-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Motorantriebstechnik, insbesondere eine Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform und ihre Realisierungsmethode und Verwendung.
-
STAND DER TECHNIK
-
Die Hochgeschwindigkeits-Präzisionsbewegungsplattformen werden auf dem Gebiet von Verkapseln der Halbleiter und dergleichen häufig verwendet. Eine unsichere Veränderung der Oberflächenrauhigkeit zwischen den Bewegungspaaren in den Hochgeschwindigkeits-Präzisionsbewegungsplattformen wird zu einer unsicheren Veränderung der Größe des Reibwiderstandes führen. Während des Start-, Stopp- und Mikrozulaufprozesses der Bewegungsplattform hat die Bewegungsplattform eine relativ niedrige Geschwindigkeit, eine Schwankung der Größe des Reibwiderstandes kann leicht dazu führen, dass ein „Kriechten“-Phänomen der Bewegungsplattform auftritt. Unter Wirkung eines Closed-Loop-Steuersystems wird die Antriebsvorrichtung durch eine Erhöhung der Antriebskraft den Reibwiderstand überwinden, um den Positionierungsfehler der Bewegungsplattform zu kompensieren. Während des Kompensationsprozesses wird einen häufigen „Ruhe→Bewegungs“-Zustandswechsel erleben. Während des „Ruhe→Bewegungs“-Prozesses wird der Reibwiderstand zwischen den Bewegungspaaren einen „statische Reibkraft→dynamische Reibkraft“-Zustandswechsel erleben, und der Unterschied zwischen dem statischen Reibungskoeffizienten und dem dynamischen Reibungskoeffizienten wird zu einer beschleunigten plötzlichen Veränderung im Augenblick des Zustandswechsels führen, dadurch wird ein „Zittern“ der Bewegungsplattform in der Nähe von der endgültigen Positionierposition verursacht, somit wird die Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigt.
-
Es ist ein die Implementierungsgenauigkeit der Hochgeschwindigkeits-Präzisionsbewegungsplattform beeinflussendes wichtiges Problem, wie während des Start-, Stopp- und Mikrozulaufprozesses einen durch den Reibzustandswechsel bewirkten Positionierungsfehler zu verringern. Hinsichtlich der obigen Probleme besteht zurzeit eine folgende Lösung:
-
1. Errichten eines präzisen Reibkraftmodells, dabei wird eine Methode zum Kompensieren der Antriebskraft mittels einer bewegenden Steuerung verwendet.
-
2. Eine Konstruktion der Bewegungspaare ohne Reibung oder mit niedriger Reibung wird verwendet, z.B. wird ein Luftlager, ein Transrapid-Lager oder ein flexibles Scharnier mit einer Mikrozulaufplattform und andere strukturelle Konstruktion verwendet.
-
Aufgrund eines Unterschiedes der Mikroeigenschaft der Kontaktfläche zwischen den Bewegungspaaren und eines Herstellungsfehlers und anderer Faktoren ist es sehr schwierig, ein Reibkraftmodell mit genauer Höhe zu errichten, was dazu führt, dass im Bewegungssteuerungssystem ein kompliziertes Kompensationssteuerverfahren verwendet werden soll.
-
Ein Luftlager oder Transrapid-Lager und andere Bewegungspaare mit niedriger Reibung haben höhere Ausführungskosten, dadurch wird der Einsatzbereich beschränkt.
-
Als ein Bewegungspaar ohne externe Reibung realisiert das flexible Scharnier mittels einer flexiblen Verformung eine kontinuierliche Bewegung mit hoher Genauigkeit. Aufgrund der Beschränkung des Arbeitsprinzips eignet sich das Bewegungspaar des flexiblen Scharniers hauptsächlich zur Mikrohubsbewegung. In einer Situation der Großhubbewegung wird ein flexibles Scharnier in der Regel zusammenwirkend mit dem Reibbewegungspaar verwendet, um eine Makro- und Mikrobewegungsplattform zum Realisieren einer Großhubbewegung hoher Genauigkeit auszubilden und somit eine Bewegung mit großem Bereich zu kompensieren.
-
Das Patent 201410696217.0 offenbart eine eindimensionale Linearmotorstator-Doppelantriebs- Makro-Mikro-Integrations-Hochgeschwindigkeits-Präzisionsbewegungsplattform. Der Makrodynamik-Außenrahmen und die Mikrodynamikplattform der offenbarten Makro-Mikro-Bewegungsplattform sind jeweils mit zwei Sätzen von Linearmotorläufern verbunden. Dabei ist der Makrodynamik-Außenrahmen durch ein flexibles Scharnier mit der Mikrodynamikplattform verbunden, unter Antrieb durch einen zugeordneten Linearmotorläufer realisiert der Makrodynamik-Außenrahmen ein Makrobewegung mit großem Hub, unter Antrieb durch einen zugeordneten Linearmotorläufer kompensiert dynamisch die Mikrodynamikplattform die Bewegungsabweichung der Makrobewegung. Mit dem obigen Makro-Mikro-Verbundsbewegungsprinzip wird eine Bewegung mit hoher Genauigkeit und großem Hub realisiert. Da die Mikrodynamikplattform in der Bewegungsplattform ein Design mit einem Bewegungspaar des flexiblen Scharniers ohne Reibung verwendet wird, wird eine kontinuierliche Verschiebung im Positionierungsvorgang realisiert. Die durch das Patent 201410696217.0 offenbarte Bewegungsplattform hat folgende Hauptnachteile: (1) da eine Makro- und Mikro-Verbundsteuerung verwendet wird, brauchen die Makrodynamikplattform und die Mikrodynamikplattform der Bewegungsplattform jeweils eine eigene Antriebsvorrichtung und einen Verschiebungssensor zum Ausbilden eines Rückkopplungssystems, dabei bestehen höhere Kosten; (2) beim Steuersystem soll die Steuerung des Wechsels zwischen der Makrobewegung und der Mikrobewegung berücksichtigt werden, dabei ist das Steuersystem relativ kompliziert; (3) der Bewegungsteile in der Plattform hat eine relativ große Masse, aufgrund dessen ist es nicht förderlich für eine Verwendung in Situationen unter Einfluss einer großen Trägheit wie großer Beschleunigung; (4) beim Rückkoppelungssteuersystem der Makrodynamikplattform soll noch der Einfluss des Reibzustandes in der Positionierstufe berücksichtigt werden, um es sicherzustellen, dass die Verschiebungsabweichung der Makrodynamikplattform im Positionierungsvorgang kleiner als der kritische Verformungsbereich des Bewegungspaars des flexiblen Scharniers ist.
-
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Um das obige technische Problem zu lösen, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine erleichterte Steuerung und eine Optimierung der Struktur der Elektromotorantriebsplattform zu realisieren, genauer gesagt, stellt die vorliegende Erfindung eine Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform und ihre Realisierungsmethode und Verwendung.
-
Die Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Basis, eine lineare Führungsbahn, eine Starr-Flexible-Kopplungs-Bewegungsplattform, eine lineare Antriebsvorrichtung und einen Verschiebungssensor, wobei die Starr-Flexible-Kopplungsplattformeinen starren Rahmen, ein flexibles Scharnier und eine Kernbewegungsplattform umfasst;
-
und wobei die Kernbewegungsplattform der Starr-Flexible-Kopplungsplattform durch das flexible Scharnier mit dem starren Rahmen verbunden ist;
-
und wobei die Kernbewegungsplattform der Starr-Flexible-Kopplungsplattform mit der linearen Antriebsvorrichtung verbunden ist, und wobei der starre Rahmen durch einen Führungsbahnschieber mit der an der Basis befestigten linearen Führungsbahn verbunden ist, und wobei unter Wirkung der linearen Antriebsvorrichtung die Kernbewegungsplattform das flexible Scharnier zur flexiblen Verformung und durch das flexible Scharnier den starren Rahmen zur freien Bewegung in der Längenrichtung der linearen Führungsbahn antreibt;
-
und wobei der Verschiebungssensor mit der Kernbewegungsplattform verbunden ist, um die Verschiebung der Kernbewegungsplattform in der Bewegungsrichtung zu messen.
-
Bevorzugt ist die lineare Antriebsvorrichtung ein Schwingspulenmotor oder ein Linearmotor.
-
Bevorzugt sind zwischen dem starren Rahmen der Starr-Flexible-Kopplungsplattform und der Kernbewegungsplattform eine Anschlagsvorrichtung und ein Dämpfer angeordnet.
-
Bevorzugt sind die flexiblen Scharniere zwischen der Kernbewegungsplattform der Starr-Flexible-Kopplungsplattform und dem starren Rahmen symmetrisch angeordnet.
-
Bevorzugt ist die Starr-Flexible-Kopplungs-Bewegungsplattform einteilig miteinander verarbeitet und hergestellt.
-
Bevorzugt ist das flexible Scharnier ein flexibles Scharnier des Geradeträgertyps oder Einschnittstyps.
-
Die vorliegende Erfindung stellt weiter eine Realisierungsmethode der Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform zur Verfügung, wobei das Verfahren mittels der Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform realisiert wird, umfassend folgende Schritte:
-
1) die lineare Antriebsvorrichtung treibt die Kernbewegungsplattform unmittelbar an, wenn die Antriebskraft die statische Reibung des starren Rahmens nicht überwinden kann, generiert die Kernbewegungsplattform durch die flexible Verformung des flexiblen Scharniers eine Mikroverschiebung, um einen Präzisionsmikrozulauf zu realisieren;
-
2) wenn die Antriebskraft der linearen Antriebsvorrichtung sich erhöht, wird die Reibkraft überwunden und der starre Rahmen zur Bewegung angetrieben, jetzt nimmt die flexible Verformung zu, und der starre Rahmen gerät in den Anschlagszustand, dabei werden alle Antriebskräfte an den starren Rahmen übertragen, um eine Hochgeschwindigkeitsbewegung durchzuführen;
-
3) wenn die Plattform sich verlangsamt, bremst die Kernbewegungsplattform zuerst, durch das flexible Scharnier wird der starre Rahmen zum Bremsen angetrieben, dann wird es auf eine andere Anschlagsvorrichtung und einen Dämpfer geschaltet, um die Vibrationsenergie zu dämpfen.
-
Die vorliegende Erfindung stellt weiter eine Verwendung der Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform, wobei die Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform an den Präzisionsverarbeitungsanlagen mit großem Hub verwendet wird und die Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform als Motorantriebsplattform verwendet.
-
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung weiter eine Realisierungsmethode der Verwendung Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform zur Verfügung, wobei das Verfahren für Präzisionsverarbeitungsanlagen mit großem Hub verwendet wird und mittels der Realisierungsmethode der Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform einen Motorantrieb realisiert.
-
Die vorliegende Erfindung hat folgende Vorteile:
-
1) mit einem Bewegungspaar des flexiblen Scharniers ohne Reibung wird eine kontinuierliche Verschiebung hoher Genauigkeit realisiert, um es zu vermeiden, dass im Betriebszustand niedriger Geschwindigkeit ein Wechsel des Reibungszustandes des Bewegungspaars zur plötzlichen Veränderung der Beschleunigung führt und somit ein verschiebendes „Zittern“ bewirkt wird.
-
2) ein Design einer Starr-Flexible-Kopplungsbewegungsplattform wird verwendet, das verwendete flexible Scharnier kann sich mittels eigener flexibler Verformung aktiv an die Änderung der Reibkraft des Bewegungspaars der Führungsbahn anpassen, um den Einfluss eines durch den Wechsel des Reibungszustandes des Bewegungspaars bewirkten „Kriechens“ auf die kontinuierliche verschiebende Positionierung zu vermeiden, was förderlich für die Realisierung einer besseren Positionierungsgenauigkeit ist.
-
3) die Bewegungsplattform verwendet ein Einzelantriebs-Closed-Loop-Steuersystem, die Antriebsvorrichtung und der Sensor sind an die Kernbewegungsplattform angeschlossen, dabei hat das Steuersystem ein einfaches Design und eine bessere Zuverlässigkeit.
-
4) die Bewegungsplattform verwendet ein relativ kompaktes Design, im Vergleich zur Makro-Mikro-Verbundsbewegungsplatte kann eine kleinere Bewegungsmasse realisiert werden, was förderlicher für eine Verwendung in Situationen mit hoher Beschleunigung ist.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips der Starr-Flexible-Kopplungs-Bewegungsplattform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung der Ausführungsform A der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform A der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine vordere Schnittansicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht der Ausführungsform A der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung der Ausführungsform B der vorliegenden Erfindung.
- 6 zeigt eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform B der vorliegenden Erfindung.
- 7 zeigt eine vordere Schnittansicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht der Ausführungsform B der vorliegenden Erfindung.
- 8 zeigt eine schematische Darstellung der Ausführungsform C der vorliegenden Erfindung.
- 9 zeigt eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform C der vorliegenden Erfindung.
- 10 zeigt eine Versuchsdatenkurve mit 1µm Präzisionsmikrozulauf der vorliegenden Erfindung.
- 11 zeigt eine Versuchsdatenkurve mit 100mm Schnellpositionierung der vorliegenden Erfindung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lineare Führungsbahn
- 201
- Starrer Rahmen
- 202
- Kernbewegungsplattform
- 203
- Flexibles Scharnier
- 3
- Dämpfer
- A101
- Lineare Führungsbahn
- A102
- Linearer Führungsbahnschieber
- A201
- Starrer Rahmen der Bewegungsplattform
- A202
- Kernbewegungsplattform
- A203
- Flexibles Scharnier
- A3
- Dämpfungsvorrichtung
- A4
- Basis
- A501
- Linearmotorläufer
- A502
- Linearmotorstator
- A6
- Gitterverschiebungssensor
- A701
- Linearlagerhülse
- A702
- Optische Achse
- B101
- Lineare Führungsbahn
- B102
- Linearer Führungsbahnschieber
- B201
- Starrer Rahmen der Bewegungsplattform
- B202
- Kernbewegungsplattform
- B203
- Flexibles Scharnier
- B3
- Dämpfungsvorrichtung
- B4
- Basis
- B501
- Linearmotorläufer
- B502
- Linearmotorstator
- B6
- Gitterverschiebungssensor
- IB701
- Magnetblock
- IIB702
- Magnetblock
- C1
- Kreuzrollenlinearführungsbahn
- C201
- Starrer Rahmen der Bewegungsplattform
- C202
- Kernbewegungsplattform
- C203
- B502 Flexibles Scharnier
- C301
- Läuferverbindungselement
- C4
- Basis
- C6
- Kollisionsschutzblock
- C501
- Schwingspulenmotorläufer
- C502
- Schwingspulenmotorstator
- C7
- Gitterverschiebungssensor
- C8
- Dämpfungsvorrichtung
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Im Zusammenhang mit Figuren in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die technischen Lösungen in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden klar und vollständig erläutert. Offensichtlich sind die erläuterten Ausführungsformen nicht alle Ausführungsformen, sondern lediglich ein Teil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Abgasreinigungseinheit. Alle anderen Ausführungsformen, die durch den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet auf der Grundlage der Ausführungsformen in der vorliegenden Erfindung ohne kreative Arbeiten erhalten werden, sollen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
-
Eine Ausführungsform A der Bewegungsplattform gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
-
Wie in 1 bis 3 dargestellt, ist die Bewegungsplattform hauptsächlich durch eine Basis A4, eine lineare Führungsbahn A101, einen Führungsbahnschieber A102, einen starren Rahmen A201, eine Kernbewegungsplattform A202, ein flexibles Scharnier A203, einen Gitterverschiebungssensor A6 und eine Linearmotorantriebsvorrichtung usw. ausgebildet. Dabei sind der starre Rahmen A201 und die Kernbewegungsplattform A202 durch ein Bewegungspaar des flexiblen Scharniers A203 miteinander verbunden, und der starre Rahmen A201 ist durch das Bewegungspaar der linearen Führungsbahn mit der Basis A4 verbunden.
-
Die Linearmotorantriebsvorrichtung ist durch einen Linearmotorläufer A501 und einen Linearmotorstator A502 ausgebildet. Dabei ist der Linearmotorläufer A501 mit der Kernbewegungsplattform A202 verbunden, und unter Wirkung der elektromagnetischen Kraft kann der Linearmotorläufer A501 eine Antriebskraft auf die Kernbewegungsplattform A202 ausüben. Die Antriebskraft kann das flexible Scharnier A203 zur flexiblen Verformung und somit die Kernbewegungsplattform A202 zum Generieren einer linearen Verschiebung entlang der Längenrichtung der Führungsbahn ermöglichen. Die Reaktionskraft der flexiblen Verformung des flexiblen Scharniers A203 kann dazu verwendet, die Reibkraft zwischen den mit dem starren Rahmen A201 verbundenen Bewegungspaaren der linearen Führungsbahn zu überwinden. Wenn die Reaktionskraft der flexiblen Verformung des flexiblen Scharniers A203 größer als die statische Reibkraft zwischen den Bewegungspaaren der linearen Führungsbahn und andere Widerstände ist, variiert sich der starre Rahmen A201 vom statischen Zustand zum Bewegungszustand.
-
Die Verschiebung der Kernbewegungsplattform A202 kann in zwei Situationen aufgeteilt werden: a. wenn die flexible Verformungskraft des flexiblen Scharniers A203 kleiner als die statische Reibkraft des Bewegungspaars und andere Widerstände ist, entspricht die Verschiebung der Kernbewegungsplattform A202 der flexiblen Verformungsmenge des Bewegungspaars des flexiblen Scharniers A203; b. wenn die flexible Verformungskraft des flexiblen Scharniers A203 größer als die statische Reibkraft des Bewegungspaars und andere Widerstände ist, entspricht die Verschiebung der Kernbewegungsplattform A202 der Summe zwischen der flexiblen Verformungsmenge des Bewegungspaars des flexiblen Scharniers A203 und der starren Verschiebung des starren Rahmens A201. Wenn der Bewegungszustand des Bewegungspaars der linearen Führungsbahn sich zwischen a und b variiert, führt ein Unterschied zwischen dem statischen Reibungskoeffizienten und dem dynamischen Reibungskoeffizienten der linearen Führungsbahn zu einer plötzlichen Veränderung des Widerstandes, dadurch werden ein starrer Stoß für die Bewegungsplattform und somit ein reibendes „Kriechen“ des Bewegungspaars bewirkt. Mittels eigener flexiblen Verformung kann das flexible Scharnier A203 sich aktiv an die durch die Variierung des Reibzustandes des Bewegungspaars bewirkte plötzliche Veränderung des Reibwiderstandes anpassen, um den durch die plötzliche Veränderung des Reibwiderstandes bewirkten starren Stoß für die Kernbewegungsplattform A202 zu verringern. Unter einem obigen beliebigen Umstand kann die Kernbewegungsplattform A202 mittels der flexiblen Verformung des flexiblen Scharniers A203 eine kontinuierliche Verschiebung realisieren, um einen Einfluss des reibenden „Kriechens“ auf die Genauigkeit der Bewegungspositionierung zu vermeiden.
-
Der Gitterverschiebungssensor A6 ist mit der Kernbewegungsplattform A202 verbunden, dadurch kann die Verschiebung der Kernbewegungsplattform A202 unter irgendeinem Umstand in Echtzeit gemessen werden. Die Verschiebungsmessung des Gitterverschiebungssensors A6 kann als Rückkoppelungskettenglied mit der Linearmotorantriebsvorrichtung usw. ein Closed-Loop-Steuersystem ausbilden, um eine Bewegungspositionierung hoher Genauigkeit der Kernbewegungsplattform A202 zu realisieren.
-
Wenn die Bewegungsplattform sich in einem Zustand mit hoher Beschleunigung befindet, kann eine durch die Linearmotorantriebsvorrichtung mittels der Kernbewegungsplattform A202 auf das flexible Scharnier A203 ausgeübte Antriebskraft leicht dazu führen, dass die Verformungsmenge des flexiblen Scharniers A203 die Grenze der flexiblen Verformungsmenge überschreitet. Wenn die flexible Verformungsmenge des flexiblen Scharniers A203 die Grenze überschreitet, wird die Kernbewegungsplattform A202 den starren Rahmen A201 berühren, um eine gesamte starre Bewegungsplattform auszubilden. Zwischen der Kernbewegungsplattform A202 und dem starren Rahmen A201 ist eine Dämpfungsvorrichtung A3 angeordnet, um die durch eine aufzutretende Berührung zwischen der Kernbewegungsplattform A202 und dem starren Rahmen A201 bewirkte Stoßkraft zu verringern.
-
Wie in 3 und 4 dargestellt, ist zwischen dem starren Rahmen A201 und der Kernbewegungsplattform A202 eine Linearlagereinheit angeordnet, um die Tragfähigkeit der Kernbewegungsplattform A202 zu verbessern. Dabei ist zwischen zwei tragenden Enden des starren Rahmens A201 eine optische Achse A702 angeordnet, wobei an der Kernbewegungsplattform A202 eine Linearlagerhülse A701 installiert ist. Der Bewegungsfreiheitsgrad der Linearlagerhülse A701 wird in der Längenrichtung der optischen Achse A702 beschränkt. Die am starren Rahmen A201 installierte optische Achse A702 und die an der Kernbewegungsplattform A202 installierte Linearlagerhülse A701 bilden gemeinsam eine Steifigkeitsverstärkungseinheit aus, um die Tragfähigkeit der Kernbewegungsplattform A202 zu verbessern.
-
Eine Ausführungsform B der Bewegungsplattform gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
-
Wie in 5 und 6 dargestellt, sind die Konstruktion und das Bewegungsprinzip der Bewegungsplattform in der Ausführungsform B gleich wie die in der Ausführungsform B. Die Bewegungsplattform ist hauptsächlich durch eine Basis B4, eine lineare Führungsbahn B101, einen Führungsbahnschieber B102, einen starren Rahmen B201, eine Kernbewegungsplattform B202, ein flexibles Scharnier B203, einen Gitterverschiebungssensor B6 und eine Linearmotorantriebsvorrichtung usw. ausgebildet. Dabei sind der starre Rahmen B201 und die Kernbewegungsplattform B202 durch ein Bewegungspaar des flexiblen Scharniers B203 miteinander verbunden, und der starre Rahmen B201 ist durch das Bewegungspaar der linearen Führungsbahn mit der Basis B4 verbunden. Die Linearmotorantriebsvorrichtung ist durch einen Linearmotorläufer B501 und einen Linearmotorstator B502 ausgebildet. Dabei ist der Linearmotorläufer B501 mit der Kernbewegungsplattform B202 verbunden, und unter Wirkung der elektromagnetischen Kraft kann der Linearmotorläufer B501 eine Antriebskraft auf die Kernbewegungsplattform B202 ausüben. Zwischen der Kernbewegungsplattform B202 und dem starren Rahmen B201 ist eine Dämpfungsvorrichtung B3 angeordnet, um die durch eine aufzutretende Berührung zwischen der Kernbewegungsplattform B202 und dem starren Rahmen B201 bewirkte Stoßkraft zu verringern.
-
Im Vergleich zur Ausführungsform A liegt der Unterschied der Ausführungsform B hauptsächlich darin, dass die in der Ausführungsform A zum Verbessern der Tragfähigkeit der Kernbewegungsplattform verwendete Steifigkeitsverstärkungseinheit verbessert wird.
-
Wie in 6 und 7 dargestellt, ist am starren Rahmen B201 ein Magnetblock IIB702 und an der Kernbewegungsplattform B202 ein Magnetblock IB701 angeordnet. Im Bewegungsvorgang der Plattform befindet sich der Magnetblock IIB702 immer in der Mitte des Magnetblocks IB701. An den zueinander gegenüberliegenden Ebenen des Oberteils des Magnetblocks IIB702 und Magnetblocks IIB701 wird eine gleiche Magnetpolung verwendet, während an den zueinander gegenüberliegenden Ebenen des Unterteils des Magnetblocks IIB702 und Magnetblocks IIB701 ebenfalls eine gleiche Magnetpolung verwendet wird. Mit der Anordnungsmethode der Magnetpole wird der Magnetblock IIB702 durch eine durch den Magnetblock IIB701 bewirkte magnetische Abstoßkraft zwischen dem Magnetblock IIB702 beschränkt, und somit wird die Tragfähigkeit der Kernbewegungsplattform B202 verbessert. Der Magnetblock IIB702 und der Magnetblock IIB701 bilden gemeinsam eine nicht berührende Steifigkeitsverstärkungseinheit aus.
-
Eine Ausführungsform C der Bewegungsplattform gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
-
Wie in 8 bis 9 dargestellt, ist die Bewegungsplattform hauptsächlich durch eine Basis C401, eine Kreuzrollenlinearführungsbahn C1, einen starren Rahmen C201, eine Kernbewegungsplattform C202, ein flexibles Scharnier C203, einen Gitterverschiebungssensor C7 und einen Schwingspulenmotor usw. ausgebildet. Dabei sind der starre Rahmen C201 und die Kernbewegungsplattform C202 durch ein Bewegungspaar des flexiblen Scharniers C203 miteinander verbunden, und der starre Rahmen C201 ist durch das Bewegungspaar der linearen Führungsbahn mit der Basis C401 verbunden.
-
Die Schwingspulenmotorantriebsvorrichtung ist durch einen Schwingspulenmotorläufer C501 und einen Schwingspulenmotorstator C502 ausgebildet. Dabei ist der Schwingspulenmotorläufer C501 durch ein Läuferverbindungselement C3 mit der Kernbewegungsplattform C202 verbunden. Unter Wirkung der elektromagnetischen Kraft kann der Schwingspulenmotorläufer C501 eine Antriebskraft auf die Kernbewegungsplattform C202 ausüben. Die Antriebskraft kann das flexible Scharnier C203 zur flexiblen Verformung und somit die Kernbewegungsplattform C202 zum Generieren einer linearen Verschiebung entlang der Längenrichtung der Führungsbahn ermöglichen. Die Reaktionskraft der flexiblen Verformung des flexiblen Scharniers C203 kann dazu verwendet, die Reibkraft zwischen den mit dem starren Rahmen A201 verbundenen Bewegungspaaren der linearen Führungsbahn zu überwinden. Wenn die Reaktionskraft der flexiblen Verformung des flexiblen Scharniers C203 größer als die statische Reibkraft zwischen den Bewegungspaaren der linearen Führungsbahn und andere Wiederstände ist, variiert sich der starre Rahmen C201 vom statischen Zustand zum Bewegungszustand.
-
Die Verschiebung der Kernbewegungsplattform C202 kann ebenfalls in zwei Situationen gleich wie in der Ausführungsform A aufgeteilt werden, und ein zum Vermeiden des Einflusses eines reibenden „Kriechens“ verwendetes Verfahren ist ebenfalls gleich wie die Ausführungsform A.
-
Der Gitterverschiebungssensor C7 ist mit der Kernbewegungsplattform C202 verbunden, dadurch kann die Verschiebung der Kernbewegungsplattform C202 unter irgendeinem Umstand in Echtzeit gemessen werden. Die Verschiebungsmessung des Gitterverschiebungssensors C7 kann als Rückkoppelungskettenglied mit der Schwingspulenmotorantriebsvorrichtung usw. ein Closed-Loop-Steuersystem ausbilden, um eine Bewegungspositionierung hoher Genauigkeit der Kernbewegungsplattform C202 zu realisieren.
-
Wenn die Bewegungsplattform sich in einem Zustand mit hoher Beschleunigung befindet, kann eine durch die Schwingspulenmotorantriebsvorrichtung mittels der Kernbewegungsplattform C202 auf das flexible Scharnier C203 ausgeübte Antriebskraft leicht dazu führen, dass die Verformungsmenge des flexiblen Scharniers C203 die Grenze der flexiblen Verformungsmenge überschreitet. Wenn die flexible Verformungsmenge des flexiblen Scharniers C203 die Grenze überschreitet, wird die Kernbewegungsplattform C202 den starren Rahmen C201 berühren, um eine gesamte starre Bewegungsplattform auszubilden. Zwischen der Kernbewegungsplattform C202 und dem starren Rahmen C201 ist eine Dämpfungsvorrichtung C8 angeordnet, um die durch eine aufzutretende Berührung zwischen der Kernbewegungsplattform C202 und dem starren Rahmen C201 bewirkte Stoßkraft zu verringern.
-
Um die Auswirkung der Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erläutern, werden zwei Fälle mit 1µm Mikroverschiebungszulauf und 100 mm Schnellpositionierung gegeben. Dabei werden die Lösung des Ausführungsbeispiels mit niedriger Reibung (Reibungskoeffizient beträgt 1/10 des der gewöhnlichen Plattform) und die Lösung ohne Reibung mit der gewöhnlichen Plattform (statischer Reibungskoeffizient 0,2, dynamischer Reibungskoeffizient 0,15) verglichen.
Tabelle 1 Vergleich der Bewegungsgenauigkeit des Präzisionsmikrozulaufs (1µm)
| Zielverschiebung | Gewöhnliche Plattform | Flexible Verformung kleiner Reibung | Rahmenverschiebung | Flexible Verformung ohne Reibung | Rahmenverschiebung |
| 1,00 | 0,43384 | 0,92547 | 0,05701 | 0,98611 | 0,010593 |
| Abweichung (%) | -56,616 | -7,453 | -94,299 | -1,398 | -98,9407 |
-
Von der Tabelle 1 kann es herausgefunden werden, dass beim Präzisionsmikrozulauf die tatsächliche Verschiebung der gewöhnlichen Plattform aufgrund der Reibwirkung nur 0,44484 µm, dabei beträgt die Abweichung zu dem Zielwert -56,616 %. Unter Verwendung der Starr-Flexible-Kopplungs-Makro-Mikro-Verbundsplattform mit niedriger Reibung beträgt die Verschiebung der flexiblen Verformung der Kernplattform 0.,92547µm, dabei beträgt die Abweichung zu dem Zielwert -7,453 %, und die Verschiebung des starren Rahmens beträgt nur 0,05071µm. Unter Verwendung der Starr-Flexible-Kopplungs-Makro-Mikro-Verbundsplattform ohne Reibung beträgt die Verschiebung der flexiblen Verformung der Kernplattform 0,98611µm, dabei beträgt die Abweichung zu dem Zielwert -1,389%, und die Verschiebung des starren Rahmens beträgt nur 0,010593µm.
-
Dabei kann es herausgefunden werden, dass beim Präzisionsmikrozulauf ein sehr großer Positionierungsfehler unter Wirkung der Reibung auftritt. Durch die starr-flexible Bewegungskopplung der vorliegenden Lösung generiert die flexible Verformung mit niedriger Reibung oder ohne Reibung eine Mikroverschiebung, um einen Präzisionsmikrozulauf zu realisieren.
-
11.a zeigt ein Beispiel der Schnellpositionierung mit einem Hub von 100 mm. Unter Wirkung der Reibung befindet sich der Schieber bei einer sehr kleinen Antriebskraft im statischen Zustand, und der Schieber fängt erst mit der Bewegung an, nachdem die Antriebskraft größer als die statische Reibung war (
11.b). Im Bremsvorgang wirkt die Antriebskraft zuerst auf die Kernplattform, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Plattform zu reduzieren, dann wird die Antriebskraft durch das flexible Scharnier auf den starren Rahmen, aufgrund dessen wird die Kernplattform früher als der starre Rahmen gebremst. Wenn die Geschwindigkeit des starren Rahmens sich 0 annähert, tritt es in den Reibungsvierradantrieb, jetzt schließt die Kernplattform durch den Mikrozulauf der Verformung des flexiblen Scharniers eine Fehlerkompensation ab (
11.c)
Tabelle 2 Vergleich der Positionierungsgenauigkeit mit einem Hub von 100 mm
| Zielverschiebung | Gerade Plattformmit Reibung | Flexible Verformung kleiner Reibung | Rahmenverschiebung | Flexible Verformung ohne Reibung | Rahmenverschiebung |
| 100 | 99.9968 | 99.9992 | 98.6408 | 99.9996 | 98.6432 |
| Abweichung(%) | -0.0032 | -0.0008 | -1.3592 | -0.0004 | -1.3568 |
-
Von der Tabelle 2 kann es herausgefunden werden, dass die statische Verschiebung im Vergleich zur gewöhnlichen Plattform mit Reibung 99,9968mm und der Fehler -0,0032 % beträgt. Nach dem Verbund der flexiblen Verformung niedriger Verformung erreicht die Positionierungsgenauigkeit 99,9992mm, und der Fehler beträgt -0,0008 %. Wenn die flexible Kompensation keine Reibung hat, beträgt die tatsächliche Verschiebung 99,9996 mm, und der relative Fehler beträgt -0,0004%, und die Positionierungsgenauigkeit befindet sich im Submikronniveau.
-
Zusammenfassend gesagt, ist die Kernplattform durch das flexible Scharnier mit dem starren Rahmen verbunden. Wenn die Antriebskraft nicht ausreichend zum Überwinden der Reibung ist, verformt die Kernplattform mittels des flexiblen Scharniers und generiert eine Verschiebung, um einen schnellen Start zu realisieren. Wenn es nach dem Lauf hoher Geschwindigkeit stoppt, verringert sich die Geschwindigkeit, und die Antriebskraft verringert sich ebenfalls, dann tritt eine Situation auf, dass die Antriebskraft kleiner als die statische Reibung ist, jetzt realisiert die Kernplattform durch die Verformung des flexiblen Scharniers eine Verschiebung. Im gesamten Vorgang ist kein Wechsel des Algorithmus benötigt, und eine einfache Steuerung besteht.
-
Oben werden eine Einzelantriebs-Starr-Flexible-Kopplungs-Präzisionsbewegungsplattform gemäß der vorliegenden Erfindung, ihre Realisierungsmethode und Verwendung geschildert. Im Zusammenhang mit Beispielen werden das Prinzip und die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Alle Erläuterungen der Ausführungsformen dienen nur dazu, beim Verstehen der Methode der vorliegenden Erfindung und ihrer Kerngedanken zu helfen Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der Durchschnittsfachmann auf dem betroffenen technischen Gebiet mehrere Verbesserungen und Modifikationen ausführen kann, ohne von den technischen Grundsätzen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Verbesserungen und Modifikationen sollen als vom Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Patent 201410696217.0 [0009]
