高精度定位平台系统的研究

　　目前,随着数控技术的不断发展,各类数控产品的开发已经趋于模式化。高精度定位平台作为数控产品的一种,已经广泛应用于精密测量仪器、医疗设备、包装机械、电子元器件装配等众多领域,应用前景十分广泛。特别是在精密测量仪器上,它的优劣直接影响到精密仪器的性能和使用。高精度定位平台的种类繁多,从运动形式上来看,分直线运动式高精度定位平台、回转运动式高精度定位平台以及两者相结合的混合式高精度定位平台;从驱动装置上来看,有伺服电机驱动式高精度定位平台、直线电机驱动式高精度定位平台以及陶瓷电机式高精度定位平台等等。X-Y两轴直线运动式高精度定位平台从性价比上考虑,在数控产品市场占有较大份额。在此,作者重点分析X-Y两轴直线运动式高精度定位平台,驱动源采用性能良好的交流伺服电机。该种定位平台采用铝合金,特点是结构紧凑、重量轻、易于操作。

　　1　高精度定位平台的机械本体

　　X-Y两轴直线运动式高精度定位平台是由X轴运动平台、Y轴运动平台两者组成。X轴运动平台与Y轴运动平台结构一致,呈90°交叉安装。每一运动平台由底座、滚珠丝杠螺母副、滚动直线导轨副、轴承座、连接座、弹性联轴器、托板等组成。如图1所示为单轴运动平台结构图。

　　该单轴运动平台长484 mm,运动行程可达到200 mm。两个单轴平台90°交叉安装,就可形成一个X-Y坐标系的200 mm×200 mm的平面运动区域。平台底座、连接座、轴承座、托板等主体机械部分的材质为LY12,这些部件都需经过镀铬处理,提高其耐磨能力。平台两端各设两个缓冲垫,为橡胶材料,保证平台安全,提高防护系数。

　　该X-Y两轴直线运动式高精度定位平台中驱动装置采用交流伺服电机,如安川、松下交流伺服电机等,其性能、运行精度都能得以保证。滚珠丝杠螺母副为ATC品牌产品,滚动直线导轨副为HIWIN品牌产品,弹性联轴器为RIGHTRANS品牌产品。

　　2　高精度定位平台的限位与回零

　　为了保证高精度定位平台的安全,一般都有正负限位开关,以保证有效地形成内运动,同时也要考虑软限位,一旦出现硬限位(即正负限位开关)无效的情况下,通过控制系统中自身的软件参数设置,进一步限制平台的运动行程,控制电机停止运行。

　　高精度定位平台零点的建立通过磁性感应簧片开关来实现的,而且采用了双重触发器的技术。该技术适用于磁性感应簧片开关和增量式编码器索引通道的组合作为触发的条件。感应簧片开关是独立的,如果仅用感应簧片开关产生的结果将不是精确值,而且不具备重复性。虽然增量式编码器的索引通道具备精确性和可重复性,但是由于电机可以产生无数次的旋转,该索引通道在应用中不具备独立性。将两者相结合起来,独立性、可重复性、精确性都具备了。