一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X-Y工作台及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X

【技术实现步骤摘要】
一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台及其控制方法


[0001]本专利技术属于精密加工
，具体涉及一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业水平的不断发展，高速精密定位工作台作为关键设备在精密加工、微电子产业、医疗生物技术、激光技术等领域发挥着越来越重要的作用。目前的宏微复合驱动系统很少能实现平面内X
‑
Y方向大行程、高精度和高速度的使用需求。而当前宏微复合驱动X
‑
Y工作台尺寸较大、结构复杂，对设备安装的精度要求很高。如授权公布号为CN111026166B的专利，在Y轴宏动平台上安装的四组柔性铰链，需要使用XY轴微动平台上设有的压电陶瓷来驱动，而压电陶瓷的位移又需电容传感器测量，使得装置对于各零部件的安装精度要求很高且结构复杂。宏动部分与微动部分分离的布置方式导致工作台结构尺寸增大，同时难以保证测量结果在误差允许范围内。为满足现代工业的需求以及解决上述问题，需提高现有宏微复合驱动X
‑
Y工作台的性能，因此，本专利技术使用两个双向滑块来满足装置X
‑
Y方向的运动，并采用同轴集成式宏微复合驱动结构，提出一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台，使其具备结构简单、大行程、高精度和高速运动等优点具有重大应用价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动 X
‑
Y工作台及其控制方法，意在解决在精密加工及制造中的定位问题。
[0004]为了实现上述的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台，包括产品底座、底盘卡座、上轴承座1、运动平台连接器1、运动平台、运动平台连接器2、光栅位移传感器1、套筒、滑块1、滑块2、外壳、直线轴承底座、上轴承座2、光栅位移传感器2、同轴集成式宏微复合驱动器、前直线轴承、后端盖、微动磁轭筒，其特征在于同轴集成式宏微复合驱动器前端的6个螺纹孔与底座的前端面6个环形通孔、通过螺栓相连接固定且保证装置在单个方向上的同轴度，底盘卡座通过其上6个螺纹孔与底座上的6个螺纹孔固定，底盘卡座上方2个螺纹孔与上轴承座1的2个沉头螺钉固定，运动平台通过凹槽与滑块1连接，运动平台连接器1上的卡扣再扣在滑块1上，滑块1的支脚卡扣在卡盘底座的滑轨上，起到固定、支撑、运动的作用，运动平台通过凹槽与滑块2连接，滑块2再通过两个支脚卡扣在底盘卡座的滑轨上，达到固定和运动的目的，运动平台通过其上加工的倒T型凸台与运动平台连接器2上的凹槽相连接，这样可以通过运动平台在滑块1和滑块2上的滑动以及运动平台连接器2在运动平台倒T型凸台上的相对滑动，实现该装置在X
‑
Y 方向的运动，直线轴承底座通过两个螺纹孔与产品底座上的螺纹孔通过螺钉连接，直线轴承底座通过上部的两个螺纹孔与上轴承座2的两个螺纹孔通过螺钉相连接，在运动平
台上安装了光栅位移传感器1和光栅位移传感器2。
[0005]所述一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台，其特征在于：后端盖的大端端口6个螺纹孔与产品底座前端的6个通孔通过螺栓相连接，后端盖的小端端口6个螺纹孔与前直线轴承的6个螺纹孔通过螺栓相连接，套筒的大端6个螺纹孔与微动磁轭筒前端的6个螺纹孔通过螺栓相连接，套筒的小端端口插入前直线轴承中心的通孔中，可以更好地保证该装置在单一方向上的同轴度。
[0006]本专利技术的控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1：针对X
‑
Y方向上宏动的大行程驱动，基于驱动装置宏动部分的动态特性，对每一个驱动方向设计出最佳的运动参数；
[0008]S2：得出X
‑
Y每一个驱动方向的宏动线圈电流(I
macro
)、速度(V
macro
)和位置(X
macro
)随着运动时间的变化曲线I
ma
(t)、V
ma
(t)和X
ma
(t)；
[0009]S3：针对X
‑
Y每一个驱动方向微动的高精度补偿，比较现代常用的非线性逆模型的建模算法，建立宏微复合驱动X
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Y工作台的非线性逆模型；
[0010]S4：结合现代控制理论和反馈控制策略，制定前馈
‑
反馈控制系统框图，实现宏动以及微动输出位移的驱动控制策略；
[0011]S5：根据驱动控制的需求，宏微复合驱动X
‑
Y工作台提供电流源选用基于现场可编程门阵列(FPGA)开发的高效精密驱动电源(简称为基于FPGA驱动电源)，程序的运行载体采用高速数字信号处理器TMS320F28335芯片，编写并调试驱动控制策略的运行代码；
[0012]S6：用上位机的LabVIEW程序和TMS320F28335芯片的串行通信接口 (SCIA)通过RS232串口线建立通信，TMS320F28335芯片上的串行通信接口 (SCIB)通过RS232串口线给基于FPGA驱动电源发送指令控制基于FPGA驱动电源输出到宏微复合驱动X
‑
Y工作台中的电流；
[0013]S7：通过两个光栅位移传感器实时监控宏微复合驱动X
‑
Y工作台的实际位移X、Y，将实际位移X、Y与理想位移进行比较，并将位移反馈信号通过信号转换电路输出到TMS320F28335芯片的AD采样模块，在对输入到宏微复合驱动 X
‑
Y工作台的电流进行反馈调控，完成X
‑
Y方向的宏微复合定位。
[0014]本专利技术一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
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Y工作台具有的优点有：提出了一种将同轴集成式宏微复合驱动工作台转化为同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台的方法，在其结构简单的同时，也可满足X
‑
Y方向高精度和大行程的定位要求，并且具有能快速响应的优点。
附图说明
[0015]图1为本专利技术一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
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Y工作台轴测图；
[0016]图2为产品驱动部分剖视图；
[0017]图3为产品底座结构示意图；
[0018]图4为底盘卡座结构示意图；
[0019]图5为上轴承座1的结构示意图；
[0020]图6为运动平台连接器1的结构示意图；
[0021]图7为运动平台的结构示意图；
[0022]图8为运动平台连接器2的结构示意图；
[0023]图9为运动平台、滑块1以及运动平台连接器装配图；
[0024]图10为套筒结构示意图；
[0025]图11为滑块1结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
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Y工作台，包括产品底座(1)、底盘卡座(2)、上轴承座1(3)、运动平台连接器1(4)、运动平台(5)、运动平台连接器2(6)、光栅位移传感器1(7)、套筒(8)、滑块1(9)、滑块2(10)、直线轴承底座(11)、上轴承座2(12)、光栅位移传感器2(13)、同轴集成式宏微复合驱动器(14)、前直线轴承(15)、后端盖(16)、微动磁轭筒(17)，其特征在于同轴集成式宏微复合驱动器(14)前端的6个螺纹孔(1401)与底座(1)的前端面6个环形通孔(101)通过螺栓相连接固定且保证装置在单个方向上的同轴度，底盘卡座(2)通过其上6个螺纹孔(201)与底座(1)上的6个螺纹孔(102)固定，底盘卡座(2)上方2个螺纹孔(202)与上轴承座1(3)的2个沉头螺钉(301)固定，运动平台(5)通过凹槽(501)与滑块1(9)连接，运动平台连接器1(4)上的卡扣(401)再扣在滑块1(9)上，滑块1(9)的支脚(901)卡扣在卡盘底座(2)的滑轨(203)上，起到固定、支撑、运动的作用，运动平台(5)通过凹槽(502)与滑块2(10)连接，滑块2(10)再通过两个支脚(1001)卡扣在底盘卡座(2)的滑轨(203)上，达到固定和运动的目的，运动平台(5)通过其上加工的倒T型凸台(503)与运动平台连接器2(6)上的凹槽(601)相连接，这样可以通过运动平台(5)在滑块1(9)和滑块2(10)上的滑动以及运动平台连接器2(6)在运动平台(5)上倒T型凸台(503)上的相对滑动，实现该装置在X
‑
Y方向的运动，直线轴承底座(11)通过两个螺纹孔(1101)与产品底座(1)上的螺纹孔(103)通过螺钉连接，直线轴承底座(11)通过上部的两个螺纹孔(1102)与上轴承座2(12)的两个螺纹孔(1201)通过螺钉相连接，在运动平台(5)上安装了光栅位移传感器1(7)和光栅位移传感器2(13)。2.根据权利要求1所述一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X
‑
Y工作台，其特征在于：后端盖(16)的大端端口(1601)的6个螺纹孔(1602)与产品底座(1)前端的6个通孔(104)通过螺栓相连接，后端盖(16)的小端端口(1603)的6个螺纹孔(1604)与前直线轴承(15)的6个螺纹孔(1501)通过螺栓相连接，套筒(8)的大端端口(801)的6个螺纹孔(802)...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻曹丰，杨坤，肖志豪，王玉，吴干，戴玉芹，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：