，可以单独驱动实现高频运动偏差补偿。通过复合运动控制，可以实现一维高速精密运动，安装使用方式与传统平台一致，方便推广应用。
本发明的有益效果：1、宏微一体化，实现一维上的大行程高精度的进给运动；2、定子固定在机架上，减小了微动平台的运动惯性，有利于提高一维微动平台的响应速度；3、采用共用定子，结构简单，平台稳定性更高。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的俯视图；
图4是本发明的一个实施例的一体化平台的结构示意图；
图5是本发明的一个实施例的一体化平台的结构示意图。
其中：基座1、宏动外框架2、微动平台3、核心平台31、弹片组32、导轨11、滑块12、U型直线电机13、定子131、宏动外框架动子132、微动平台动子133、连接件134、槽33、位移传感器34、弹性件21、螺栓221、压电陶瓷片222。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，包括基座1、宏动外框架2和微动平台3；
所述宏动外框架2与所述微动平台3形成一体化平台，所述微动平台3设置在所述宏动外框架2的框架内部，所述微动平台3包括用于放置工件的核心平台31和用于限位的弹片组32，所述核心平台31通过所述弹片组32连接于所述宏动外框架2；
所述基座1上设置有导轨11、滑块12和U型直线电机13，所述滑块12可滑动于所述导轨11，所述U型直线电机13包括定子131、宏动外框架动子132、微动平台动子133和连接件134，宏运动和微运动共用同一个所述定子131；
所述宏动外框架2固定安装于所述滑块13，并通过所述连接件134连接于所述宏动外框架动子132，由所述宏动外框架动子132、所述微动平台动子133和所述定子121控制其滑动于所述导轨11实现宏运动；
所述核心平台31通过所述连接件134固定于所述微动平台动子133，并由所述微动平台动子133控制其在所述定子131的微运动。
基于U型直线电机12实现一维宏微运动，可大行程的运动范围，惯量小，响应速度快，其中包括对宏动外框架2的宏运动大行程的调节，同时也包括对微动平台2在微运动上实现精密定位，使本发明直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台可实现大范围且精准的移动定位。控制器向宏动外框架2和微动平台3发出位移指令，宏动外框架2与微动平台3的一体化设计，使宏动外框架2在宏动外框架动子132和微动平台动子133的带动下与微动平台3一起向预期位置移动，由多个动子一起提供动力实现高速运动，提供的驱动力更大，负载能力也更大，当微动平台3到达预期位置时，控制器向微动平台动子133发出信号，驱动微动平台3主动实时补偿宏动外框架2相对预期位置的位移波动，直至放置在核心平台31的工件到达预期位置，实现直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台的高动态精度。宏动外框架动子132和微动平台动子133共用同一个定子131，只设置有一部U型直线电机13即可实现行程不同的宏微运动，结构简单，更为企业接受。宏动外框架2与所述微动平台3形成一体化平台，由整块材料经过铣削、电火花加工等方式获取，避免了零件的装配误差，可以提高平台运动精度。
更进一步说明，所述宏动外框架动子132设置有两个，分别设置在所述宏动外框架2的进给方向的两端。微动平台3设置在宏动外框架的框架中部，因此设置有两个宏动外框架动子132，分别设置在宏动外框架2的进给方向的两端，使宏动外框架2的受力更均衡，响应更快，更稳定。
更进一步说明，所述弹片组32、所述核心平台31和所述宏动外框架2为一体式结构。宏动外框架2与微动平台3的一体化设计，结构紧凑，是由整块材料经过铣削、电火花加工等方式获取，避免了零件的装配误差，可以提高平台运动精度。
更进一步说明，所述核心平台31的两侧通过所述弹片组32与所述宏动外框架2内壁连接，所述弹片组32为平行布置，且所述弹片的长度方向垂直于所述核心平台31的运动方向。平行布置的弹片组32有效的限位核心平台31在一维上的运动，在所述弹片组32的牵制作用下，所述核心平台31在非进给方向的运动被抑制。
更进一步说明，所述宏动外框架2与所述弹片组32连接处设有槽33，使所述宏动外框架2内侧形成较薄的可变形的弹性件21，所述宏动外框架2设有调节所述弹性件21变形度的所述频率调节机构。通过所述频率调节机构改变弹片组32的松紧程度可以改变上述微运动中的机构固有频率，从而改变核心平台31的运动特性。
更进一步说明，所述频率调节机构为穿过所述槽33的螺栓221，其两端分别连接于所述槽33的两侧。所述螺栓221可手动调节长度方向产生位移，改变所述弹性件21的变形度，进而改变弹片组32的弹片张紧力，实现对平台的结构固有频率的动态调整。
更进一步说明，所述频率调节机构还包括压电陶瓷片222，所述压电陶瓷片222通过所述螺栓221安装于所述槽33的外侧。所述压电陶瓷片222在外加电压作用下可在螺栓221的长度方向产生位移，改变所述弹性件21的变形度，进而改变所述弹片组32的弹片张紧力，实现对平台的结构固有频率的动态调整。
更进一步说明，所述微动平台3还包括位移传感器34，设于所述核心平台31的进给方向的端部。用于所述检测核心平台31的一维微位移。
更进一步说明，所述位移传感器34为差动电容传感器或光电传感器。差动电容传感器机械位移少，精度高，抗干扰性更好，光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，结构简单，体积小，都可作为位移传感器的选择。
更进一步说明，所述位移传感器34的非工作面设置有绝缘层。用于防止微位移传感器25被其他金属材料干扰，影响测量精度。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：包括基座、宏动外框架和微动平台；
所述宏动外框架与所述微动平台形成一体化平台，所述微动平台设置在所述宏动外框架的框架内部，所述微动平台包括用于放置工件的核心平台和用于限位的弹片组，所述核心平台通过所述弹片组连接于所述宏动外框架；
所述基座上设置有导轨、滑块和U型直线电机，所述滑块可滑动于所述导轨，所述U型直线电机包括定子、宏动外框架动子、微动平台动子和连接件，宏运动和微运动共用同一个所述定子；
所述宏动外框架固定安装于所述滑块，并通过所述连接件连接于所述宏动外框架动子，由所述宏动外框架动子、所述微动平台动子和所述定子控制其滑动于所述导轨实现宏运动；
所述核心平台通过所述连接件固定于所述微动平台动子，并由所述微动平台动子控制其在所述定子的微运动；
所述宏动外框架动子设置有两个，分别设置在所述宏动外框架的进给方向的两端。
2.根据权利要求1所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述弹片组、所述核心平台和所述宏动外框架为一体式结构。
3.根据权利要求1所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述核心平台的两侧通过所述弹片组与所述宏动外框架内壁连接，所述弹片组为平行布置，且所述弹片组的弹片的长度方向垂直于所述核心平台的运动方向。
4.根据权利要求3所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述宏动外框架与所述弹片组连接处设有槽，使所述宏动外框架内侧形成较薄的可变形的弹性件，所述宏动外框架设有调节所述弹性件变形度的频率调节机构。
5.根据权利要求4所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述频率调节机构为穿过所述槽的螺栓，其两端分别连接于所述槽的两侧。
6.根据权利要求5所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述频率调节机构还包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片通过所述螺栓安装于所述槽的外侧。
7.根据权利要求1所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述微动平台还包括位移传感器，设于所述核心平台的进给方向的端部。
8.根据权利要求7所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述位移传感器为差动电容传感器或光电传感器。
9.根据权利要求7所述的直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台，其特征在于：所述位移传感器的非工作面设置有绝缘层。
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