CN105957828A - 一种平台的定位系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开的一种运动机构的定位系统及其控制方法，控制器根据位置检测装置在平台振动时，检测到的平台位置信息，控制致动元件进行相应的伸缩动作输出。进而对平台的振动进行消减，且实时对定位误差进行补偿。当致动元件进行伸长时，弹簧元件受压缩短，从而使得平台向前移动；当致动元件进行缩短时，弹簧元件伸长，从而使得平台向后移动。因此，在平台振动时，获取平台的振动位置信息，并结合平台的目标位置，控制致动元件输出针对性往复运动，对平台的振动进行消减，并对平台的定位误差进行补偿。进而减少了平台的定位时间，提高了平台的定位精度。进而提高了电子制造装备的操作精度和工作效率。

Description

一种平台的定位系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及精密装备制造领域，更具体地说，涉及一种平台的定位系统及其控制方法。

背景技术

在微电子/光电子元器件的制造过程中，往往需要实现多目标位置的高速精密定位与操作，要求这类制造装备的运动平台具备快速精密定位功能。如图1所示，需要控制承载微电子器件的平台12运动到目标工位，然后对平台12承载的电子器件进行操作。现有技术中，平台12安装在与运动机构11的末端连接的支撑结构15上，控制机构14控制运动机构11的前后移动，进而实现平台12运动到目标工位。但是，平台12由运动转为静止时会产生振动，振动后的稳定位置通常与目标工位存在一定的误差；并且，振动的衰减时间很长，造成平台的定位过程耗费时间太长。进而影响电子制造装备的操作精度和工作效率。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种平台定位系统及其控制方法，欲实现减少平台的定位时间，提高平台的定位精度，进而提高电子制造装备的操作精度和工作效率的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种平台的定位系统，包括：腔体结构、致动元件、弹簧限位结构、弹簧元件、位置检测装置和控制器，其中，

所述腔体结构的第一侧壁设有用于运动机构末端穿过的孔，所述弹簧限位结构设置在所述运动机构的末端，所述弹簧元件套设在所述运动机构末端的外侧，且所述弹簧元件的一端抵接于所述第一侧壁的内侧，另一端抵接于所述弹簧限位结构的一侧；

所述致动元件的一端固定于与所述第一侧壁相对的第二侧壁，另一端抵接于所述弹簧限位结构的另一侧；

所述位置检测装置用于检测平台的位置信息，所述平台安装于所述腔体结构的顶端；

所述控制器分别与所述致动元件和所述位置检测装置连接，用于根据所述位置检测装置在所述平台振动时检测到的平台位置信息，控制所述致动元件的进行伸缩动作。

优选的，所述致动元件为：压电陶瓷元件或磁致伸缩元件。

优选的，所述位置检测装置为：光栅尺，所述光栅尺包括光栅读数头和标尺光栅，所述栅读数头安装在平台表面，所述标尺光栅安装在基座表面，所述控制器与所述栅读数头连接。

优选的，所述运动机构的末端与所述弹簧限位结构为一体结构。

优选的，所述运动机构的末端与所述弹簧限位结构可拆卸连接。

优选的，所述弹簧限位结构为：挡板。

优选的，所述致动元件的一端通过螺钉固定于所述第二侧壁。

一种平台的定位控制方法，基于上述平台的定位系统，所述方法包括：

实时获取所述平台的当前位置值；

判断平台是否处于振动状态，若是，则根据所述当前位置值和所述平台的目标位置值，实时确定所述致动元件的输出动作信息；

实时生成携带有所述输出动作信息的控制信号；

实时将所述控制信号发送至所述致动元件，以控制所述致动元件进行相应的动作输出。

优选的，所述根据所述当前位置值和所述平台的目标位置值，实时确定所述致动元件的输出动作信息，包括：

当所述当前位置值大于目标位置值时，确定所述输出动作信息为缩短以及缩短距离，所述缩短距离等于所述当前位置值减去所述目标位置值的距离；

当所述当前位置值小于目标位置值时，确定所述输出动作信息为伸长以及伸长距离，所述伸长距离等于所述目标位置值减去所述当前位置值的距离。

优选的，所述判断平台是否处于振动状态，包括：

对所述实时获取所述平台的当前位置值进行微分处理，确定所述平台的位移方向；

当所述位移方向变化时，记录所述位移方向变化时的时刻；

判断相邻两次所述位移方向变化时的时刻之间的间隔时间是否小于等于预设时间，若是则确定所述平台处于振动状态，若否，则确定所述平台未处于振动状态。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的一种运动机构的定位系统及其控制方法，控制器根据位置检测装置在平台振动时，检测到的平台位置信息，控制致动元件的进行相应的伸缩动作输出。进而对平台的振动进行消减，且实时对定位误差进行补偿。当致动元件进行伸长时，弹簧元件受压缩短，从而使得平台向前移动(图2中箭头方向)；当致动元件进行缩短时，弹簧元件伸长，从而使得平台向后移动(图2中箭头方向的反方向)。因此，在平台振动时，获取平台的振动位置信息，并结合平台的目标位置，控制致动元件输出针对性往复运动，对平台的振动进行消减，并对平台的定位误差进行补偿。进而减少了平台的定位时间，提高了平台的定位精度。进而提高了电子制造装备的操作精度和工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例公开的现有技术中的一种平台的定位系统的示意图；

图2为本实施例公开的一种平台的定位系统的示意图；

图3为本实施例公开的采用本申请平台的定位系统减振和误差补偿示意图；

图4为本实施例公开的一种平台的定位控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实施例公开一种平台的定位系统，参见图2所示，包括：腔体结构1、致动元件2、弹簧限位结构3、弹簧元件4、位置检测装置(71、72)和控制器(未示出)，其中，

腔体结构1的第一侧壁(图2中左侧壁)设有用于运动机构5末端穿过的孔，弹簧限位结构3设置在运动机构5的末端，弹簧元件4套设在运动机构5末端的外侧，且弹簧元件4的一端抵接于第一侧壁的内侧，弹簧元件4的另一端抵接于弹簧限位结构3的一侧。运动机构5的末端与弹簧限位结构3可以设置成一体结构，也可以将运动机构5的末端与弹簧限位结构3设置成可拆卸连接。弹簧限位结构可以设置为挡板或者挡棍，主要用于对弹簧元件4进行限位。

致动元件2的一端固定于与第一侧壁相对的第二侧壁(图2中右侧壁)，另一端抵接于弹簧限位结构3的另一侧。致动元件2的一端通过螺钉固定于第二侧壁上。

控制器分别与致动元件2和位置检测装置连接，平台6安装于腔体结构1的顶端，位置检测装置用于检测平台6的位置信息。优选的，本实施例中位置检测装置采用光栅尺，包括光栅读数头71和标尺光栅72两部分，其中光栅读数头71安装在平台6上，标尺光栅72安装在基座9上，控制器与栅读数头71连接。

控制机构8控制运动机构5进行前后移动，即在图2所示情况下的左右移动。进而平台6实现在不同工位的往复运动。在往复过程中，平台6由运动状态转化成静止状态时，会产生一定的振动。

控制器根据位置检测装置在平台6振动时，检测到的平台位置信息，控制致动元件2的进行伸缩动作。当致动元件2进行伸长时，弹簧元件4受压缩短，从而使得平台6向前移动(图2中箭头方向)；当致动元件2进行缩短时，弹簧元件4伸长，从而使得平台6向后移动(图2中箭头方向的反方向)。因此，在平台6振动时，获取平台6的振动位置信息，并结合平台6的目标位置，控制致动元件2输出针对性往复运动，对平台6的振动进行消减，并对平台的定位误差进行补偿。进而减少了平台6的定位时间，提高了微电子器件的制造效率。

致动元件可以为：压电陶瓷元件或磁致伸缩元件。压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换功能，并具有精密位移快速输出功能，从而对平台产生致动动作。磁致伸缩元件在外磁场作用下伸长或缩短，去掉外磁场后，其又恢复原来的长度。

如图3所示，未利用本实施例中平台的定位系统，进行平台的振动消减和误差补偿时。运动机构的到位振动规律如曲线d所示，平台的到位振动规律与运动机构的到位振动规律一致，如曲线p所示进行阻尼振动：

y＝A^-δt sin(ωt+θ)

其中，y表示振动位移，A表示最大振动幅值，ω表示振动位移系数，δ表示振动阻尼系数，t表示时间，θ表示初始相位角。

当采用本实施例中平台的定位系统进行减振和误差补偿后，平台的到位振动情况如曲线s所示。即振动的衰减时间很短，平台很快实现稳定，且实现了误差补偿，平台振动消除时，平台稳定的位置即为平台的目标位置m。具体的减振和误差补偿过程为：控制器实时获取平台振动时的当前位置值，然后结合目标位置值，控制致动元件进行伸缩动作。例如，如图3中所示，当平台的当前位置在目标位置上方时，控制致动元件进行缩短，缩短距离等于当前位置值减去目标位置值的距离；当平台的当前位置在目标位置的下方时，控制致动元件进行伸长，伸长距离等于目标位置值减去当前位置值的距离。重复伸缩动作，直至平台的当前位置与目标位置重合且不再变化为止。本实施例公开的平台的定位系统同时完成了平台的减振和误差补偿过程。

本实施例公开一种平台的定位控制方法，所述方法基于本实施例公开的平台的定位系统，参见图4所示，所述方法包括：

步骤S11：实时获取所述平台的当前位置值。

步骤S12：判断平台是否处于振动状态，若是，则根据当前位置值和平台的目标位置值，实时确定致动元件的输出动作信息。

平台的振动状态检测方式可以有多种。具体的，平台在振动状态时，移动方向会出现反复变化。因此，本实施例采用的是，对位置检测装置实时检测的位置信息进行微分处理，判断平台的移动方向，以及在平台的移动方向变化时，确定平台的移动方向变化时的时刻，当相邻两次移动方向变化时的时刻之间的间隔时间小于等于预设时间时，即可确定平台处于振动状态。预设时间大于等于运动机构最大到位振动周期的一半，且小于平台往复于不同工位的时间间隔。最大到位振动周期即为运动机构在产生阻尼振动时的第一个振动周期。

输出动作信息包括伸长以及伸长值，或缩短以及缩短值。获取平台振动时的当前位置后，即获取平台振动时的实时位置后，结合平台的目标位置，可以实时确定致动元件需要输出的动作信息。即如图3中所示，当平台的当前位置值大于目标位置值时，控制致动元件进行缩短，缩短距离等于当前位置值减去目标位置值的距离；当平台的当前位置值小于目标位置值时，控制致动元件进行伸长，伸长距离等于目标位置值减去当前位置值的距离。

步骤S13：实时生成携带有输出动作信息的控制信号。

步骤S14：实时将控制信号发送至致动元件，以控制致动元件进行相应的动作输出。

致动元件在接收到携带有输出动作信息的控制信息号时，实时输出相应伸缩动作。实现针对平台振动过程中，每一次的振动位移进行减振，每一次误差进行误差补偿。实现平台的减振和误差补偿的同时进行。减少了平台的定位时间，提高了微电子器件的制造效率。

需要说明的是，如果致动元件的伸缩范围，小于平台的定位误差，那么将不能实现精确的误差补偿。因此，上述实施例选用伸缩范围μ大于ε的致动元件，ε为平台的重复定位误差的阈值ε。

还需要说明的是，上述实施例介绍的平台的定位控制方法，是基于确定的缩短距离小于等于致动元件的缩短阈值μ/2，确定的伸长距离小于等于致动元件的伸长阈值μ/2。而对于计算出的缩短距离大于μ/2的情况，确定致动元件的缩短距离为致动元件的缩短阈值μ/2；相应的，计算出的伸长距离大于μ/2，则确定致动元件的伸长距离为致动元件的伸长阈值μ/2。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种平台的定位系统，其特征在于，包括：腔体结构、致动元件、弹簧限位结构、弹簧元件、位置检测装置和控制器，其中，

所述腔体结构的第一侧壁设有用于运动机构末端穿过的孔，所述弹簧限位结构设置在所述运动机构的末端，所述弹簧元件套设在所述运动机构末端的外侧，且所述弹簧元件的一端抵接于所述第一侧壁的内侧，另一端抵接于所述弹簧限位结构的一侧；

所述致动元件的一端固定于与所述第一侧壁相对的第二侧壁，另一端抵接于所述弹簧限位结构的另一侧；

所述位置检测装置用于检测平台的位置信息，所述平台安装于所述腔体结构的顶端；

所述控制器分别与所述致动元件和所述位置检测装置连接，用于根据所述位置检测装置在所述平台振动时检测到的平台位置信息，控制所述致动元件的进行伸缩动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述致动元件为：压电陶瓷元件或磁致伸缩元件。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置检测装置为：光栅尺，所述光栅尺包括光栅读数头和标尺光栅，所述栅读数头安装在平台表面，所述标尺光栅安装在基座表面，所述控制器与所述栅读数头连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运动机构的末端与所述弹簧限位结构为一体结构。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运动机构的末端与所述弹簧限位结构可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弹簧限位结构为：挡板。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述致动元件的一端通过螺钉固定于所述第二侧壁。

8.一种平台的定位控制方法，其特征在于，基于如权利要求1-7任意一项所述平台的定位系统，所述方法包括：

实时获取所述平台的当前位置值；

判断平台是否处于振动状态，若是，则根据所述当前位置值和所述平台的目标位置值，实时确定所述致动元件的输出动作信息；

实时生成携带有所述输出动作信息的控制信号；

实时将所述控制信号发送至所述致动元件，以控制所述致动元件进行相应的动作输出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前位置值和所述平台的目标位置值，实时确定所述致动元件的输出动作信息，包括：

当所述当前位置值大于目标位置值时，确定所述输出动作信息为缩短以及缩短距离，所述缩短距离等于所述当前位置值减去所述目标位置值的距离；

当所述当前位置值小于目标位置值时，确定所述输出动作信息为伸长以及伸长距离，所述伸长距离等于所述目标位置值减去所述当前位置值的距离。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判断平台是否处于振动状态，包括：

对所述实时获取所述平台的当前位置值进行微分处理，确定所述平台的位移方向；

当所述位移方向变化时，记录所述位移方向变化时的时刻；

判断相邻两次所述位移方向变化时的时刻之间的间隔时间是否小于等于预设时间，若是则确定所述平台处于振动状态，若否，则确定所述平台未处于振动状态。