一種高精度定位控制平臺的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種高精度定位控制平臺，所述定位平臺包括第一底座、移動機構、將第一底座與移動機構連接的至少一組導向部件、用于控制移動機構平面運動的驅動源，以及用于檢測所述移動機構平面運動位置的反饋元件。本發明采用機械與檢測的耦合效應，將多個獨立機構的中心設立在平面內的一條直線上，使之重合誤差達到最小。同時將檢測裝置立向設在工作臺的重心或質心位置，降低動態干擾,可精確獲取單向移動的真實剛體位置。通過上述合理的機械布局，實現檢測的穩定性，解決了非線性重合點難彌補和機臺振動引起的不良狀況。除此之外，單方向動子可作平面運動，省掉了解耦結構，使平臺的性能進一步提高，同時無需高柔性線纜和管理系統。
【專利說明】一種高精度定位控制平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及精密定位設備【技術領域】，尤其涉及一種高精度定位控制平臺。
【背景技術】
[0002]高加速高精度定位平臺是全自動化精密設備的核心部件之一。其運動特點是進行高加速度、高精度、快速往復小行程運動。隨著生產產品的更新換代，要求新一代設備定位平臺的加速度、定位精度、帶寬、工作頻率可達到更高的指標，甚至于這些指標已超過目前設備運動精度和生產速度的物理極限。因此，不能通過對現有設備定位平臺的局部改造來滿足工業制造業發展的要求，需要一種全新的定位平臺及其相應的位置控制系統，為新一代設備提供原型級和單元級技術。
[0003]目前自動化行業通用的精密級定位平臺大多采用旋轉電機加滾珠絲桿驅動的串聯形式，或者在旋轉電機加滾珠絲桿串聯驅動的基礎上用直線電機代替旋轉電機，這兩種通用的精密級定位平臺明顯存在兩個問題，一是在實際設計中機構的運動質量中心、驅動推力中心、導軌剛度中心很難設置在同一條直線上，動態控制精度很難達到納米級別。除此之外，為了同時滿足各運動軸的約束和剛度需求，各機構間的運動質量中心、驅動推力中心、導軌剛度中心必定會有過定位，過定位會加速導向部件磨損，也減少其使用壽命，使定位工作臺很不穩定。二是即使采用更高精密的反饋元件，反饋元件始終易隨工作臺的振動而同時振動，從而無法獲得精準的檢測數據。
[0004]因此，現有技術還有待于改進和發展。

【發明內容】

[0005]鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高精度定位控制平臺，旨在解決目前定位平臺非線性重合點難彌補和機臺振動引起的不良狀況的問題。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種高精度定位控制平臺，其中，所述平臺包括第一底座、移動機構、將第一底座與移動機構連接的至少一組導向部件、用于控制所述移動機構平面運動的驅動源，以及用于檢測所述移動機構平面運動位置的反饋元件；
所述移動機構的運動質量重心設置在所述驅動源的推力中心或其接近位置，所述驅動源的推力中心設置在至少一組導向部件的剛度中心或其接近位置，即所述導向部件剛度中心通過第一底座連接設置在所述移動機構的運動質量重心或其接近位置，所述反饋元件立向放置并設置在所述導向部件的剛度中心，從而使所述移動機構通過驅動源的供能達到移動機構沿導向部件平面移動的目的。
[0007]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述移動機構包括第二底座，所述第一底座上設置有對應所述第二底座的凹槽，所述第二底座懸置于所述凹槽中并通過所述導向部件與所述第一底座連接。
[0008]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述驅動源設置在所述凹槽中并對應所述第二底座沿所述導向部件引導方向延伸分布。
[0009]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述第二底座上設置有用于放置所述驅動源內磁鐵的平面，所述驅動源內設有沿所述移動機構移動方向分布的兩組線圈，所述兩組線圈作為定子對稱設置于動子的兩側，同時所述兩組線圈均勻設置于所述導向部件的剛度中心，通過所述驅動源供能驅動所述移動機構平面移動。
[0010]所述的高精度定位控制平面，其中，所述第二底座沿所述移動機構的移動方向設有至少一個磁鐵陣列。
[0011]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述驅動源的推力中心與所述導向部件的剛度中心、移動機構的運動質量中心一致。
[0012]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述導向部件設于所述第一底座與移動機構之間并沿所述移動機構方向設置。
[0013]有益效果:本發明提供一種高精度定位控制平臺，該平臺采用機械與檢測的耦合效應，將多個獨立機構的中心設立在平面內的一條直線上，使之重合誤差達到最小。同時將檢測裝置立向設在工作臺的重心或質心位置，降低了動態干擾，獲得可精確獲取單向移動的真實剛體位置。通過上述合理的機械布局，實現三心精合，提高了檢測的穩定性，解決了非線性重合點難彌補和機臺振動引起的不良狀況。另外，單方向動子可作平面運動，省掉解耦結構，同時也省卻了高柔性線纜和管理系統，使平臺的性能進一步提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明較佳實施例中高精度定位控制平臺的正視圖。
[0015]圖2為本發明較佳實施例中高精度定位控制平臺的結構示意圖一。
[0016]圖3為本發明較佳實施例中高精度定位控制平臺的反饋元件設置位置示意圖二。
[0017]圖4為本發明較佳實施例中高精度定位控制平臺的反饋元件設置位置示意圖。
[0018]圖5為本發明較佳實施例中高精度定位控制平臺的移動機構的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本發明提供一種高精度定位控制平臺，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0020]如圖1、圖2和圖3所示的高精度定位控制平臺的較佳實施例，其中，所述平臺包括第一底座100、移動機構200、將第一底座與移動機構連接的導向部件300、用于控制所述移動機構平面運動的驅動源400，以及用于檢測所述移動機構平面運動位置的反饋元件600。通過驅動源的供能使所述移動機構沿導向部件平面移動。
[0021]為盡量提高平臺檢測的穩定性，如圖1所示的較佳實施例中，移動機構的運動質量重心設置在所述驅動源的推力中心或其接近位置，所述驅動源的推力中心設置在至少一組導向部件的剛度中心或其接近位置，即所述導向部件剛度中心通過第一底座連接設置在所述移動機構的運動質量重心或其接近位置，所述反饋元件立向放置并設置在所述導向部件的剛度中心，上述設置使多本發明的定位平臺的多個獨立機構的中心設立在平面內的一條直線上，即實現移動機構的運動質量重心、驅動源推力中心、導軌剛度中心在一條直線上，從而使之重合誤差達到最小。避免了傳統定位平臺驅動源與導向部件安裝誤差導致的過定位問題。延長了導向部件的使用壽命，提高了平臺的穩定性。較佳的是，所述驅動源的推力中心與所述導向部件的剛度中心、移動機構的運動質量中心一致。在定位控制平臺工作時，移動機構在運動狀態下，所述移動機構的運動質量重心與所述導向部件剛度中心、所述驅動源的推力中心處于同一直線上。從而使本發明的定位平臺具有最強的穩定性。
[0022]進一步的，所述移動機構包括第二底座420，所述第一底座上設置有對應所述第二底座的凹槽，所述第二底座懸置于所述凹槽中并通過所述導向部件與所述第一底座連接。假設本發明的移動機構的運動方向為Y向運動則所述第二底座上設置有用于X向運動的導向部件500。通過移動機構在X和Y方向的雙向運動實現精確定位。
[0023]所述驅動源設置在所述凹槽中并對應所述第二底座沿所述導向部件引導方向延伸分布。進一步的，
所述第二底座上設置有用于放置所述驅動源內磁鐵的平面，所述驅動源內設有沿所述移動機構移動方向分布的兩組線圈411,所述兩組線圈作為定子對稱設置于動子的兩側，同時所述兩組線圈均勻設置于導向部件(導軌)的剛度中心，通過所述驅動源供能驅動所述移動機構在凹槽內進行平面移動。所述第二底座沿所述移動機構的移動方向設有至少一個磁鐵陣列。具體的，如圖5所示，所述第二底座中設置有沿所述移動機構移動方向排布的多個卡槽421，每個卡槽中均卡接有所述磁鐵，通過多個排列的磁鐵形成的磁鐵陣列沿所述移動方向分布。所述驅動源的推力中心位于所述線圈和磁鐵交集的位置，即分布在第二底座的最底部位置。較佳實施例中，所述驅動源中還可采用其他合適的磁鐵陣列模式。
[0024]具體實施例中，所述驅動源可為電機，其主要由作為動子的磁鐵和作為定子的線圈兩部分組成。具體的，如圖4所不，所述兩組線圈作為定子對稱設置于動子的兩側，互為抵消電機動子和定子間的巨大吸力。同時，所述定子均勻設置于導軌組剛度中心，與所述導軌組成平行對稱關系。
[0025]而動子通過第二底座與導軌連接，動子在兩組線圈的組合驅動下，帶動第二底座及移動機構沿著導軌的方向往復運動。本發明中單方向動子可作平面運動，省掉了解耦結構，使平臺的性能進一步提高，同時無需高柔性線纜和管理系統，方便了平臺的整體布線。
[0026]進一步的，所述導向部件設于所述第一底座與移動機構之間并沿所述移動機構方向設置。所述導向部件可如圖1所示的一組可滑動的導軌，一般分為內軌310和外軌320，內軌高于外軌或同等高，外軌固定在第一底座上，內軌固定在第二底座上，由于導軌的移動方向是固定的，所以移動機構和第二底座可隨著內軌在同一直線上前后運動。當然，合適的其他類型的導向部件也可以應用在本發明的平臺中。
[0027]確定所述導線部件的剛度中心或者工作臺的重心或質心位置，將所述反饋元件立向放置并設置在所述導向部件的剛度中心或者工作臺的重心或質心位置，從而使反饋元件不受控制平臺工作時的強振影響，降低了反饋元件所收到的動態干擾，并可精確獲取單向移動的真實剛體位置，從而提高了檢測精度。具體的，如圖4所示，反饋元件600可包括光柵尺，該光柵尺設置在移動機構的運動重心位置，即如圖5所述，光柵尺的標尺610設置在第二底座上隨移動機構移動，而光柵尺的讀書頭則設置在第一底座上，對所述標尺進行檢測，從而完成移動位置檢測的工作。較佳實施例中，所述反饋元件還可以采用直線編碼器檢測軸移動方向的機械位置。另外還可采用其他合適的元件作為本發明的反饋元件例如激光尺、感應同步器和激光干涉儀等等。
[0028]較佳實施例中，本發明的沿單向移動的實現定位和檢測的平臺結構可用在任何單向平面移動控制方面。
[0029]較佳實施例中，本發明的定位控制平臺結構還可用于多向運動結合的方案中，該多種混合運動結合的方案中的某一單向運動采用本發明平臺的設計思路實現，另一向運動可采用其他運動結構，例如可使用滾動絲桿等形式，從而形成多種運動結構結合的方案。
[0030]較佳實施例中，所述驅動源還可以用有鐵芯電機或其它類型的電機。所述驅動源還可使用旋轉電機加滾珠絲桿的驅動串聯結構。
本發明提供一種高精度定位控制平臺，該平臺采用機械與檢測的耦合效應，將多個獨立機構的中心設立在平面內的一條直線上，使之重合誤差達到最小。同時將檢測裝置立向設在工作臺的重心或質心位置，降低了動態干擾，獲得可精確獲取單向移動的真實剛體位置。通過上述合理的機械布局，實現三心精合，提高了檢測的穩定性，解決了非線性重合點難彌補和機臺振動引起的不良狀況。另外，單方向動子可作平面運動，省掉了解耦結構，使平臺的性能進一步提高，省卻了高柔性線纜和管理系統。
[0031]應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種高精度定位控制平臺，其特征在于，所述平臺包括第一底座、移動機構、將第一底座與移動機構連接的至少一組導向部件、用于控制所述移動機構平面運動的驅動源，以及用于檢測所述移動機構平面運動位置的反饋元件；所述移動機構的運動質量重心設置在所述驅動源的推力中心或其接近位置，所述驅動源的推力中心設置在至少一組導向部件的剛度中心或其接近位置，即所述導向部件剛度中心通過第一底座連接設置在所述移動機構的運動質量重心或其接近位置，所述反饋元件立向放置并設置在所述導向部件的剛度中心，從而使所述移動機構通過驅動源的供能達到移動機構沿導向部件平面移動的目的。
2.根據權利要求1所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述移動機構包括第二底座，所述第一底座上設置有對應所述第二底座的凹槽，所述第二底座懸置于所述凹槽中并通過所述導向部件與所述第一底座連接。
3.根據權利要求2所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述驅動源設置在所述凹槽中并對應所述第二底座沿所述導向部件引導方向延伸分布。
4.根據權利要求2所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述第二底座上設置有用于放置所述驅動源內磁鐵的平面，所述驅動源內設有沿所述移動機構移動方向分布的兩組線圈，所述兩組線圈作為定子對稱設置于動子的兩側，同時所述兩組線圈均勻設置于所述導向部件的剛度中心，通過所述驅動源供能驅動所述移動機構平面移動。
5.根據權利要求4所述的高精度定位控制平面，其特征在于，所述第二底座沿所述移動機構的移動方向設有至少一個磁鐵陣列。
6.根據權利要求1所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述驅動源的推力中心與所述導向部件的剛度中心、移動機構的運動質量中心一致。
7.根據權利要求1所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述導向部件設于所述第一底座與移動機構之間并沿所述移動機構方向設置。
【文檔編號】F16M11/18GK103697301SQ201310747591
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】孫亞雷 申請人:深圳翠濤自動化設備股份有限公司