基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法，所述装置包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接。本发明专利技术使得双轴同步运动控制的运动范围增加，突破了传统固定型检测装置的局限性，无需回零和校准，使之能稳定、准确、快速地到达同步运动，并能在干扰出现运动不同步时快速恢复同步。

Double axis synchronous motion control device and method based on laser displacement sensor feedback

The invention discloses a synchronous movement of laser displacement sensor based on feedback control device and method, which comprises a synchronous motion control device body, displacement detection system and control components; axis synchronous motion control device comprises a first driving mechanism, second driving mechanism, the first linear motion platform, second linear motion platform and experiment Taiwan; displacement detection system including long distance laser displacement sensor, high precision laser displacement sensor, a reflective plate, working platform, the first and second dial dial; control component and the first driving mechanism, second driving mechanism, long distance laser displacement sensor and high precision laser displacement sensor connection. This invention increases range of motion axis synchronous motion control, break through the limitations of the traditional fixed type detection device, no need to return to zero and calibration, which can stably and accurately and quickly reach the synchronized movement and in interference movement is not synchronous fast recovery when synchronization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双轴同步运动控制装置及方法，尤其是一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法，属于双轴同步控制领域。
技术介绍
在现代制造业中，人们对高生产率、低成本的需求越来越高，例如表面贴装机和数控机床在加工一些复杂零件或为了减少产品加工的工序时，传统的单轴运动常常难以满足需要，生产中机械轴同步运动应运而生，也正因如此，多轴系统在现代工业生产中被广泛应用，如三峡工程中使用的升船机、煤球机、冶金工厂中的多轴辊道、造纸机、桥式或龙门起重机以及各种机器人系统。但随着社会的发展，人们对多轴系统提出了更高的要求，如高速度、高精度的加工要求在造纸、印染、纺织等产业生产中显得越来越重要，为了提高多轴系统的综合性能，不仅要考虑单个轴的控制品质，还要把各轴之间的运动控制有机协调起来，才能达到系统整体全局性能的最优化。多轴系统是非线性、强耦合的多输入多输出系统，其多个轴的协调控制是一个很复杂且很重要的问题。在机械加工中，由实际位置到期望轮廓的距离产生的轮廓误差直接关系到产品的质量，减小同步误差是降低轮廓误差的关键。高速龙门移动键铣削加工中心是同步运动的典型例子，龙门柱沿导轨纵向进给，能获得很高的加速度特性，但由于横梁、刀架等大型移动部件的结构和受力并不是严格对称的，再加上存在各种不确定性扰动，所以不能保证龙门框架移动的高度一致性，这种不一致性产生的机械耦合将降低同步进给程度，影响加工质量，甚至可能使龙门框架或驱动元件受到损坏。同步控制技术是这类机床降低轮廓误差、保证加工精度的关键。采用多轴系统同步控制技术的数控机械用数字控制和伺服技术代替传统的机械传动机构，简化了设备的机械结构，提高了设备的精度、灵活性、寿命和效率。因此，多轴系统同步控制技术是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，该装置使得双轴同步运动控制的运动范围增加，突破了传统固定型检测装置的局限性，无需回零和校准，使之能稳定、准确、快速地到达同步运动，并能在干扰出现运动不同步时快速恢复同步。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的双轴同步运动控制方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；所述双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；所述第一驱动机构和第二驱动机构分别带有光电编码器，且平行安装在实验台上，所述第一直线运动平台设置在第一驱动机构上，并由第一驱动机构驱动，所述第二直线运动平台设置在第二驱动机构上，并由第二驱动机构驱动；所述位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；所述第一分度盘设置在第一直线运动平台上，所述第二分度盘设置在第二直线运动平台上，所述反光板固定在第一分度盘上，所述工作台固定在第二分度盘上；所述长距离激光位移传感器安装在工作台的右侧，所述高精度激光位移传感器安装在工作台的左侧，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面相平行；所述控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接，用于对光电编码器检测的信号进行处理，得到速度反馈信号，以及对长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测的信号进行处理，得到位置反馈信号，并根据速度反馈信号和位置反馈信号对第一驱动机构和第二驱动机构进行控制。作为一种优选方案，所述第一驱动机构包括依次连接的第一伺服电机、第一联轴器和第一滚珠丝杠，所述第一滚珠丝杠的两边设有第一直线导轨，所述第一直线导轨上设有第一滑块，所述第一直线运动平台设置在第一滚珠丝杠上，且两侧固定在第一滑块上；第一伺服电机通过第一联轴器驱动第一滚珠丝杠，使第一滚珠丝杠上的第一直线运动平台在第一滑块的作用下沿第一直线导轨运动；所述第二驱动机构包括依次连接的第二伺服电机、第二联轴器和第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠的两边设有第二直线导轨，所述第二直线导轨上设有第二滑块，所述第二直线运动平台设置在第二滚珠丝杠上，且两侧固定在第二滑块上；第二伺服电机通过第二联轴器驱动第二滚珠丝杠，使第二滚珠丝杠上的第二直线运动平台在第二滑块的作用下沿第二直线导轨运动；所述第一伺服电机和第二伺服电机分别带有光电编码器，所述第一滚珠丝杠的基座和第二滚珠丝杠的基座平行安装在实验台上。作为一种优选方案，所述控制组件包括工控计算机、运动控制卡、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、A/D转换卡和控制器，所述工控计算机通过运动控制卡分别与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器连接，并通过A/D转换卡与控制器连接；所述第一伺服驱动器与第一伺服电机连接，所述第二伺服驱动器与第二伺服电机连接，所述控制器分别与长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接；工控计算机发出的指令脉冲经过运动控制卡后，运动控制卡的两个通道分别将指令脉冲输入第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器输出控制第一伺服电机转动，从而驱动第一直线运动平台运动，第二伺服驱动器输出控制第二伺服电机转动，从而驱动第二直线运动平台运动；第一伺服电机的光电编码器检测第一伺服电机的角位移信号，第二伺服电机的光电编码器检测第二伺服电机的角位移信号，第一伺服电机的角位移信号经过第一伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一伺服电机的速度反馈信号，第二伺服电机的角位移信号经过第二伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第二伺服电机的速度反馈信号；在第一直线运动平台和第二直线运动平台的同步运动过程中，长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测与反光板的距离变化，所检测的信号输入到控制器，控制器输出的信号经A/D转换卡转换后生成数字信号后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一直线运动平台和第二直线运动平台的相对位移，形成位置反馈信号。作为一种优选方案，所述第一分度盘包括第一定子和第一转子，所述第一定子固定在第一直线运动平台上，所述第一转子可转动任意角度后固定在第一定子上；所述第二分度盘包括第二定子和第二转子，所述第二定子固定在第二直线运动平台上，所述第二转子可转动任意角度后固定在第二定子上；所述反光板固定在第一分度盘的第一转子上，所述工作台固定在第二分度盘的第二转子上。作为一种优选方案，所述长距离激光位移传感器的探测头与被测表面的基准距离记为第一基准距离，高精度激光位移传感器的探测头与被测表面的基准距离记为第二基准距离，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面的垂直距离为第一基准距离与第二基准距离的差值。作为一种优选方案，所述长距离激光位移传感器的探测头安装面与高精度激光位移传感器的探测头安装面相平行，且长距离激光位移传感器的探测头安装面高于高精度激光位移传感器的探测头安装面。作为一种优选方案，所述长距离激光位移传感器与反光板的距离为长距离激光位移传感器与被测表面的基准距离，所述高精度激光位移传感器与反光板的距离为高精本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；所述双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；所述第一驱动机构和第二驱动机构分别带有光电编码器，且平行安装在实验台上，所述第一直线运动平台设置在第一驱动机构上，并由第一驱动机构驱动，所述第二直线运动平台设置在第二驱动机构上，并由第二驱动机构驱动；所述位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；所述第一分度盘设置在第一直线运动平台上，所述第二分度盘设置在第二直线运动平台上，所述反光板固定在第一分度盘上，所述工作台固定在第二分度盘上；所述长距离激光位移传感器安装在工作台的右侧，所述高精度激光位移传感器安装在工作台的左侧，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面相平行；所述控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接，用于对光电编码器检测的信号进行处理，得到速度反馈信号，以及对长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测的信号进行处理，得到位置反馈信号，并根据速度反馈信号和位置反馈信号对第一驱动机构和第二驱动机构进行控制。...

【技术特征摘要】
1.基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；所述双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；所述第一驱动机构和第二驱动机构分别带有光电编码器，且平行安装在实验台上，所述第一直线运动平台设置在第一驱动机构上，并由第一驱动机构驱动，所述第二直线运动平台设置在第二驱动机构上，并由第二驱动机构驱动；所述位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；所述第一分度盘设置在第一直线运动平台上，所述第二分度盘设置在第二直线运动平台上，所述反光板固定在第一分度盘上，所述工作台固定在第二分度盘上；所述长距离激光位移传感器安装在工作台的右侧，所述高精度激光位移传感器安装在工作台的左侧，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面相平行；所述控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接，用于对光电编码器检测的信号进行处理，得到速度反馈信号，以及对长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测的信号进行处理，得到位置反馈信号，并根据速度反馈信号和位置反馈信号对第一驱动机构和第二驱动机构进行控制。2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括依次连接的第一伺服电机、第一联轴器和第一滚珠丝杠，所述第一滚珠丝杠的两边设有第一直线导轨，所述第一直线导轨上设有第一滑块，所述第一直线运动平台设置在第一滚珠丝杠上，且两侧固定在第一滑块上；第一伺服电机通过第一联轴器驱动第一滚珠丝杠，使第一滚珠丝杠上的第一直线运动平台在第一滑块的作用下沿第一直线导轨运动；所述第二驱动机构包括依次连接的第二伺服电机、第二联轴器和第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠的两边设有第二直线导轨，所述第二直线导轨上设有第二滑块，所述第二直线运动平台设置在第二滚珠丝杠上，且两侧固定在第二滑块上；第二伺服电机通过第二联轴器驱动第二滚珠丝杠，使第二滚珠丝杠上的第二直线运动平台在第二滑块的作用下沿第二直线导轨运动；所述第一伺服电机和第二伺服电机分别带有光电编码器，所述第一滚珠丝杠的基座和第二滚珠丝杠的基座平行安装在实验台上。3.根据权利要求2所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述控制组件包括工控计算机、运动控制卡、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、A/D转换卡和控制器，所述工控计算机通过运动控制卡分别与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器连接，并通过A/D转换卡与控制器连接；所述第一伺服驱动器与第一伺服电机连接，所述第二伺服驱动器与第二伺服电机连接，所述控制器分别与长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接；工控计算机发出的指令脉冲经过运动控制卡后，运动控制卡的两个通道分别将指令脉冲输入第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器输出控制第一伺服电机转动，从而驱动第一直线运动平台运动，第二伺服驱动器输出控制第二伺服电机转动，从而驱动第二直线运动平台运动；第一伺服电机的光电编码器检测第一伺服电机的角位移信号，第二伺服电机的光电编码器检测第二伺服电机的角位移信号，第一伺服电机的角位移信号经过第一伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一伺服电机的速度反...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，李城，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44