CN102785077B - 一种三自由度位置调整系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三自由度位置调整系统，其包括两套电控三自由度精密工作台和控制计算单元，其中，两套电控三自由度精密工作台用于分别根据外部指令在一定范围内做三自由度平动，并实时地输出位置信号；所述控制计算单元用于分别接收两套电控三自由度精密工作台的位置信号，并根据所述位置信号和用户输入参数输出指令信号给第一电控三自由度精密工作台和第二电控三自由度精密工作台；当需要移动工件时，由所述控制计算单元向两套电控三自由度精密工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。本发明解决了现有技术中移动精度低、移动量难以控制、难以测量、操作费时等技术问题，实现大中型零部件在一定范围内三自由度的高精度移动。

Description

一种三自由度位置调整系统及方法

技术领域

本发明涉及设备安装或者装配领域，尤其涉及一种三自由度位置调整系统及方法。

背景技术

在一些大中型设备装配及安装过程中，有时需要对某些大中型零部件的位置进行精确调整。在某些情况下，需要调整的零部件尺度可达数米，质量可达数百千克乃至数吨，调整时要求零部件整体向某个指定方向移动很小的距离，调整位置精度要求达0.01mm，且这种调整过程可能需要反复多次。市场上虽有实验室用三自由度精密平台，但其尺度和承载力都较小，无法满足调整大中型零部件位置的要求。目前，为了实现这种功能，往往在现场安装专用工装，通过螺旋式千斤顶或原理近似的工装移动零部件，通过百分表或千分表测量移动量。

采用专用工装移动零部件往往精度较差，而且三个平动自由度往往相互影响，难于实现单独一个自由度的移动。移动过程一般需要人工操作，移动量不易控制。在很多情况下，由于受结构限制，百分表或千分表的测量位置与移动操作部位不同，移动时需要多个人同时操作与读数，协调困难，操作费时。

发明内容

（一）技术问题

本发明要解决的问题是现有技术中移动精度低、移动量难以控制、难以测量、操作费时等问题。

（二）技术方案

本发明提供一种三自由度位置调整系统，其特征在于包括两套电控三自由度精密工作台和控制计算单元，其中，两套电控三自由度精密工作台用于分别根据外部指令在一定范围内做三自由度平动，并可将位置信号实时地输出；所述控制计算单元用于分别接收两套电控三自由度精密工作台的位置信号，并根据所述位置信号和用户输入参数输出指令信号给第一电控三自由度精密工作台和第二电控三自由度精密工作台；当需要移动工件时，由所述控制计算单元向两套电控三自由度精密工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。

可选的，所述两套电控三自由度精密工作台均分为上下两部分，上部分包括：上X方向导轨和上X方向伺服机构、上Y方向导轨和上Y方向伺服机构、上Z方向导轨和上Z方向伺服机构、上夹具、上工作台电控箱以及上支承构件；下部分包括：下X方向导轨和下X方向伺服机构、下Y方向导轨和下Y方向伺服机构、下Z方向导轨和下Z方向伺服机构、下夹具、下工作台电控箱以及下支承构件；每套电控三自由度精密工作台的上部分和下部分同轴设置，且上部分中的上夹具和下部分中的下夹具用来夹取工件；所述X、Y、Z方向伺服机构分别驱动所述X、Y、Z方向导轨运动，所述上、下工作台电控箱分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，上述上、下部分分别通过上、下支承构件进行固定。

可选的，所述两套电控三自由度精密工作台相互分离。

可选的，每套电控三自由度精密工作台中，除了上、下支承构件，所述上、下部分的组件关于所述上、下夹具之间在轴线上的中点对称。

本发明还提供一种利用上述三自由度位置调整系统的三自由度位置调整方法，其包括如下步骤：

1）将两套电控三自由度精密工作台通过支承组件进行固定；

2）两套电控三自由度精密工作台接收控制计算机发出的初始化指令信号，并根据所述初始化指令信号回归零位；

3）调整支承组件的位置，使所述工作台中的两套夹具的对中误差小于0.01mm，所述工作台中的两套夹具的距离等于工件装卡部位的距离；

4）将工件装卡在夹具上；

5）当需要移动工件时，由控制计算机向两套工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。

可选的，上述方法中，所述两套电控三自由度精密工作台均分为上下两部分，上部分包括：上X方向导轨和上X方向伺服机构、上Y方向导轨和上Y方向伺服机构、上Z方向导轨和上Z方向伺服机构、上夹具、上工作台电控箱以及上支承构件；下部分包括：下X方向导轨和下X方向伺服机构、下Y方向导轨和下Y方向伺服机构、下Z方向导轨和下Z方向伺服机构、下夹具、下工作台电控箱以及下支承构件；每套电控三自由度精密工作台的上部分和下部分同轴设置，且上部分中的上夹具和下部分中的下夹具用来夹取工件；所述X、Y、Z方向伺服机构分别驱动所述X、Y、Z方向导轨运动，所述上、下工作台电控箱分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，上述上、下部分分别通过上、下支承构件进行固定；

所述步骤2）进一步包括：所述上、下工作台电控箱根据所述初始化指令信号分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，所述上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构驱动上、下部分中的所述X、Y、Z方向导轨归零。

（三）技术效果

本发明能够实现大中型零部件在一定范围内三自由度的高精度移动。

附图说明

图1表示本发明的三自由度位置调整系统的结构图。

具体实施方式

实施例1：

本发明提供一种三自由度位置调整系统，包括两套电控三自由度精密工作台，两套夹具，一套控制计算机，两套支承组件。所述电控三自由度精密工作台可根据外部指令在一定范围内做三自由度平动，并可将位置信号实时地输出，平动位置精度优于0.01mm，位置输出分辨率优于0.001mm，承载力大于5000kg。所述电控三自由度精密工作台上标有三个方向移动的轴线的方向，便于装配时找正。每套电控工作台与一套夹具机械固联，每套电控工作台与一套支承组件机械固联，两套电控工作台的位置信号电连接到控制计算机，控制计算机的指令信号电连接到两套电控工作台。

使用本发明移动零部件（以下称工件）的步骤如下：

将支承组件安装在稳固的基础上；

通过控制计算机使两套工作台都回到零位，调整支承组件位置，保证两套夹具的对中误差小于0.01mm，两套工作台的对应轴线的平行度小于0.1/100，两套夹具的距离等于工件装卡部位的距离。

将工件装卡在夹具上；

当需要移动工件时，由控制计算机向两套工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。

实施例2：

本发明还提供一种三自由度位置调整系统，其特征在于包括两套电控三自由度精密工作台和控制计算单元，其中，两套电控三自由度精密工作台用于分别根据外部指令在一定范围内做三自由度平动，并可将位置信号实时地输出；所述控制计算单元用于分别接收两套电控三自由度精密工作台的位置信号，并根据所述位置信号和用户输入参数输出指令信号给第一电控三自由度精密工作台和第二电控三自由度精密工作台；当需要移动工件时，由所述控制计算单元向两套电控三自由度精密工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。

可选的，所述两套电控三自由度精密工作台均分为上下两部分，上部分包括：上X方向导轨（2）和上X方向伺服机构（13）、上Y方向导轨（1）和上Y方向伺服机构（18）、上Z方向导轨（16）和上Z方向伺服机构（15）、上夹具（12）、上工作台电控箱（17）以及上支承构件（14）；下部分包括：下X方向导轨（9）和下X方向伺服机构（3）、下Y方向导轨（8）和下Y方向伺服机构（19）、下Z方向导轨（7）和下Z方向伺服机构（4）、下夹具（10）、下工作台电控箱（5）以及下支承构件（6）；每套电控三自由度精密工作台的上部分和下部分同轴设置，且上部分中的上夹具和下部分中的下夹具用来夹取工件（11）；所述X、Y、Z方向伺服机构分别驱动所述X、Y、Z方向导轨运动，所述上、下工作台电控箱分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，上述上、下部分分别通过上、下支承构件进行固定。

可选的，所述两套电控三自由度精密工作台相互分离。

可选的，每套电控三自由度精密工作台中，除了上、下支承构件，所述上、下部分的组件关于所述上、下夹具之间在轴线上的中点对称

本发明还提供一种利用上述三自由度位置调整系统的三自由度位置调整方法，其包括如下步骤：

1）将两套电控三自由度精密工作台通过支承组件进行固定；

2）两套电控三自由度精密工作台接收控制计算机发出的初始化指令信号，并根据所述初始化指令信号回归零位；

3）调整支承组件的位置，使所述工作台中的两套夹具的对中误差小于0.01mm，所述工作台中的两套夹具的距离等于工件装卡部位的距离；

4）将工件装卡在夹具上；

5）当需要移动工件时，由控制计算机向两套工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。

可选的，上述方法中，所述两套电控三自由度精密工作台均分为上下两部分，上部分包括：上X方向导轨和上X方向伺服机构、上Y方向导轨和上Y方向伺服机构、上Z方向导轨和上Z方向伺服机构、上夹具、上工作台电控箱以及上支承构件；下部分包括：下X方向导轨和下X方向伺服机构、下Y方向导轨和下Y方向伺服机构、下Z方向导轨和下Z方向伺服机构、下夹具、下工作台电控箱以及下支承构件；每套电控三自由度精密工作台的上部分和下部分同轴设置，且上部分中的上夹具和下部分中的下夹具用来夹取工件；所述X、Y、Z方向伺服机构分别驱动所述X、Y、Z方向导轨运动，所述上、下工作台电控箱分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，上述上、下部分分别通过上、下支承构件进行固定；

所述步骤2）进一步包括：所述上、下工作台电控箱根据所述初始化指令信号分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，所述上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构驱动上、下部分中的所述X、Y、Z方向导轨归零。

本发明可以实现大中型零部件的三自由度的精确位置调整，由于采用电控平台，并采用控制计算机集中控制，因此移动操作简单，精度高，速度快，在一定范围内可移动到任意指定位置。

本发明承载力由工作台性能决定，通常可达数吨。本发明可采用不同形状、尺寸的夹具，可适应不同形状、尺寸的工件，通用性好。

本发明两工作台采用分离式设计，原则上可夹持任意长度的工件。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种利用三自由度位置调整系统的三自由度位置调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将两套电控三自由度精密工作台通过支承组件进行固定；

2)两套电控三自由度精密工作台接收控制计算机发出的初始化指令信号，并根据所述初始化指令信号回归零位；

3)调整支承组件的位置，使所述工作台中的两套夹具的对中误差小于0.01mm，所述工作台中的两套夹具的距离等于工件装卡部位的距离；

4)将工件装卡在夹具上；

5)当需要移动工件时，由控制计算机向两套工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离；

所述的三自由度位置调整系统，包括两套电控三自由度精密工作台和控制计算单元，其中，两套电控三自由度精密工作台用于分别根据外部指令在一定范围内做三自由度平动，并可将位置信号实时地输出；所述控制计算单元用于分别接收两套电控三自由度精密工作台的位置信号，并根据所述位置信号和用户输入参数输出指令信号给第一电控三自由度精密工作台和第二电控三自由度精密工作台；当需要移动工件时，由所述控制计算单元向两套电控三自由度精密工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。

2.如权利要求1所述的三自由度位置调整方法，其特征还在于，所述两套电控三自由度精密工作台均分为上下两部分，上部分包括：上X方向导轨和上X方向伺服机构、上Y方向导轨和上Y方向伺服机构、上Z方向导轨和上Z方向伺服机构、上夹具、上工作台电控箱以及上支承构件；下部分包括：下X方向导轨和下X方向伺服机构、下Y方向导轨和下Y方向伺服机构、下Z方向导轨和下Z方向伺服机构、下夹具、下工作台电控箱以及下支承构件；每套电控三自由度精密工作台的上部分和下部分同轴设置，且上部分中的上夹具和下部分中的下夹具用来夹取工件；所述上X、Y、Z方向伺服机构和下X、Y、Z方向伺服机构分别驱动所述上X、Y、Z方向导轨运动和下X、Y、Z方向导轨运动，所述上、下工作台电控箱分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，上述上、下部分分别通过上、下支承构件进行固定；

所述步骤2)进一步包括：所述上、下工作台电控箱根据所述初始化指令信号分别为上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构提供驱动指令，所述上、下部分中的X、Y、Z方向伺服机构驱动上、下部分中的所述X、Y、Z方向导轨归零。

3.如权利要求2所述的三自由度位置调整方法，其特征还在于，所述两套电控三自由度精密工作台相互分离设计。

4.如权利要求2所述的三自由度位置调整方法，其特征还在于，每套电控三自由度精密工作台中，除了上、下支承构件外，所述上、下部分的其它组件关于所述上、下夹具之间在轴线上的中点对称。