直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用

　　1 引 言

　　随着机器视觉检测技术的发展和创新，缺陷在线检测技术在金属制造、玻璃生产、电路板制板以及液晶面板等检测领域得到广泛的应用。在传统的缺陷检测系统中，往往采用步进电机或交流伺服电机等旋转电机，再加上滚珠丝杠、齿轮等机械装置，实现直线驱动相机、被测物等定位，机械结构比较复杂，检测过程中定位精度低，直线速度限制为 0. 5 ～0. 7 ( m/s) ，响应慢，系统保养和维护费用高等，均使得缺陷检测的项目和精度很难达到现在工业和市场的要求。而近十几年，直线伺服电机精密控制系统成为一种新型进给传动方式，由于其驱动力直接传递实现了在具有很高动态性能的同时达到很高的精度并且避免过冲现象; 因其只在导轨间存在机械接触和摩擦，故定位精度和重复精度高且不受行程加长的影响; 动力在气隙中产生，运行平稳，调速范围宽，可实现2 ～5( m/s)的高速度运行; 较好的动、静态性能等优势[1]，直线电机驱动系统作为一种崭新的进给驱动方式已呈现出极大的生命力，已经在高精度加工数控机床、机器人等工业场合得到广泛的应用[2]。

　　笔者以安川直线伺服电机在表面缺陷视觉检测系统中应用为例，介绍了多轴直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用技术，论述了局域网内控制直线伺服电机驱动系统运行的实现方法。

　　2 多轴精密驱动与定位平台

　　图 1 和图 2 是设计的用于表面缺陷视觉检测的多轴精密驱动与定位平台方案示意图，该平台共包括两部分: ①相机高速高精度往返定位系统，即将相机固定到直线电机上，在直线电机的驱动下，以平稳的速度往返扫描被测物，而不受被测物二维尺寸变化的影响，如图 1 所示; ②基于气浮的被测物进给系统，测物在气浮的作用下，在双直线电机的驱动下，平稳、高速的通过相机视场，平台与被测物的接触仅限于固定到直线电机上的两接触位置，可以减少扫描过程中对被测物的二次损坏，如图 2 所示。

　　在相机高速高精度往返定位系统中，为避免直线电机中的强磁场对相机的影响，将相机固定到一机械架上，并将该架分别固定到工作台 2 与 3 上，在该系统中，将轴 X 固定到轴 Y1工作台 1 与轴 Y2工作台 4上面，工作台 1 与 2 分别由电机( 初级) 驱动，实现工作台1 和4 同步驱动轴 X 在 Y方向上移动定位，及轴X 上工作台 2 与 3 通过机械架同步驱动多个线性相机在 X 方向上移动。直线伺服电机长度约为 1. 5m，如此设计可以实现大范围、高速度、高稳定性的图像扫描。在被测物送给系统中，被测物置于气浮平台上，由两侧同步运行的两直线伺服电机驱动，位移精度要求达到 3 个 μm。其结构示意图如图 2 所示。