CN105066131A - 一种高精度四维喷灯调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度四维喷灯调整装置，所述装置包括X轴向直线电机、Y轴向直线电机和Z轴向直线电机，三个直线电机均由伺服控制器驱动的直线电机及轨道组成；所述装置还包括第一电动缸、第二电动缸以及喷灯，其中所述第一电动缸和第二电动缸的一端均安装在Z轴向直线电机上，所述第一电动缸和第二电动缸呈并排状态，所述第一电动缸和第二电动缸的另一端均与喷灯连接；所述X轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯的X轴方向的位置，Y轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯Y轴方向的位置，Z轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯Z轴方向的位置，所述三个直线电机相互配合，用于控制喷灯在X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。

Description

一种高精度四维喷灯调整装置

技术领域

本发明属于控制技术领域，更具体地，涉及一种高精度四维喷灯调整装置。

背景技术

喷灯是利用喷射火焰对工件进行加热的一种工具，常用于焊接时加热烙铁、铸造时烘烤砂型、热处理时加热工件和喷射并加热原料使之发生化学反应等。由于加工件或加工环境要求无法人工手持喷灯以及需对喷灯喷射位置进行调节，现在一般使用涡轮蜗杆或丝杠进行手动调节，即便使用电机进行电动调节，往往也是一维调节，且无位置闭环反馈，其精度较低、定位速度慢。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高精度四维喷灯调整装置，用以实现喷灯位置的四维高精度调节，提高调节精度和定位速度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高精度四维喷灯调整装置，所述装置包括X轴向直线电机、Y轴向直线电机和Z轴向直线电机，三个直线电机均由伺服控制器驱动的直线电机及轨道组成；所述装置还包括第一电动缸、第二电动缸以及喷灯，其中所述第一电动缸和第二电动缸的一端均安装在Z轴向直线电机上，所述第一电动缸和第二电动缸呈并排状态，所述第一电动缸和第二电动缸的另一端均与喷灯连接；所述X轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯的X轴方向的位置，Y轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯Y轴方向的位置，Z轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯Z轴方向的位置，所述三个直线电机相互配合，用于控制喷灯在X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。

本发明的一个实施例中，所述三个直线电机上均安装有线性编码器，均采用伺服控制通过线性编码器反馈实时位置。

本发明的一个实施例中，所述直线电机可提供最大326N推力，最大可搬运质量达到48kg，最高速度可达100m/s，行程可达600mm。

本发明的一个实施例中，所述直线电机的滑台位置由线性编码器检测得到，控制反复定位精度达到±0.03mm，定位精度达到0.1mm。

本发明的一个实施例中，所述电动缸具备末端电子缓冲和制动控制功能。

本发明的一个实施例中，所述第一电动缸和第二电动缸均通过螺母固定在Z轴向直线电机上，通过调节该螺母的固定位置从而改变第一电动缸和第二电动缸的角度，以获得更大的喷灯调节范围。

本发明的一个实施例中，所述电动缸最大静载荷可达2000N，电动缸La/Lb行程最大50mm，额定载荷下速度为4mm/s。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的高精度四维喷灯调整装置，通过三个直线电机配合可实现喷灯的X、Y和Z轴三向调节，并且可通过调节两个电动缸的角度实现喷灯的喷射角度调节，从而实现喷灯的四维调节。

2、本发明使用电动缸及直线电机组成驱动系统，并由线性编码器反馈移动位置，对喷灯的三维位置及喷射角度进行四维高精度实时调节。

3、本发明使用电动缸驱动喷灯，与气缸或液压缸相比有较多优点，包括：没有漏气或漏油的隐患，维护方便使用寿命高，并且本发明可采用具备末端电子缓冲和制动控制功能的电动缸，使其运行过程中无撞击，噪音和振动低对整体设备影响很小。

4、本发明中所述第一电动缸和第二电动缸均通过螺母固定在Z轴向直线电机上，可通过手动调节该螺母的固定位置从而改变第一电动缸和第二电动缸的角度，以获得更大的喷灯调节范围。

附图说明

图1是本发明中高精度四维喷灯调整装置的总体结构示意图；

图2是图1中所示装置的多向视图，其中：

图2(a)为正视图；

图2(b)为左视图；

图2(c)为顶视图；

图2(d)为立体视图；

图3是图1中所示装置中的直线电机的多向视图，其中：

图3(a)为正视图；

图3(b)为顶视图；

图3(c)为右视图；

图3(d)为立体视图；

图4是本发明实施例中调节所述喷灯角度的控制示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

首先对本发明中涉及的各技术名词做一一解释：

电动缸：电动缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制；实现高精度直线运动的产品。

编码器：编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。它是一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

喷灯：利用喷射火焰对工件进行加热及处理的一种工具，在加热的条件下，使保存在一定温度下的原料气化，送至喷灯，由喷灯喷出原料气体，在火焰中发生化学反应，产生氧化物微粒等。

定位精度：以最大行程为基准长度，计算从行程开始位置实际移动的距离与指令之间的最大误差，以该值的绝对值作为定位精度。

反复定位精度：对任意一点在相同方向反复进行7次定位，测定停止位置，求出读数最大差的1/2。根据上述测定方法，在移动距离的中点及靠近两端的位置分别进行测定，在求出的数值中以最大值为测定值，在该值的1/2前加上±号作为反复定位精度。

如图1所示，本发明高精度四维喷灯调整装置由6个部分组成：包括X轴向直线电机1、Y轴向直线电机2和Z轴向直线电机3，三个直线电机均由伺服控制器驱动的直线电机及轨道组成；还有第一电动缸4以及第二电动缸5以及喷灯6。第一电动缸4和第二电动缸5的一端均安装在Z轴向直线电机3上，二者呈并排状态，另一端均与喷灯6连接。

其中，X轴向直线电机1可往复运动用于控制喷灯X轴方向的位置，Y轴向直线电机2可往复运动用于控制喷灯Y轴方向的位置，Z轴向直线电机3可往复运动用于控制喷灯Z轴方向的位置，所述三个直线电机相互配合，从而控制喷灯6在X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。其整体结构如图1所示，图2(a)图2(b)、图2(c)、图2(d)分别为该整体装置的正视图、左视图、顶视图以及立体视图。

具体地，三个直线电机均采用伺服控制通过线性编码器反馈实时位置。直线电机可以简单描述为是旋转电机被展平，与旋转电机的工作原理相似。动子是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，磁轨是把磁铁(通常是高能量的稀土磁铁)固定在钢上。电机的动子包括线圈绕组、霍尔元件电路板、电热调节器(温度传感器监控温度)和电子接口。直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要安装反馈直线位置的反馈装置—线性编码器，它可以直接测量负载的位置进行伺服闭环控制从而提高定位精度。

直线电机可以理解为是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。由于一般喷灯所处环境较恶劣，如果采用同步带或者外接齿轮箱将电机的旋转运动改变为直线运动因为过渡元件的损坏会大大提高系统的故障率。因为直接驱动直线电机本质上就是把旋转电机平放展开并直接联接到驱动负载上。凭借该配置，所有机械传动部分，例如齿条与齿轮、皮带/皮带轮和减速箱都被省略。从而消除了机械传动相关的其他问题。同时喷灯调节系统负载较小，本发明中直接驱动直线电机可提供最大326N推力，最大可搬运质量达到48kg，最高速度可达100m/s，行程可达600mm。直线电机滑台位置由线性编码器检测得到，控制反复定位精度达到±0.03mm，定位精度达到0.1mm。具体地，如图3(a)图3(b)、图3(c)、图3(d)所示分别为直流电机的正视图、顶视图、右视图以及立体视图。

第一电动缸4和第二电动缸5用于驱动喷灯6，电动缸较气缸或液压缸有较多优点，包括：没有漏气或漏油的隐患，维护方便使用寿命高，并且本发明可采用具备末端电子缓冲和制动控制功能的电动缸，使其运行过程中无撞击，噪音和振动低对整体设备影响很小。

如图4所示，为本发明实施例中调节所述喷灯角度的控制示意图，所述第一电动缸和第二电动缸均通过a处螺母固定在Z轴向直线电机上，通过调节该螺母的固定位置从而改变第一电动缸4和第二电动缸5的角度，以获得更大的喷灯调节范围。具体地，由于L1及L2处尺寸固定，通过调节a处螺母的固定位置，可以改变第一电动缸4和第二电动缸5的长度La、Lb，从而改变喷灯角度。本发明中电动缸最大静载荷可达2000N，电动缸La/Lb行程最大50mm，额定载荷下速度为4mm/s。根据电动缸数据可得到喷灯定位精度可达±0.1°。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高精度四维喷灯调整装置，其特征在于，所述装置包括X轴向直线电机、Y轴向直线电机和Z轴向直线电机，三个直线电机均由伺服控制器驱动的直线电机及轨道组成；所述装置还包括第一电动缸、第二电动缸以及喷灯，其中所述第一电动缸和第二电动缸的一端均安装在Z轴向直线电机上，所述第一电动缸和第二电动缸呈并排状态，所述第一电动缸和第二电动缸的另一端均与喷灯连接；所述X轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯的X轴方向的位置，Y轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯Y轴方向的位置，Z轴向直线电机可往复运动用于控制喷灯Z轴方向的位置，所述三个直线电机相互配合，用于控制喷灯在X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三个直线电机上均安装有线性编码器，均采用伺服控制通过线性编码器反馈实时位置。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述直线电机可提供最大326N推力，最大可搬运质量达到48kg，最高速度可达100m/s，行程可达600mm。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述直线电机的滑台位置由线性编码器检测得到，控制反复定位精度达到±0.03mm，定位精度达到0.1mm。

5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电动缸具备末端电子缓冲和制动控制功能。

6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一电动缸和第二电动缸均通过螺母固定在Z轴向直线电机上，通过调节该螺母的固定位置从而改变第一电动缸和第二电动缸的角度，以获得更大的喷灯调节范围。

7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电动缸最大静载荷可达2000N，电动缸La/Lb行程最大50mm，额定载荷下速度为4mm/s。