CN100486764C - 光栅测长闭环控制精密分度台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光栅测长闭环控制精密分度台，其特征在于它的结构包括：工作台下导轨、安装于工作台下导轨上的直线滚动导轨、与直线滚动导轨配合连接的工作台上导轨、通过支承架和丝杠支撑座分别固定于工作台下导轨上的向心轴承和角接触轴承、两端固定于向心轴承和角接触轴承中的滚珠丝杠、通过联轴器与所述的滚珠轴承一端固定连接的步进电机、与工作台上导轨连接的丝杠母、通过支架固定于执行部件的固定零件上的光栅读数头和固定在执行部件的被测移动零件上的标尺光栅。本发明具有如下优点和积极效果：提高了设备的定位、运行的精确性和划切效率，保证系统高速、稳定、可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密工作台，特别是涉及对工作台的驱动、光栅测长定位和闭环控制技术。
背景技术
砂轮划片机除在IC封装线使用外，在光电器件分割，陶瓷、宝石等硬脆材料的微细加工中有着极其广泛的用途。随着我国加入WTO和经济全球化的发展，各种器件都面临国际大流通的考验，元器件的内在品质和外观质量变得越来越重要，高精度划片机是元器件内在品质和外观质量的根本保证。分度工作台是划片机的核心部件，由于空气静压主轴，显微镜对准系统都安装在分度工作台上。因此，分度工作台的步进定位精度决定着划切印痕能否落在IC晶片的划线槽内；决定着器件外形的一致性。其运行精度决定着IC晶片切割深度的一致性；决定着元器件的内在品质。过去6″划片机分度工作台均采用开环控制，步进定位精度低，无法在高精度器件行业使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简结明快，运行精度、步进定位精度高，装配方便，控制可靠且实用的光栅测长闭环控制精密分度台，以解决高精度器件的加工质量问题。
本发明所述的光栅测长闭环控制精密分度台的结构包括：工作台下导轨、安装于工作台下导轨上的直线滚动导轨、与直线滚动导轨配合连接的工作台上导轨、通过支承架和丝杠支撑座分别固定于工作台下导轨上的向心轴承和角接触轴承、两端固定于向心轴承和角接触轴承中的滚珠丝杠、通过联轴器与所述的滚珠轴承一端固定连接的步进电机、与工作台上导轨连接的丝杠母、通过支架固定于执行部件的固定零件上的光栅读数头和固定在执行部件的被测移动零件上的标尺光栅。
如上所述的光栅测长闭环控制精密分度台，所述的光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光电元件依次排列组成，光电元件与驱动电路连接；所述标尺光栅位于透镜与指示光栅之间，被安装在执行部件的被测移动零件上，所述标尺光栅与指示光栅的尺面应相互平行，并保证有0.05-0.1mm的间隙。
如上所述的光栅测长闭环控制精密分度台，采用两套C36101型角接触球轴承作为固定支点，一套C101型向心球轴承作为浮点支点。
如上所述的光栅测长闭环控制精密分度台，采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直线滚动导轨安装于工作台上。
如上所述的光栅测长闭环控制精密分度台，所述角接触轴承上设有位置上存在高度差的外隔圈和内隔圈。
如上所述的光栅测长闭环控制精密分度台，在工作台的固定与移动的上、下导轨对应位置处，分别设有光电限位开关和限位板。
如上所述的光栅测长闭环控制精密分度台，电机依次与驱动器、脉冲发生器和PID调节电路连接，光栅读数头输出通过分频器与比较器的一个输入端连接，比较器的另一个输入端通过分频器、数据解码电路与上位机相连，所述PID调节电路通过平滑滤波电路与比较器的输出端相连，所述脉冲发生器分别与速度设定、加速度设定和速度图形发生器相连接。
本发明与传统的装置相比，具有如下优点和积极效果：
1、采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直线滚动导轨导向，C0级滚珠丝杠定位，光栅测长，步进电机驱动，在保证工作台0.003mm的定位精度，运行直线度0.003mm/160mm的同时，提高了设备的运行速度和划切效率。
2、闭环给进系统的位移精度主要取决于检测装置的分辨率和精度，闭环给进系统的定位精度一般可达±0.005-0.01mm，最先进的可以达到±0.1μm；采用直流或交流伺服电机的闭环系统，执行部件的移动速度一般可达1~300mm/min；采用步进电机驱动闭环控制，在严格保证设计指标的同时将执行部件的运行速度提高到1200mm/min，加速度提高至50mm/s2。
3、在结构上采用两套C36101型角接触球轴承作为固定支点，一套C101型向心球轴承作为浮点支点，消除了环境温度变化，执行部件高速运行造成的系统飘动，保证系统高速、稳定、可靠运行。
附图说明
图1是本发明的结构主视图。
图2是本发明的结构右视图。
图3是图1的内部剖视图。
图4是本发明的光栅检测装置的光学原理图。
图5是本发明的电机闭环控制电路原理框图。
具体实施方式
本发明所述的光栅测长闭环控制精密分度台的结构可以参见图1至图3：它包括工作台下导轨1、安装于工作台下导轨1上的直线滚动导轨2、与直线滚动导轨2配合连接的工作台上导轨3、通过支承架17和丝杠支撑座10分别固定于工作台下导轨1上的向心轴承18和角接触轴承12、两端固定于向心轴承18和角接触轴承12中的滚珠丝杠15、通过联轴器11与所述的滚珠丝杠15一端固定连接的步进电机9、与工作台上导轨3连接的丝杠母16、通过连接板7、检测头安装板5被固定于固定部件上的闭式光栅尺检测头4、通过光栅尺安装板8固定于执行部件上的闭式光栅尺6。在工作台的固定与移动部件上对应位置处，分别设有光电限位开关19和限位板20。图1中21是导轨压板。
光栅测长闭环控制精密分度台的光栅读数头见图4，它由光源4-1、透镜4-2、指示光栅4-3、光电元件4-4依次排列组成，光电元件4-4与驱动电路4-5连接；所述标尺光栅6位于透镜4-2与指示光栅4-3之间，被安装在执行部件的被测移动零件上，所述标尺光栅6与指示光栅4-3的尺面应相互平行，并保证有0.05-0.1mm的间隙。光源4-1、透镜4-2、指示光栅4-3、光电元件4-4和驱动电路4-5安装在同一个支架上，构成光栅读数头，它固定在执行部件的固定零件上，标尺光栅则安装在执行部件的被测移动零件上。标尺光栅与指示光栅的尺面应相互平行，并保证有0.05—0.1mm的间隙。执行部件带着标尺光栅相对指示光栅移动，通过读数头的光电转换，发送出与位移量对应的数字脉冲信号，用作位置反馈信号或位置显示信号。
在该分度台上，采用直线滚动导轨导向，步进电机驱动，C0级滚珠丝杠定位，光栅测长。直线滚动导轨动静磨擦系数很小，微量移动灵活准确，可通过光栅测长将定位精度设定到超微米。滚珠丝杠利用滚珠的滚动接触和滚道的预过盈，取得很高的传动效率，消除丝杠与丝杠母的间隙。将激光测长技术用于刻制光栅，可以制造出精度很高的光栅尺，因而使光栅检测的分辨率与精度有了很大的提高，光栅检测的分辨可达微米级，通过细分电路细分可达0.1μm，甚至更高水平。
滚珠丝杠会因环境温度改变或高速运动产生的热量，造成滚珠丝杠微量变化，引起系统飘动，本发明利用该轴承组合来固定，支承滚珠丝杠消除系统飘动，且结构简洁明快，制造装配很方便。它是采用两套C36101型角接触球轴承作为固定支点，一套C101型向心球轴承作为浮点支点。
由于采用VRMD3910/50LWA型步进电机，GS13型直线光栅尺通过10000细分电路实现0.0002mm的分辨率和0.003mm的步进定位精度。
利用件外隔圈、内隔圈的高度差消除角接触轴承C36101的游隙。装配时在丝杠支成座10和支承架17的轴承孔装检测试棒，用杠杆千分表检测，待丝杠中心与导轨运行方向的平行度在0.01mm内后，方可进行轴承及丝杠的安装，用量化手段保证装配精度。
由于采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直线滚动导轨，所以实现0.003mm/160mm的直线度要求。
电机闭环控制的电路原理框图参见图5，电机依次与驱动器、脉冲发生器和PID调节电路连接，光栅读数头输出通过分频器与比较器的一个输入端连接，比较器的另一个输入端通过分频器、数据解码电路等与上位机相连，所述PID调节电路通过平滑滤波电路与比较器的输出端相连，所述脉冲发生器分别与速度设定、加速度设定和速度图形发生器相连接。由上述驱动器、脉冲发生器、PID调节电路、分频器、比较器、数据解码电路、平滑滤波电路、速度设定、加速度设定和速度图形发生器等组成下位控制机。
Claims (5)
1 一种光栅测长闭环控制精密分度台，其特征在于它的结构包括：工作台下导轨、安装于工作台下导轨上的直线滚动导轨、与直线滚动导轨配合连接的工作台上导轨、通过支承架和丝杠支撑座分别固定于工作台下导轨上的向心轴承和角接触轴承、两端固定于向心轴承和角接触轴承中的滚珠丝杠、通过联轴器与所述的滚珠轴承一端固定连接的步进电机、与工作台上导轨连接的丝杠母、通过支架固定于执行部件的固定零件上的光栅读数头和固定在执行部件的被测移动零件上的标尺光栅；
所述的光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光电元件依次排列组成，光电元件与驱动电路连接；所述标尺光栅位于透镜与指示光栅之间，被安装在执行部件的被测移动零件上，所述标尺光栅与指示光栅的尺面应相互平行，并保证有0.05-0.1mm的间隙。
2 如权利要求1所述的光栅测长闭环控制精密分度台，其特征在于：采用两套C36101型角接触球轴承作为固定支点，一套C101型向心球轴承作为浮点支点。
3 如权利要求1所述的光栅测长闭环控制精密分度台，其特征在于：采用SR25W2SSC1+48OLUP-U型直线滚动导轨安装于工作台上。
4 如权利要求1所述的光栅测长闭环控制精密分度台，其特征在于：所述角接触轴承上设有位置上存在高度差的外隔圈和内隔圈。
5.如权利要求1所述的光栅测长闭环控制精密分度台，其特征在于：在工作台的固定与移动的上、下导轨对应位置处，分别设有光电限位开关和限位板。
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