直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，包括X/Y向基座、X/Y向導軌、滑塊、U型直線電機定子、宏動動子、微動動子和宏微一體化平臺。所述宏動平臺與所述微動平臺通過彈性構件聯(lián)接形成一體化平臺，安裝在X向基座的定子為宏動平臺的動子與控制微動平臺X向微運動的動子共用，Y向通過壓電陶瓷或解耦音圈電機進行精密位移補償，當宏微動子同時驅動時，可實現(xiàn)整體大范圍的高速運動；當出現(xiàn)運動偏差時，微動平臺由于慣量小、無摩擦、通過彈性變形實現(xiàn)精密位移輸出，可以單獨驅動實現(xiàn)高頻運動偏差補償。通過復合運動控制，可以實現(xiàn)二維高速精密運動，安裝使用方式與傳統(tǒng)平臺一致，方便推廣應用。
【專利說明】直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及精密運動平臺，尤其涉及直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺。

【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，人們對產(chǎn)品的要求越來越高，促使生產(chǎn)商對產(chǎn)品的加工精度要求也越來越高，現(xiàn)有設備中高精度進給運動平臺的行程普遍較短，而大行程的普通宏運動設備的精度又無法滿足實際需求，如果采用專用的大行程高精度運動設備，產(chǎn)品的制造成本將大幅增加。針對上述現(xiàn)狀，一種能將大行程一般精度的宏運動和高精度小行程的微運動相復合的可以實現(xiàn)大行程高精度進給，且具有多方向的運動平臺越來越受到行業(yè)的青睞。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，采用共用定子實現(xiàn)二維宏微運動的大行程高精度的進給。
[0004]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0005]直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，包括X向基座、Y向基座和一體化平臺；
[0006]所述一體化平臺包括宏動外框架和微動平臺,所述微動平臺包括X向微平臺、X向彈片組、Y向微平臺、Y向彈片組和Y向微驅動，具有彈性的所述X向彈片組設置于所述X向微平臺的兩側，其一端連接于所述宏動外框架的內側壁，另一端連接于所述X向微平臺；具有彈性的所述Y向彈片組設置于所述Y向微平臺的兩側，其一端連接于所述X向微平臺的內側壁，另一端連接于所述Y向微平臺；所述X向彈片組和Y向彈片組相互垂直，用于放置工件的工作平臺剛性連接于所述Y向微平臺；
[0007]所述X向基座設置有X向導軌、X向滑塊和X向U型直線電機，所述X向滑塊可滑動于所述X向導軌，所述X向U型直線電機包括X向定子、宏動外框架動子、X向微動平臺動子和連接件，X向運動和X向微運動共用同一個所述X向定子；
[0008]所述宏動外框架固定安裝于所述X向滑塊，并通過所述連接件連接于所述宏動外框架動子，由所述宏動外框架動子、所述X向微動平臺動子和所述X向定子控制其滑動于所述X向導軌實現(xiàn)X向宏運動；
[0009]所述X向微平臺通過所述連接件固定于所述X向微動平臺動子，并由所述X向微動平臺動子控制其在所述X向定子在X向的微運動；
[0010]所述Y向微驅動包括Y向微驅動動子和Y向微驅動定子，所述Y向微驅動定子固定于所述X向微平臺，所述Y向微驅動動子連接所述Y向微平臺，所述Y向微平臺由所述Y向微驅動控制其在Y向的微運動；
[0011]所述Y向基座設置有Y向導軌、Y向滑塊和Y向U型直線電機，所述Y向滑塊可滑動于所述Y向導軌，所述X向基座的中部通過固定于所述Y向滑塊由所述Y向U型直線電機控制其滑動于所述Y向導軌實現(xiàn)Y向宏運動。
[0012]更進一步說明，所述宏動外框架動子設置有兩個，分別設置在所述宏動外框架的進給方向的兩端。
[0013]更進一步說明，所述X向微平臺、所述X向彈片組、所述Y向微平臺、所述Y向彈片組、所述工作平臺和所述宏動外框架為一體式結構。
[0014]更進一步說明，所述的X向彈片組和Y向彈片組中各自的彈片均為平行布置，且彈片的長度方向分別垂直于X向微平臺和Y向微平臺的進給方向。
[0015]更進一步說明，所述宏動外框架在其與所述X向彈片組的相連接處設置有X向槽，使所述宏動外框架的內側形成較薄的可變形的X向微平臺彈性件。
[0016]更進一步說明，所述宏動外框架設有調節(jié)X向微平臺彈性件變形度的X向頻率調節(jié)機構。
[0017]更進一步說明，所述X向頻率調節(jié)機構為穿過所述X向槽的螺栓，其兩端分別連接于所述X向槽的兩側。
[0018]更進一步說明，所述Y向微平臺在其內側轉角處設置有圓弧形內嵌式孔槽。
[0019]更進一步說明，在所述X向微平臺和所述Y向微平臺的進給方向的端部分別設置有X向位移傳感器和Y向位移傳感器。
[0020]更進一步說明，所述X向位移傳感器或所述Y向位移傳感器為差動電容傳感器或光電傳感器，所述Y向微驅動為壓電陶瓷驅動器或音圈電機。
[0021 ] 本發(fā)明提出一種直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，包括X/Y向基座、X/Y向導軌、滑塊、U型直線電機定子、宏動動子、微動動子和宏微一體化平臺。所述宏動平臺與所述微動平臺通過彈性構件聯(lián)接形成一體化平臺，安裝在X向基座的定子為宏動平臺的動子與控制微動平臺X向微運動的動子共用，Y向通過壓電陶瓷或解耦音圈電機進行精密位移補償，當宏微動子同時驅動時，可實現(xiàn)整體大范圍的高速運動；當出現(xiàn)運動偏差時，微動平臺由于慣量小、無摩擦、通過彈性變形實現(xiàn)精密位移輸出，可以單獨驅動實現(xiàn)高頻運動偏差補償。通過復合運動控制，可以實現(xiàn)二維高速精密運動，安裝使用方式與傳統(tǒng)平臺一致，方便推廣應用。
[0022]本發(fā)明的有益效果:1、X向宏運動和X向微運動共用同一個定子，結構簡單，提供的驅動力更大，負載能力也更大，更為企業(yè)接受；2、宏動外框架與微動平臺為一體化平臺，由整塊材料經(jīng)過銑削、電火花加工等方式獲取，避免了零件的裝配誤差，可以提高平臺運動精度；3、二維度的運動平臺是在中部直接搭接，剛度好，適用于小范圍的工作空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一個實施例的結構示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的一個實施例的拆分結構示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的一個實施例的微動平臺的結構示意圖。
[0026]其中:X向基座1、Y向基座2、一體化平臺3、宏動外框架31、微動平臺4、Χ向微平臺41、X向彈片組42、Y向微平臺43、Y向彈片組44、Y向微驅動45、X向位移傳感器46、Y向位移傳感器47、X向導軌11、X向滑塊12、Χ向U型直線電機13、X向定子131、宏動外框架動子132、X向微動平臺動子133、連接件134、Y向導軌21、Y向滑塊22、Y向U型直線電機23、X向槽311、X向微平臺彈性件312、孔槽431。

【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0028]如圖1或圖2所示，直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，包括X向基座1、Y向基座2和一體化平臺3 ；
[0029]所述一體化平臺3包括宏動外框架31和微動平臺4,如圖3所示,所述微動平臺4包括X向微平臺41、X向彈片組42、Y向微平臺43、Υ向彈片組44和Y向微驅動45，具有彈性的所述X向彈片組42設置于所述X向微平臺41的兩側，其一端連接于所述宏動外框架31的內側壁，另一端連接于所述X向微平臺41 ;具有彈性的所述Y向彈片組44設置于所述Y向微平臺43的兩側，其一端連接于所述X向微平臺41的內側壁，另一端連接于所述Y向微平臺43 ;所述X向彈片組42和Y向彈片組44相互垂直，用于放置工件的工作平臺剛性連接于所述Y向微平臺43 ；
[0030]所述X向基座I設置有X向導軌11、X向滑塊12和X向U型直線電機13，所述X向滑塊12可滑動于所述X向導軌11，所述X向U型直線電機13包括X向定子131、宏動外框架動子132、Χ向微動平臺動子133和連接件134，X向運動和X向微運動共用同一個所述X向定子131 ；
[0031]所述宏動外框架31固定安裝于所述X向滑塊12，并通過所述連接件134連接于所述宏動外框架動子132，由所述宏動外框架動子132、所述X向微動平臺動子133和所述X向定子121控制其滑動于所述X向導軌11實現(xiàn)X向宏運動；
[0032]所述X向微平臺41通過所述連接件134固定于所述X向微動平臺動子133，并由所述X向微動平臺動子133控制其在所述X向定子131在X向的微運動；
[0033]所述Y向微驅動45包括Y向微驅動動子和Y向微驅動定子，所述Y向微驅動定子固定于所述X向微平臺41，所述Y向微驅動動子連接所述Y向微平臺43，所述Y向微平臺43由所述Y向微驅動45控制其在Y向的微運動；
[0034]所述Y向基座2設置有Y向導軌21、Y向滑塊22和Y向U型直線電機23，所述Y向滑塊22可滑動于所述Y向導軌21，所述X向基座I的中部通過固定于所述Y向滑塊22由所述Y向U型直線電機23控制其滑動于所述Y向導軌21實現(xiàn)Y向宏運動。
[0035]基于U型直線電機實現(xiàn)的二維宏微運動，可大行程的運動范圍，慣量小，響應速度快，其中包括對宏動外框架31的宏運動大行程的調節(jié)，同時也包括對微動平臺4在微運動上實現(xiàn)精密定位，使本發(fā)明直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺可實現(xiàn)大范圍且精準的移動定位?？刂破飨蚝陝油饪蚣?1和微動平臺4發(fā)出位移指令，宏動外框架31與微動平臺4的一體化設計，使宏動外框架31在X向基座I和Y向基座2的U型直線電機的帶動下實現(xiàn)在X向和Y向的二維宏運動的同時帶動微動平臺4一起向預期位置移動，由多個動子一起提供動力實現(xiàn)高速運動，提供的驅動力更大，負載能力也更大，當微動平臺4到達預期位置時，控制器向X向微動平臺動子133和Y向微驅動45發(fā)出信號，驅動微動平臺4主動實時補償宏動外框架31相對預期位置X向和Y向位移的波動，直至放置在工作平臺的工件到達預期位置，實現(xiàn)直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺的高動態(tài)精度。宏微二維平臺直接搭接，剛度好。
[0036]宏動外框架動子132和X向微動平臺動子133共用同一個定子131，結構簡單，減小微動平臺的質量，可以產(chǎn)生較大的驅動力，提高負載能力，而且宏微復合方式在實用上跟傳統(tǒng)機床沒什么差別，更為業(yè)界所接受。宏動外框架31與所述微動平臺4形成一體化平臺，由整塊材料經(jīng)過銑削、電火花加工等方式獲取，避免了零件的裝配誤差，可以提高平臺運動精度。
[0037]更進一步說明，所述宏動外框架動子132設置有兩個，分別設置在所述宏動外框架31的進給方向的兩端。微動平臺4設置在宏動外框架31的框架中部，因此設置有兩個宏動外框架動子132，分別設置在宏動外框架31的進給方向的兩端，使宏動外框架31的受力更均衡，響應更快，更穩(wěn)定。
[0038]更進一步說明，所述X向微平臺41、所述X向彈片組42、所述Y向微平臺43、所述Y向彈片組44、所述工作平臺和所述宏動外框架31為一體式結構。宏動外框架31與微動平臺4的一體化設計，結構緊湊，是由整塊材料經(jīng)過銑削、電火花加工等方式獲取，避免了零件的裝配誤差，可以提高平臺運動精度。
[0039]更進一步說明，所述的X向彈片組42和Y向彈片組44中各自的彈片均為平行布置，且彈片的長度方向分別垂直于X向微平臺42和Y向微平臺43的進給方向。各自平行布置的X向彈片組42和Y向彈片組44有效的限位微動平臺4在二維上的運動，在所述X向彈片組42和Y向彈片組44的牽制作用下，所述微動平臺4上的工作平臺在非進給方向的運動被抑制。
[0040]更進一步說明，所述宏動外框架31在其與所述X向彈片組42的相連接處設置有X向槽311，使所述宏動外框架31的內側形成較薄的可變形的X向微平臺彈性件312。設置有可變形的X向微平臺彈性件312，使微動平臺4在結構固有頻率的具有動態(tài)可調整性。
[0041]更進一步說明，所述宏動外框架31設有調節(jié)X向微平臺彈性件312變形度的X向頻率調節(jié)機構313。通過X向頻率調節(jié)機構313改變X向彈片組42的松緊程度可以改變上述微運動中的機構固有頻率，從而改變微動平臺4的運動特性。
[0042]更進一步說明，所述X向頻率調節(jié)機構313為穿過所述X向槽311的螺栓，其兩端分別連接于所述X向槽311的兩側。所述螺栓可手動調節(jié)長度方向產(chǎn)生位移，改變X向微平臺彈性件312的變形度，進而改變X向彈片組42的彈片張緊力，實現(xiàn)對微動平臺4的結構固有頻率的動態(tài)調整。
[0043]更進一步說明，所述Y向微平臺43在其內側轉角處設置有圓弧形內嵌式孔槽431。上述孔槽431設置目的在于保證本發(fā)明中的頻率調節(jié)裝置可以較好地調節(jié)Y向彈片組44的彈片張緊力。
[0044]更進一步說明，在所述X向微平臺42和所述Y向微平臺43的進給方向的端部分別設置有X向位移傳感器46和Y向位移傳感器47。用于所述檢測X向微平臺42和Y向微平臺43的在X向和Y向的微位移。
[0045]更進一步說明，所述X向位移傳感器46或所述Y向位移傳感器47為差動電容傳感器或光電傳感器。差動電容傳感器機械位移少，精度高，抗干擾性更好，光電傳感器具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，結構簡單，體積小，都可作為位移傳感器的選擇。所述Y向微驅動為壓電陶瓷驅動器或音圈電機。
[0046]以上結合具體實施例描述了本發(fā)明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領域的技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:包括X向基座、Y向基座和一體化平臺； 所述一體化平臺包括宏動外框架和微動平臺，所述微動平臺包括X向微平臺、X向彈片組、Y向微平臺、Y向彈片組和Y向微驅動，具有彈性的所述X向彈片組設置于所述X向微平臺的兩側，其一端連接于所述宏動外框架的內側壁，另一端連接于所述X向微平臺；具有彈性的所述Y向彈片組設置于所述Y向微平臺的兩側，其一端連接于所述X向微平臺的內側壁，另一端連接于所述Y向微平臺；所述X向彈片組和Y向彈片組相互垂直，用于放置工件的工作平臺剛性連接于所述Y向微平臺； 所述X向基座設置有X向導軌、X向滑塊和X向U型直線電機，所述X向滑塊可滑動于所述X向導軌，所述X向U型直線電機包括X向定子、宏動外框架動子、X向微動平臺動子和連接件，X向運動和X向微運動共用同一個所述X向定子； 所述宏動外框架固定安裝于所述X向滑塊，并通過所述連接件連接于所述宏動外框架動子，由所述宏動外框架動子、所述X向微動平臺動子和所述X向定子控制其滑動于所述X向導軌實現(xiàn)X向宏運動； 所述X向微平臺通過所述連接件與所述X向微動平臺動子聯(lián)接固定，并由所述X向微動平臺動子控制其在所述X向定子所在X向的微運動； 所述Y向微驅動包括Y向微驅動動子和Y向微驅動定子，所述Y向微驅動定子固定于所述X向微平臺，所述Y向微驅動動子連接所述Y向微平臺，所述Y向微平臺由所述Y向微驅動控制其在Y向的微運動； 所述Y向基座設置有Y向導軌、Y向滑塊和Y向U型直線電機，所述Y向滑塊可滑動于所述Y向導軌，所述X向基座的中部通過固定于所述Y向滑塊并由所述Y向U型直線電機控制其滑動于所述Y向導軌實現(xiàn)Y向宏運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述宏動外框架動子設置有兩個，分別設置在所述宏動外框架的進給方向的兩端。
3.根據(jù)權利要求1所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述X向微平臺、所述X向彈片組、所述Y向微平臺、所述Y向彈片組、所述工作平臺和所述宏動外框架為一體式結構。
4.根據(jù)權利要求1所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述的X向彈片組和Y向彈片組中各自的彈片均為平行布置，且彈片的長度方向分別垂直于X向微平臺和Y向微平臺的進給方向。
5.根據(jù)權利要求1所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述宏動外框架在其與所述X向彈片組的相連接處設置有X向槽，使所述宏動外框架的內側形成較薄的可變形的X向微平臺彈性件。
6.根據(jù)權利要求5所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述宏動外框架設有調節(jié)X向微平臺彈性件變形度的X向頻率調節(jié)機構。
7.根據(jù)權利要求6所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述X向頻率調節(jié)機構為穿過所述X向槽的螺栓，其兩端分別連接于所述X向槽的兩側。
8.根據(jù)權利要求1所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述Y向微平臺在其內側轉角處設置有圓弧形內嵌式孔槽。
9.根據(jù)權利要求1所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:在所述X向微平臺和所述Y向微平臺的進給方向的端部分別設置有X向位移傳感器和Y向位移傳感器。
10.根據(jù)權利要求9所述的直線電機共定子多驅動宏微一體化高速精密運動二維平臺，其特征在于:所述X向位移傳感器或所述Y向位移傳感器為差動電容傳感器或光電傳感器，所述Y向微驅動為壓電陶瓷驅動器或音圈電機。
【文檔編號】B23Q5/28GK104440344SQ201410696781
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】楊志軍, 白有盾, 陳新, 王夢, 高健, 李涵雄, 李成祥, 黃宇涵, 王江龍, 劉浩文, 余明峰, 李振新, 鐘裕導, 劉偉光, 楊海東, 管貽生, 陳新度 申請人:廣東工業(yè)大學