CN105302164A - 一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位方法及其装置，包括用于进行补偿定位精度的补偿元件、用于放置运动机构的基座、用于检测定位精度的位置检测装置和用于控制整个定位补偿控制运作的控制系统；补偿元件安装于运动机构，位置检测装置安装于基座和补偿元件上。本发明提出根据以上结构，针对精密运动机构到位误差问题，提出利用补偿元件的精密往复进给运动，不断快速地对运动机构的到位误差进行动态可调的准确补偿，提高运动机构的定位精度，有效减小运动机构到位震荡与定位时间。

Description

一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位方法及其装置

技术领域

本发明涉及定位误差补偿的技术领域，尤其涉及一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位方法及其装置。

背景技术

微电子元器件的精度要求不断提高，对精密机械及电子制造装备和工业制造机器人等数字化装备的制造精度要求也不断提高，而制造装备运动机构的定位误差问题越发的重要与突显。在运动机构快速定位与高精度定位的要求下，快速准确地实现定位误差的补偿是一个值得研究和探索的方向。当今对运动机构定位误差补偿的研究还存在着很多不足，特别是还没有出现一种对定位误差迅速准确补偿的定位装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于解决补偿定位装置的定位误差缓慢、且准确度低等问题提出一种面向精密机械及电子制造装备高速运动机构快速精密定位的运动误差动态可调定位方法及其装置，利用可伸缩的精密进给智能元件的往复运动，不断快速地对运动机构的到位误差进行动态可调的准确补偿，提高运动机构的定位精度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，包括用于进行补偿定位精度的补偿元件、用于放置运动机构的基座、用于检测定位精度的位置检测装置和用于控制整个定位补偿控制运作的控制系统；

所述补偿元件安装于所述运动机构。

优选的，所述补偿元件为可输出快速往复精密运动的精密致动元件。

优选的，所述精密致动元件为压电材料或磁致伸缩材料。

优选的，所述补偿元件通过螺钉安装于所述运动机构。

优选的，所述运动机构的重复定位误差在所述补偿元件所能补偿的作用区间内。

优选的，所述区间满足以下条件：补偿元件的有效动作距离范围△与所述运动机构的重复定位误差ε间的关系满足ε≤△；所述△由所述补偿元件的型号选型确定，所述ε由所述需要进行定位误差补偿的运动机构性能确定。

优选的，补偿元件的启动条件满足以下条件：所述运动机构定位阶段的到位振动一个振动周期内的波峰波谷振动幅值A与开始动作条件的设定触发值α的关系满足A﹤α。

优选的，补偿元件进行定位误差补偿的输出位移满足以下条件：补偿元件进行相应的位移输出△_i(i＝1,2,3...)与所述运动机构当前的定位误差d_i(i＝1,2,3...),满足关系△_i＝d_i(i＝1,2,3...)。

优选的，所述位置检测元件由两个相互配合的位置检测子元件组成，所述位置检测子元件组成分别安装于所述基座和所述补偿元件上。

优选的，如上述所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置的定位方法，其包括以下步骤：

A)、补偿元件1的型号选型，所选补偿元件1的有效动作距离范围△与所述运动机构的重复定位误差ε间的关系满足ε≤△；

B)、所述位置检测装置2测定所述运动机构5的位置信息和运动信息；

C)、所述控制系统3通过位置检测装置2获得所述运动机构5的到位振动信息，当所述运动机构5的到位振动一个振动周期内的波峰波谷幅值A满足预设值α，即满足启动条件A<α时，所述控制系统3发送启动信号给所述补偿元件1；

D)、所述位置检测装置2获得所述运动机构5当前的定位误差d_i(i＝1,2,3...),即d_i为所述运动机构5当前位置与目标定位位置的差值，所述补偿元件1依据误差信息输出快速往复致动运动，实时地针对每一次运动机构距离目标位置的差值进行动作输出与补偿，补偿元件1输出响应的位移输出△_i(i＝1,2,3...)，满足关系△_i＝d_i(i＝1,2,3...)；

E)、所述位置检测装置2不断地对运动机构位置进行检测，所述补偿元件1不断地对定位误差进行补偿，对运动机构超出的误差d_i ⁺，补偿元件1进行收缩动作，收缩距离△_i＝|d_i ⁺|，同样地，对运动机构低于的误差d_i ^-，补偿元件1进行伸长动作，伸长距离△_i＝|d_i ^-|，直到定位误差d_i小于理想定位精度δ，即满足条件d_i<δ时，定位方法结束。

本发明的有益效果：1、机械结构简单便捷；2、利用精密致动元件的快速往复进给运动对运动机构的到位误差进行补偿，能够很好地解决运动机构到位误差问题，减小运动机构的定位误差，缩短运动机构的定位时间；3、定位补偿方法可实现动态可调且具有针对性的定位误差补偿；4、定位补偿方法可快速稳定实现运动机构定位的高精度性能，并对自然波动误差具有确定的补偿作用；5、定位补偿方法可对运动机构不同情况的到位误差(如到位振幅、到位速度、到位加速度等参数不同的情况)产生有效的定位补偿作用；6、适于各类运动机构的到位误差补偿。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的原理效果图；

图3是本发明的一个实施例的控制流程图。

其中：补偿元件1、位置检测装置2、控制系统3、基座4、运动机构5；

A-运动机构到位振动波峰波谷幅值；α-开始动作条件的设定触发值；d_i(i＝1,2,3...)-运动机构在定位阶段的定位误差；△-补偿元件的动作范围；△_i(i＝1,2,3...)-补偿元件针对运动机构具体定位误差大小进行的补偿动作距离；ε-运动机构的定位精度；δ-理想定位精度。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

这里需要说明，附图仅为说明本方案而用的示意图，并未严格按照比例绘制，并未构成对本方案的实质限制。

一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，包括用于对运动机构5进行补偿定位精度的补偿元件1、用于放置运动机构的基座4、用于检测机构定位精度的位置检测装置2和用于控制整个运动机构5与定位补偿的控制系统3；

所述补偿元件1安装于所述运动机构5上，所述位置检测装置2安装于所述基座4和所述补偿元件1，所述位置检测装置2用于所述运动机构5的位置检测与反馈。

如图1和图2所示，快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置包括所述运动机构5、补偿元件1、位置检测装置2、控制系统3和基座4，所述补偿元件1安装于所述运动机构5上，所述位置检测装置2安装于所述补偿元件1和所述基座4上，可通过所述位置检测装置2检测所述运动机构5的位置，获得到位振动幅度A和定位误差d。利用所述补偿元件1的精密往复进给运动，对所述运动机构5在定位阶段的误差进行动态可调的补偿，从而不间断地将所述运动机构5推向目标位置的定位补偿方法。所述运动机构5的位置信息和定位误差信息由所述位置测量装置2检测并传送信号到所述控制系统3，如所述补偿元件1的动作距离或所述运动机构5的移动控制等整个控制运作由所述控制系统3来控制。

优选的，所述补偿元件1为可输出快速往复精密运动的精密致动元件。通过所述精密致动元件输出高频进给运动，所输出的距离依据所述运动机构5在定位阶段当前的位置与目标位置间的距离差值，通过所述精密致动元件输出相应的位移，有效补偿所述运动机构5的定位误差，并且精密致动元件补偿动作的实施开始于所述运动机构5到达目标位置附近进行到位振动的定位阶段时期，尽可能地使定位误差补偿与定位过程的时间缩小，快速准确地完成定位误差补偿。

优选的，所述精密致动元件为压电材料或磁致伸缩材料。压电材料具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，并具有精密位移快速输出的功能；磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生致动动作。

优选的，所述补偿元件1通过螺钉安装于所述运动机构5。所述位置检测装置2螺钉固定安装于所述补偿元件1和所述基座4上，通过所述位置检测装置2的位置检测，更加方便的调整所述补偿元件1的动作距离和所述运动机构5的移动，调整简单，无需重新拆装。

优选的，所述运动机构5的重复定位误差在所述补偿元件1所能补偿的作用区间内。确保整个运动机构的有效补偿。

优选的，所述区间满足以下条件：所述补偿元件1的有效动作距离范围△与所述运动机构的重复定位误差ε间的关系满足ε≤△；所述△由所述补偿元件的型号选型确定，所述ε由所述需要进行定位误差补偿的运动机构性能确定。

当所述运动机构5接近目标定位位置，开始进行减速运动进入定位阶段，当所述运动机构5到达目标定位位置并产生到位振动，所述位置检测装置2检测所述运动机构5到位振动一个振动周期内的波峰波谷振动幅值A，当A满足设定触发值得条件A<α，所述控制系统3启动所述补偿元件1，所述补偿元件1进行误差补偿动作，输出的动作距离△_i(i＝1,2,3...)由所述位置检测装置2所检测的运动机构位置距目标位置的误差值d_i(i＝1，2,3...)确定，进行实时动态可调的误差补偿输出，可有效对所述运动机构5的定位误差进行补偿，从而快速准确地完成定位误差补偿。

优选的，所述△_i满足以下条件：△_i＝d_i(i＝1,2,3...)。以保证补偿元件1每次的补偿输出尽可能准确地补偿当次定位误差。

优选的，所述位置检测元件2由两个相互配合的位置检测子元件组成，所述位置检测子元件组成分别安装于所述基座和所述补偿元件上。可提高检测精度。

如图3所示，一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置的定位方法，包括以下步骤：

A)、补偿元件1的型号选型，所选补偿元件1的有效动作距离范围△与所述运动机构的重复定位误差ε间的关系满足ε≤△；

B)、所述位置检测装置2测定所述运动机构5的位置信息和运动信息；

C)、所述控制系统3通过位置检测装置2获得所述运动机构5的到位振动信息，当所述运动机构5的到位振动一个振动周期内的波峰波谷幅值A满足预设值α，即满足启动条件A<α时，所述控制系统3发送启动信号给所述补偿元件1；

D)、所述位置检测装置2获得所述运动机构5当前的定位误差d_i(i＝1,2,3...),即d_i为所述运动机构5当前位置与目标定位位置的差值，所述补偿元件1依据误差信息输出快速往复致动运动，实时地针对每一次运动机构距离目标位置的差值进行动作输出与补偿，补偿元件1输出响应的位移输出△_i(i＝1,2,3...)，满足关系△_i＝d_i(i＝1,2,3...)；

E)、所述位置检测装置2不断地对运动机构位置进行检测，所述补偿元件1不断地对定位误差进行补偿，对运动机构超出的误差d_i ⁺，补偿元件1进行收缩动作，收缩距离△_i＝|d_i ⁺|，同样地，对运动机构低于的误差d_i ^-，补偿元件1进行伸长动作，伸长距离△_i＝|d_i ^-|，直到定位误差d_i小于理想定位精度δ，即满足条件d_i<δ时，定位方法结束。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：包括用于进行补偿定位精度的补偿元件、用于放置运动机构的基座、用于检测定位精度的位置检测装置和用于控制整个定位补偿控制运作的控制系统；

所述补偿元件安装于所述运动机构。

2.根据权利要求1所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：所述补偿元件为可输出快速往复精密运动的精密致动元件。

3.根据权利要求2所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：所述精密致动元件为压电材料或磁致伸缩材料。

4.根据权利要求3所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：所述补偿元件通过螺钉安装于所述运动机构。

5.根据权利要求1所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：所述运动机构的重复定位误差在所述补偿元件所能补偿的作用区间内。

6.根据权利要求5所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：所述区间满足以下条件：补偿元件的有效动作距离范围△与所述运动机构的重复定位误差ε间的关系满足ε≤△；所述△由所述补偿元件的型号选型确定，所述ε由所述需要进行定位误差补偿的运动机构性能确定。

7.根据权利要求1所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：补偿元件的启动条件满足以下条件：所述运动机构定位阶段的到位振动一个振动周期内的波峰波谷振动幅值A与开始动作条件的设定触发值α的关系满足A﹤α。

8.根据权利要求1所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：补偿元件进行定位误差补偿的输出位移满足以下条件：补偿元件进行相应的位移输出△_i(i＝1,2,3...)与所述运动机构当前的定位误差d_i(i＝1,2,3...),满足关系△_i＝d_i(i＝1,2,3...)。

9.根据权利要求1所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置，其特征在于：所述位置检测元件由两个相互配合的位置检测子元件组成，所述位置检测子元件组成分别安装于所述基座和所述补偿元件上。

10.如权利要求2-9任意一项所述的一种快速补偿运动机构到位误差的精密定位装置的定位方法，其特征在于：其包括以下步骤：

A)、补偿元件1的型号选型，所选补偿元件1的有效动作距离范围△与所述运动机构的重复定位误差ε间的关系满足ε≤△；

B)、所述位置检测装置2测定所述运动机构5的位置信息和运动信息；

C)、所述控制系统3通过位置检测装置2获得所述运动机构5的到位振动信息，当所述运动机构5的到位振动一个振动周期内的波峰波谷幅值A满足预设值α，即满足启动条件A<α时，所述控制系统3发送启动信号给所述补偿元件1；

D)、所述位置检测装置2获得所述运动机构5当前的定位误差d_i(i＝1,2,3...),即d_i为所述运动机构5当前位置与目标定位位置的差值，所述补偿元件1依据误差信息输出快速往复致动运动，实时地针对每一次运动机构距离目标位置的差值进行动作输出与补偿，补偿元件1输出响应的位移输出△_i(i＝1,2,3...)，满足关系△_i＝d_i(i＝1,2,3...)；

E)、所述位置检测装置2不断地对运动机构位置进行检测，所述补偿元件1不断地对定位误差进行补偿，对运动机构超出的误差d_i ⁺，补偿元件1进行收缩动作，收缩距离△_i＝|d_i ⁺|，同样地，对运动机构低于的误差d_i ^-，补偿元件1进行伸长动作，伸长距离△_i＝|d_i ^-|，直到定位误差d_i小于理想定位精度δ，即满足条件d_i<δ时，定位方法结束。