CN103277442A - 一种基于能量快速消减的末端减振装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量快速消减的末端减振装置及其控制方法，主要用于微电子封装设备的运动部件末端减振。所述的末端减振机构主要由本体、衔铁及控制器组成。所述本体主要由壳体、电磁铁、支撑板、应变片及弹性体等组成。所述的应变片粘贴在弹性体的底部凹穴中部，用来检测弹性体的应变能变化情况。所述的电磁铁安装在壳体内部，所述的支撑板及弹性体安装在壳体一侧。所述的衔铁安装在主运动装置的运动部件上。所述弹性体用来吸收主运动部件的末端残余振动能量，所述电磁铁用来消耗弹性体吸收的能量。本发明装置减振速度快，且不影响主运动机构运动特性，可以提高主运动机构的工作效率。

Description

一种基于能量快速消减的末端减振装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种高速轻载运动机构的末端减振设计，特别地涉及了微电子封装设备的运动部件末端减振设计领域。

背景技术

微电子封装设备中的运动部件在工作过程中需要频繁地往返不同的工位执行不同的操作。为提高上述设备的生产效率，上述设备的运动部件需要具备高运动速度和快速稳定停止的特性。在微电子封装设备中，为减小运动惯性影响，其高速运动的工作部件往往采用轻量化设计，且上述工作部件多为具有一定长度的杆状部件，其阻尼比很小。又由于工作电机存在的运动惯性影响，上述部件在由高速运动转为静止状态时，运动部件的工作末端会残余小幅振动。此部分的小幅振动及其衰减时间将对微电子封装设备的定位精度及工作效率产生较大影响。

工程上可以通过变更运动部件结构设计、改进电机运动特性、引入阻尼环节等手段来解决运动部件的残余振动问题。但上述方法往往会增加设备成本，提高控制系统的复杂性。

专利文献CN102705415A中公开了一种减振技术领域的高速电磁阻尼器。上述电磁阻尼器安装在运动执行器的末端。上述阻尼器包含有连接杆。当运动部件急速停止时，其部分动能使实际制动距离超过预定位置，这将导致连接杆与工作面发生碰撞接触，进而使阻尼器起作用，来缓解冲击力，并减小振动。通过控制电磁铁电流，上述阻尼器可以得到不同的电磁阻尼力，进而有效的改善运动执行器的末端减振效果。但上述高速电磁阻尼器存在如下不足：1.上述电磁阻尼器的本体固定在高速运动的执行部件上，这将增加所述执行部件的质量及运动惯性影响；2.上述电磁阻尼器的设计重点在于控制接触阻尼力，缺少能量吸收及消耗部件的设计，这将导致执行器在停止时的残余振动振幅的衰减时间较长；3.上述电磁阻尼器主要针对高频振动消振，对低频率振动的抑制效果不佳；4.上述电磁阻尼器的控制方案比较复杂，限制了其应用范围。

发明内容

针对目前高速运动部件快速制动时的残余振动控制方面存在的问题，本发明在于提出一种控制简单、高减振速度的末端减振装置。本发明的另一目的在于提出一种所述末端减振装置的控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于能量快速消减的末端减振装置，其特征在于：所述装置主要由本体、衔铁(6)旋转电机(8)和摆杆(7)组成；

其中本体主要由壳体(1)、电磁铁(2)、支撑板(3)、应变片(4)及弹性体(5)组成。所述的弹性体(5)底部留有凹穴。应变片(4)粘贴在弹性体(5)的凹穴中部，用以检测弹性体(5)的变形情况，进而间接检测弹性体(5)承受的压力状态。所述的电磁铁(2)固定在壳体(2)内。所述的支撑板(3)及弹性体(5)固定在壳体(1)上，位于电磁铁(2)的主要电磁力作用方向，所述旋转电机(8)控制摆杆(7)高速运动；

所述的本体部分安装在摆杆(7)的预定停止位置。所述的衔铁(6)安装固定在摆杆(7)的高速运动部件上。上述的弹性体(5)用来吸收摆杆(7)在其预定停止处的残余动能，上述的电磁铁(2)与安装在摆杆(7)的衔铁(6)通过电磁力做功消耗弹性体(5)吸收的能量，通过快速消减摆杆(7)的能量来实现快速末端减振。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量快速消减的末端减振装置，其特征在于：所述的弹性体(5)主要采用橡胶类材料制作。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的一种基于能量快速消减的末端减振装置的控制方法，其特征在于所述的控制方法主要包含以下步骤：

1)旋转电机(8)控制摆杆(7)移动至预定停止处。

2)步骤1中的摆杆(7)在其预定停止处产生残余振动，对末端减振装置的弹性体(5)产生冲击力，使弹性体(5)产生形变，吸收冲击能量。

3)应变片(4)检测步骤2中弹性体(5)应变的变化的情况。当检测到弹性体(5)的应变处于增加状态时，末端减振装置的电磁铁(2)不通电，不产生电磁力作用。当检测到弹性体(5)的应变处于减小状态时，在末端减振装置的控制器作用下，电磁铁(2)与固定在摆杆(7)上的衔铁(6)产生变化的电磁力作用，消耗弹性体(5)对外释放的变形能。当检测到弹性体(5)的应变恢复为原始值时，电磁铁(2)断电。

4.根据权利要求3所述的一种基于能量快速消减的末端减振装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法的步骤3中，当电磁铁(2)处于通电状态时，末端减振装置的控制器控制目标是快速消减弹性体(5)的变形能。所述的控制器根据应变片(4)所检测的弹性体(5)的应变情况，来调整电磁力的大小。当所述的应变值越大时，电磁力越大；当所述的应变值越小时，电磁力越小。

通过上述工作过程，本发明装置可以快速地吸收的运动部件的残余动能，进而快速减小末端振动。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下有益效果：

1)本发明装置在实施时，仅有衔铁固定在运动部件上，其余主体部分安装固定在静止部件上，基本不影响运动部件的工作性能；

2)本发明装置采用了应变片作为检测弹性体能量吸收释放的的传感器，大大减低了本发明装置的控制复杂性；

3)本发明装置采用了能量快速耗减的设计，有助于提高主运动装置的工作速度和工作范围，进而提高工作效率。

附图说明

图1为本发明本体的分解示意图；

图2为为本发明装置的实施例图；

图3为本发明装置的俯视图；

图4为本发明装置的主剖视图。。

其中：1.壳体；2.电磁铁；3.支撑板4.电阻应变片；5.弹性块6.衔铁7.摆杆；8.旋转电机。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1及图2所示，本发明装置主要由壳体(1)、电磁铁(2)、支撑板(3)、应变片(4)、弹性体(5)和衔铁(6)组成。其中电磁铁(2)固定在壳体(1)内部，支撑板(3)与弹性体(5)与在壳体(1)固定为一体。其中弹性体(5)在靠近电磁体(2)一侧留有凹形空穴，上述的应变片(4)粘贴在弹性体的凹形空穴的中间表面上，用以直接检测弹性体的应变，间接地检测弹性体承受压力的变化。本发明装置中的衔铁(6)固定在主运动装置的运动部件上，使电磁铁(2)的电磁力可以作用在主运动部件上。

如图2所示，旋转电机(8)与摆杆(7)构成主运动装置的运动部分。图示B处为主运动装置的停止定位位置。在主运动装置的控制下，旋转电机(8)带动摆杆(7)由A处高速运动并停止在B处。由于摆杆(7)为轻量化小阻尼比部件以及旋转电机(8)的惯性作用，摆杆(7)在停止位置B处将出现额外的高频振动。本发明装置安装在B处响应位置，使摆杆(7)在B处的高频振动可以持续撞击本发明装置的弹性体(5)。

本发明装置的工作原理为：处于B处的摆杆(7)撞击弹性体(5)时，弹性体(5)将发生变形，同时粘贴在弹性体(5)上的应变片(4)将通过检测弹性体的应变来间接检测摆杆(7)撞击弹性体(5)时的压力变换情况。当应变片(4)检测摆杆(7)与弹性体(5)的接触压力处于增加状态时，电磁铁(2)不通电，弹性体(5)将摆杆(7)的动能转为自身的变形能。当应变片(4)检测摆杆(7)与弹性体(5)的接触压力处于减小状态时，电磁体(2)开始工作，并对固定在摆杆(7)上的衔铁(6)产生电磁力作用，阻止弹性体(5)的变形能重新转为摆杆(7)的动能。当应变片(4)检测到弹性体(5)的应变恢复为初始值时，电磁铁(2)停止工作。利用上述过程，本发明装置将快速消减摆杆(7)的残余动能，减小摆杆(7)的工作末端振动并快速停止。

在本实施例中，如图1和图2所示的减振装置配有可编程控制器，用于控制电磁铁(2)的电磁力变化。

本实施例中，摆杆(7)在A-B工作行程中的动力学模型为轻载小阻尼比模型，摆杆(7)在B处的减振过程中的动力学模型为高阻尼模型。利用上述两种不同动力学模型的切换，本发明装置可以实现主运动装置的高工作速度及快速定位，进而提高主运动装置的工作效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于能量快速消减的末端减振装置，其特征在于：所述装置主要由本体、衔铁(6)旋转电机(8)和摆杆(7)组成；

其中本体主要由壳体(1)、电磁铁(2)、支撑板(3)、应变片(4)及弹性体(5)组成。所述的弹性体(5)底部留有凹穴。应变片(4)粘贴在弹性体(5)的凹穴中部，用以检测弹性体(5)的变形情况，进而间接检测弹性体(5)承受的压力状态。所述的电磁铁(2)固定在壳体(2)内。所述的支撑板(3)及弹性体(5)固定在壳体(1)上，位于电磁铁(2)的主要电磁力作用方向，所述旋转电机(8)控制摆杆(7)高速运动；

所述的本体部分安装在摆杆(7)的预定停止位置。所述的衔铁(6)安装固定在摆杆(7)的高速运动部件上。上述的弹性体(5)用来吸收摆杆(7)在其预定停止处的残余动能，上述的电磁铁(2)与安装在摆杆(7)的衔铁(6)通过电磁力做功消耗弹性体(5)吸收的能量，通过快速消减摆杆(7)的能量来实现快速末端减振。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量快速消减的末端减振装置，其特征在于：所述的弹性体(5)主要采用橡胶类材料制作。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的一种基于能量快速消减的末端减振装置的控制方法，其特征在于所述的控制方法主要包含以下步骤：

1)旋转电机(8)控制摆杆(7)移动至预定停止处。

2)步骤1中的摆杆(7)在其预定停止处产生残余振动，对末端减振装置的弹性体(5)产生冲击力，使弹性体(5)产生形变，吸收冲击能量。

3)应变片(4)检测步骤2中弹性体(5)应变的变化的情况。当检测到弹性体(5)的应变处于增加状态时，末端减振装置的电磁铁(2)不通电，不产生电磁力作用。当检测到弹性体(5)的应变处于减小状态时，在末端减振装置的控制器作用下，电磁铁(2)与固定在摆杆(7)上的衔铁(6)产生变化的电磁力作用，消耗弹性体(5)对外释放的变形能。当检测到弹性体(5)的应变恢复为原始值时，电磁铁(2)断电。

4.根据权利要求3所述的一种基于能量快速消减的末端减振装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法的步骤3中，当电磁铁(2)处于通电状态时，末端减振装置的控制器控制目标是快速消减弹性体(5)的变形能。所述的控制器根据应变片(4)所检测的弹性体(5)的应变情况，来调整电磁力的大小。当所述的应变值越大时，电磁力越大；当所述的应变值越小时，电磁力越小。

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