CN106125774A - 基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法，所述装置包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接。本发明使得双轴同步运动控制的运动范围增加，突破了传统固定型检测装置的局限性，无需回零和校准，使之能稳定、准确、快速地到达同步运动，并能在干扰出现运动不同步时快速恢复同步。
Description
技术领域
本发明涉及一种双轴同步运动控制装置及方法，尤其是一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法，属于双轴同步控制领域。
背景技术
在现代制造业中，人们对高生产率、低成本的需求越来越高，例如表面贴装机和数控机床在加工一些复杂零件或为了减少产品加工的工序时，传统的单轴运动常常难以满足需要，生产中机械轴同步运动应运而生，也正因如此，多轴系统在现代工业生产中被广泛应用，如三峡工程中使用的升船机、煤球机、冶金工厂中的多轴辊道、造纸机、桥式或龙门起重机以及各种机器人系统。但随着社会的发展，人们对多轴系统提出了更高的要求，如高速度、高精度的加工要求在造纸、印染、纺织等产业生产中显得越来越重要，为了提高多轴系统的综合性能，不仅要考虑单个轴的控制品质，还要把各轴之间的运动控制有机协调起来，才能达到系统整体全局性能的最优化。
多轴系统是非线性、强耦合的多输入多输出系统，其多个轴的协调控制是一个很复杂且很重要的问题。在机械加工中，由实际位置到期望轮廓的距离产生的轮廓误差直接关系到产品的质量，减小同步误差是降低轮廓误差的关键。高速龙门移动键铣削加工中心是同步运动的典型例子，龙门柱沿导轨纵向进给，能获得很高的加速度特性，但由于横梁、刀架等大型移动部件的结构和受力并不是严格对称的，再加上存在各种不确定性扰动，所以不能保证龙门框架移动的高度一致性，这种不一致性产生的机械耦合将降低同步进给程度，影响加工质量，甚至可能使龙门框架或驱动元件受到损坏。同步控制技术是这类机床降低轮廓误差、保证加工精度的关键。采用多轴系统同步控制技术的数控机械用数字控制和伺服技术代替传统的机械传动机构，简化了设备的机械结构，提高了设备的精度、灵活性、寿命和效率。因此，多轴系统同步控制技术是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，该装置使得双轴同步运动控制的运动范围增加，突破了传统固定型检测装置的局限性，无需回零和校准，使之能稳定、准确、快速地到达同步运动，并能在干扰出现运动不同步时快速恢复同步。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述装置的双轴同步运动控制方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；
所述双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；所述第一驱动机构和第二驱动机构分别带有光电编码器，且平行安装在实验台上，所述第一直线运动平台设置在第一驱动机构上，并由第一驱动机构驱动，所述第二直线运动平台设置在第二驱动机构上，并由第二驱动机构驱动；
所述位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；所述第一分度盘设置在第一直线运动平台上，所述第二分度盘设置在第二直线运动平台上，所述反光板固定在第一分度盘上，所述工作台固定在第二分度盘上；所述长距离激光位移传感器安装在工作台的右侧，所述高精度激光位移传感器安装在工作台的左侧，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面相平行；
所述控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接，用于对光电编码器检测的信号进行处理，得到速度反馈信号，以及对长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测的信号进行处理，得到位置反馈信号，并根据速度反馈信号和位置反馈信号对第一驱动机构和第二驱动机构进行控制。
作为一种优选方案，所述第一驱动机构包括依次连接的第一伺服电机、第一联轴器和第一滚珠丝杠，所述第一滚珠丝杠的两边设有第一直线导轨，所述第一直线导轨上设有第一滑块，所述第一直线运动平台设置在第一滚珠丝杠上，且两侧固定在第一滑块上；第一伺服电机通过第一联轴器驱动第一滚珠丝杠，使第一滚珠丝杠上的第一直线运动平台在第一滑块的作用下沿第一直线导轨运动；
所述第二驱动机构包括依次连接的第二伺服电机、第二联轴器和第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠的两边设有第二直线导轨，所述第二直线导轨上设有第二滑块，所述第二直线运动平台设置在第二滚珠丝杠上，且两侧固定在第二滑块上；第二伺服电机通过第二联轴器驱动第二滚珠丝杠，使第二滚珠丝杠上的第二直线运动平台在第二滑块的作用下沿第二直线导轨运动；
所述第一伺服电机和第二伺服电机分别带有光电编码器，所述第一滚珠丝杠的基座和第二滚珠丝杠的基座平行安装在实验台上。
作为一种优选方案，所述控制组件包括工控计算机、运动控制卡、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、A/D转换卡和控制器，所述工控计算机通过运动控制卡分别与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器连接，并通过A/D转换卡与控制器连接；所述第一伺服驱动器与第一伺服电机连接，所述第二伺服驱动器与第二伺服电机连接，所述控制器分别与长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接；
工控计算机发出的指令脉冲经过运动控制卡后，运动控制卡的两个通道分别将指令脉冲输入第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器输出控制第一伺服电机转动，从而驱动第一直线运动平台运动，第二伺服驱动器输出控制第二伺服电机转动，从而驱动第二直线运动平台运动；
第一伺服电机的光电编码器检测第一伺服电机的角位移信号，第二伺服电机的光电编码器检测第二伺服电机的角位移信号，第一伺服电机的角位移信号经过第一伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一伺服电机的速度反馈信号，第二伺服电机的角位移信号经过第二伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第二伺服电机的速度反馈信号；
在第一直线运动平台和第二直线运动平台的同步运动过程中，长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测与反光板的距离变化，所检测的信号输入到控制器，控制器输出的信号经A/D转换卡转换后生成数字信号后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一直线运动平台和第二直线运动平台的相对位移，形成位置反馈信号。
作为一种优选方案，所述第一分度盘包括第一定子和第一转子，所述第一定子固定在第一直线运动平台上，所述第一转子可转动任意角度后固定在第一定子上；所述第二分度盘包括第二定子和第二转子，所述第二定子固定在第二直线运动平台上，所述第二转子可转动任意角度后固定在第二定子上；所述反光板固定在第一分度盘的第一转子上，所述工作台固定在第二分度盘的第二转子上。
作为一种优选方案，所述长距离激光位移传感器的探测头与被测表面的基准距离记为第一基准距离，高精度激光位移传感器的探测头与被测表面的基准距离记为第二基准距离，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面的垂直距离为第一基准距离与第二基准距离的差值。
作为一种优选方案，所述长距离激光位移传感器的探测头安装面与高精度激光位移传感器的探测头安装面相平行，且长距离激光位移传感器的探测头安装面高于高精度激光位移传感器的探测头安装面。
作为一种优选方案，所述长距离激光位移传感器与反光板的距离为长距离激光位移传感器与被测表面的基准距离，所述高精度激光位移传感器与反光板的距离为高精度激光位移传感器与被测表面的基准距离。
作为一种优选方案，所述实验台的底部具有四个支撑脚，每两个相邻的支撑脚之间安装一横向支架。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于上述装置的双轴同步运动控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、利用第一伺服电机的光电编码器检测第一伺服电机的角位移信号，并利用第二伺服电机的光电编码器检测第二伺服电机的角位移信号；
步骤二、第一伺服电机的角位移信号经过第一伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一伺服电机的速度反馈信号，第二伺服电机的角位移信号经过第二伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第二伺服电机的速度反馈信号；
步骤三、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测与反光板的距离变化，所检测的信号输入到控制器，控制器输出的信号经A/D转换卡转换后生成数字信号后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一直线运动平台和第二直线运动平台的相对位移，形成位置反馈信号；
步骤四、所得到的速度反馈信号和位置反馈信号，经过工控计算机中设定的控制算法处理后生成控制伺服电机转动的脉冲信号，该脉冲信号经运动控制卡后，通过第一伺服驱动器输出到第一伺服电机，以及通过第二伺服驱动器输出到第二伺服电机，从而实现对伺服电机进行位置和速度的双闭环控制，使第一伺服电机和第二伺服电机按要求保持高精度同步运动
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的双轴同步运动控制装置利用激光位移传感器的探测头检测双轴之间的相对距离，与现有的双轴同步运动需对双轴设置零点作为运动基准点，在零点和相邻两点信号中间安装光电开关，双轴运动开始前须进行回零和误差分析相比，可以避免零点设置和误差分析，而且利用激光位移传感器具有测量精度高，采样频率高，动态响应快的优点，可以动态标定用激光位移传感器的探测头和反光板之间的位移测量值，使双轴同步运动检测更加准确、快速；同时，激光位移传感器有高精度激光位移传感器和长距离激光位移传感器，双轴距离较近时有高精度的位移变化检测，双轴距离较远时也能满足较大的位移变化量的检测，从而能实现较大间距和较高精度双轴同步运动时的位移变化量检测。
2、本发明的双轴同步运动控制装置检测方式灵活，既可以固定双轴距离，通过调节两个分度盘的转子所转动的角度使激光位移传感器的探测头满足工作所需标准检测距离，也可以固定两个分度盘的转子所转动的角度，改变两个驱动机构(滚珠丝杠)的距离使激光位移传感器的探测头满足工作所需标准检测距离。
3、本发明的双轴同步运动控制装置采用主从式同步运动控制策略，也可以采用其他同步控制策略，如串行同步运动控制策略、并行同步运动控制策略、虚拟电子主轴同步运动控制策略等，为验证多种复杂控制策略提供了一个很好的平台。
附图说明
图1为本发明实施例1的双轴同步运动控制装置总体结构示意图。
图2为本发明实施例1的双轴同步运动控制装置俯视图。
图3为本发明实施例1的双轴同步运动控制装置中双轴同步运动相对位移变化量测量的几何原理图。
图4为本发明实施例1的双轴同步运动控制装置实现的双轴同步运动控制方法框图。
其中，1-第一直线运动平台，2-第二直线运动平台，3-实验台，4-第一伺服电机，5-第一联轴器，6-第一滚珠丝杠，7-第一直线导轨，8-第一滑块，9-第二伺服电机，10-第二联轴器，11-第二滚珠丝杠，12-第二直线导轨，13-第二滑块，14-长距离激光位移传感器，15-高精度激光位移传感器，16-反光板，17-工作台，18-第一定子，19-第一转子，20-第二定子，21-第二转子，22-工控计算机，23-运动控制卡，24-第一伺服驱动器，25-第二伺服驱动器，26-A/D转换卡，27-控制器，28-支撑脚，29-横向支架。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；
所述双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台1、第二直线运动平台2和实验台3，第一驱动机构构成其中一轴，第一直线运动平台1在该轴上运动；第二驱动机构构成另外一轴，第二直线运动平台2在该轴上运动，第一直线运动平台1和第二直线运动平台2的同步运动即为双轴同步运动；
所述第一驱动机构包括依次连接的第一伺服电机4、第一联轴器5和第一滚珠丝杠6，所述第一滚珠丝杠6的两边设有第一直线导轨7，所述第一直线导轨7上设有第一滑块8，所述第一直线运动平台1设置在第一滚珠丝杠6上，且两侧固定在第一滑块8上；第一伺服电机4通过第一联轴器5驱动第一滚珠丝杠6，使第一滚珠丝杠6上的第一直线运动平台1在第一滑块8的作用下沿第一直线导轨7运动；
所述第二驱动机构包括依次连接的第二伺服电机9、第二联轴器10和第二滚珠丝杠11，所述第二滚珠丝杠11的两边设有第二直线导轨12，所述第二直线导轨12上设有第二滑块13，所述第二直线运动平台2设置在第二滚珠丝杠11上，且两侧固定在第二滑块13上；第二伺服电机9通过第二联轴器10驱动第二滚珠丝杠11，使第二滚珠丝杠11上的第二直线运动平台2在第二滑块13的作用下沿第二直线导轨12运动；
所述第一伺服电机4和第二伺服电机9分别带有光电编码器，所述第一滚珠丝杠6的基座和第二滚珠丝杠7的基座平行安装在实验台3上，也就是说第一驱动机构和第二驱动机构相互之间是平行的，第一滚珠丝杠6和第二滚珠丝杠7的距离(即轴距)可灵活变动；
在本实施例中，第一伺服电机4和第二伺服电机9选用日本三菱公司生产的400瓦交流伺服电机，第一伺服电机4和第二伺服电机9的型号为HC-KFS43；第一直线导轨7和第二直线导轨12选用日本米思米MISUMI的微型直线导轨，型号为SSEBW20-700，材质为不锈钢，导轨宽W1为54mm，组装高度H为20mm，导轨长度L为700mm，配有标准滑块(第一直线导轨7配的是第一滑块8，第二直线导轨12配的是第二滑块13)；第一滚珠丝杠6和第二滚珠丝杠11可选用日本米思米MISUMI精密型滚珠丝杠，型号为BSSE，配有标准滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠支撑侧组件选用C-BUNF20型，滚珠丝杠固定侧组件选用C-BSFW20型；第一联轴器5和第二联轴器10可选用米思米MISUMI公司型号为MCSLC的高扭矩夹持型(双膜片型)膜片式联轴器。
所述位移检测系统包括长距离激光位移传感器14、高精度激光位移传感器15、反光板16、工作台17、第一分度盘和第二分度盘；
所述第一分度盘包括第一定子18和第一转子19，所述第一定子18固定在第一直线运动平台1上，所述第一转子19可转动任意角度后固定在第一定子18上；所述第二分度盘包括第二定子20和第二转子21，所述第二定子20固定在第二直线运动平台2上，所述第二转子21可转动任意角度后固定在第二定子20上；
所述长距离激光位移传感器14安装在工作台17的右侧，所述高精度激光位移传感器15安装在工作台17的左侧，所述长距离激光位移传感器14的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器15的探测头激光发射面相平行；
长距离激光位移传感器14和高精度激光位移传感器15的使用，既保证了位移检测的精度，又满足了大范围长距离的检测要求，长距离激光位移传感器14和高精度激光位移传感器15均选用日本基恩士公司生产的LK系列CCD激光位移传感器，型号为LK-503，对不同表面均能稳定测量，可见激光光点直径为30μm，三角测量法的漫反射型安装；该CCD激光位移传感器在长距离模式下，即可作为长距离激光位移传感器14，其重复精度为50μm，长距离激光位移传感器14的探测头和被测表面的基准距离为500mm，测量范围为250mm～750mm，即测量量程250mm～+250mm，对应的模拟输出电5V～+5V；该CCD激光位移传感器在高精度测量模式下，即可作为高精度激光位移传感器15，重复精度为10μm，高精度激光位移传感器15的探测头和被测表面的基准距离为350mm，测量范围为250mm～450mm，即测量量程100mm～+100mm，对应的模拟输出电5V～+5V；对于两种测量模式，传感器的线性度均为±0.1％，当被测表面与激光位移传感器探测头发射面之间的距离超过测量范围时，探测头的模拟输出电压保持为12V；长距离激光位移传感器14的探测头和被测表面的基准距离记为第一基准距离，高精度激光位移传感器15的探测头和被测表面的基准距离记为第二基准距离，使长距离激光位移传感器14的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器15的探测头激光发射面垂直距离为第一基准距离与第二基准距离的差值，即为500mm－350mm＝150mm，同时长距离激光位移传感器14的探测头安装面高于高精度激光位移传感器15的探测头安装面，本实施例中高出的垂直距离为230mm，以防止长距离激光位移传感器14和高精度激光位移传感器15相互干扰；
所述反光板16选用反光性能较好的镜面铝板，规格为2.0mm×180mm×400mm，反光板16的长度适当加长，能使位移检测系统有较长的测量时间，可以避免若系统延迟时间较长或滚珠丝杠的滑块运动速度较快而引起的检测失败；反光板16固定在第一分度盘的第一转子19上，所述工作台17固定在第二分度盘的第二转子21上；可以通过改变两个驱动机构(两个滚珠丝杠)的距离，或通过调节反光板16和工作台17所转动的角度，使长距离激光位移传感器14与反光板16的距离为长距离激光位移传感器14的探测头和被测表面的基准距离(第一基准距离，即500mm)，并使高精度激光位移传感器15与反光板16的距离为高精度激光位移传感器15的探测头和被测表面的基准距离(第二基准距离，即350mm)；
激光位移传感器具有测量精度高，采样频率高，动态响应快的优点，可以动态标定激光位移传感器的探测头和反光板16之间的位移测量值；
如图3所示，为双轴同步运动相对位移变化量测量的几何原理图，开始检测前，将反光板16逆时针旋转一定的角度θ后固定，工作台17沿相同的方向旋转相同的角度θ后固定，使得激光位移传感器(长距离激光位移传感器14或高精度激光位移传感器15)的探测头发射面与第二滚珠丝杠7运动成θ角，记下激光位移传感器探测头和反光板之间的距离为l1记为初始距离，此时激光位移传感器探测头位于①位置；当两轴运动过程中出现不同步时，以激光位移传感器的探测头所在滚珠丝杠运动较快为例，从图3中可以看到，此时激光位移传感器的探测头位于②位置，此时激光位移传感器的探测头和反光板之间的距离为l’1，l’1与l1相比的增量记为l2，则由几何关系可知两轴之间的运动位移已相差l2，此位移改变量则作为两轴同步运动控制的位移反馈信号。
所述控制组件包括工控计算机22、运动控制卡23、第一伺服驱动器24、第二伺服驱动器25、A/D转换卡26和控制器27，所述工控计算机22通过运动控制卡23分别与第一伺服驱动器24和第二伺服驱动器25连接，并通过A/D转换卡26与控制器27连接；所述第一伺服驱动器24与第一伺服电机4连接，所述第二伺服驱动器25与第二伺服电机9连接，所述控制器27分别与长距离激光位移传感器14和高精度激光位移传感器15连接；
工控计算机22发出的指令脉冲经过运动控制卡23后，运动控制卡23的两个通道分别将指令脉冲输入第一伺服驱动器24和第二伺服驱动器25，第一伺服驱动器24输出控制第一伺服电机4转动，从而驱动第一直线运动平台1运动，第二伺服驱动器25输出控制第二伺服电机9转动，从而驱动第二直线运动平台2运动；
第一伺服电机4的光电编码器检测第一伺服电机4的角位移信号，第二伺服电机9的光电编码器检测第二伺服电机9的角位移信号，第一伺服电机4的角位移信号经过第一伺服驱动器24和运动控制卡23后输入工控计算机22，工控计算机22处理后得到第一伺服电机4的速度反馈信号，第二伺服电机9的角位移信号经过第二伺服驱动器25和运动控制卡23后输入工控计算机22，工控计算机22处理后得到第二伺服电机9的速度反馈信号；
在双轴同步运动(第一直线运动平台1和第二直线运动平台2的同步运动)过程中，长距离激光位移传感器14和高精度激光位移传感器15检测与反光板16的距离变化，所检测的信号输入到控制器27，控制器27输出的信号经A/D转换卡26转换后生成数字信号后输入工控计算机22，工控计算机22处理后得到第一直线运动平台1和第二直线运动平台2的相对位移，形成位置反馈信号；
在本实施例中，运动控制卡23可选用美国GALIL公司生产的型号为DMC-18x6PCI的4轴运动控制卡，第一伺服驱动器25和第一伺服驱动器24的型号为MR-J2S-40A。
在本实施例中，所述实验台3的底部具有四个支撑脚28，每两个相邻的支撑脚28之间安装一横向支架29，通过四个支撑脚28可以在检测时对实验台3进行支撑，横向支架29可以使四个支撑脚28更稳固。
如图4所示，本实施例的双轴同步运动控制装置实现的双轴同步运动控制方法，包括以下步骤：
步骤一、利用第一伺服电机4的光电编码器检测第一伺服电机4的角位移信号，并利用第二伺服电机9的光电编码器检测第二伺服电机9的角位移信号；
步骤二、第一伺服电机4的角位移信号经过第一伺服驱动器24和运动控制卡23后输入工控计算机22，工控计算机22处理后得到第一伺服电机4的速度反馈信号，第二伺服电机9的角位移信号经过第二伺服驱动器25和运动控制卡23后输入工控计算机22，工控计算机22处理后得到第二伺服电机9的速度反馈信号；
步骤三、长距离激光位移传感器14和高精度激光位移传感器15检测与反光板16的距离变化，所检测的信号输入到控制器27，控制器27输出的信号经A/D转换卡26转换后生成数字信号后输入工控计算机22，工控计算机22处理后得到第一直线运动平台1和第二直线运动平台2的相对位移，形成位置反馈信号；
步骤四、所得到的速度反馈信号和位置反馈信号，经过工控计算机22中设定的控制算法(该控制算法是现有技术)处理后生成控制伺服电机转动的脉冲信号，该脉冲信号经运动控制卡23后，通过第一伺服驱动器24输出到第一伺服电机4，以及通过第二伺服驱动器25输出到第二伺服电机9，从而实现对伺服电机进行位置和速度的双闭环控制，使第一伺服电机4和第二伺服电机9按要求保持高精度同步运动。
采用上述方案，在工控计算机的控制过程中通过设计友好的人机交互界面可以实时显示相关测量信号和控制信号动态曲线，便于实时观测以及控制的开启和关闭，控制策略参数的修改输入，数据保存等操作，便于实时调试时分析和修改参数。
综上所述，本发明的双轴同步运动控制装置利用激光位移传感器的探测头检测双轴之间的相对距离，与现有的双轴同步运动需对双轴设置零点作为运动基准点，在零点和相邻两点信号中间安装光电开关，双轴运动开始前须进行回零和误差分析相比，可以避免零点设置和误差分析，而且利用激光位移传感器具有测量精度高，采样频率高，动态响应快的优点，可以动态标定用激光位移传感器的探测头和反光板之间的位移测量值，使双轴同步运动检测更加准确、快速；同时，激光位移传感器有高精度激光位移传感器和长距离激光位移传感器，双轴距离较近时有高精度的位移变化检测，双轴距离较远时也能满足较大的位移变化量的检测，从而能实现较大间距和较高精度双轴同步运动时的位移变化量检测。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (9)
1.基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；
所述双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；所述第一驱动机构和第二驱动机构分别带有光电编码器，且平行安装在实验台上，所述第一直线运动平台设置在第一驱动机构上，并由第一驱动机构驱动，所述第二直线运动平台设置在第二驱动机构上，并由第二驱动机构驱动；
所述位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；所述第一分度盘设置在第一直线运动平台上，所述第二分度盘设置在第二直线运动平台上，所述反光板固定在第一分度盘上，所述工作台固定在第二分度盘上；所述长距离激光位移传感器安装在工作台的右侧，所述高精度激光位移传感器安装在工作台的左侧，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面相平行；
所述控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接，用于对光电编码器检测的信号进行处理，得到速度反馈信号，以及对长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测的信号进行处理，得到位置反馈信号，并根据速度反馈信号和位置反馈信号对第一驱动机构和第二驱动机构进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：
所述第一驱动机构包括依次连接的第一伺服电机、第一联轴器和第一滚珠丝杠，所述第一滚珠丝杠的两边设有第一直线导轨，所述第一直线导轨上设有第一滑块，所述第一直线运动平台设置在第一滚珠丝杠上，且两侧固定在第一滑块上；第一伺服电机通过第一联轴器驱动第一滚珠丝杠，使第一滚珠丝杠上的第一直线运动平台在第一滑块的作用下沿第一直线导轨运动；
所述第二驱动机构包括依次连接的第二伺服电机、第二联轴器和第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠的两边设有第二直线导轨，所述第二直线导轨上设有第二滑块，所述第二直线运动平台设置在第二滚珠丝杠上，且两侧固定在第二滑块上；第二伺服电机通过第二联轴器驱动第二滚珠丝杠，使第二滚珠丝杠上的第二直线运动平台在第二滑块的作用下沿第二直线导轨运动；
所述第一伺服电机和第二伺服电机分别带有光电编码器，所述第一滚珠丝杠的基座和第二滚珠丝杠的基座平行安装在实验台上。
3.根据权利要求2所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述控制组件包括工控计算机、运动控制卡、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、A/D转换卡和控制器，所述工控计算机通过运动控制卡分别与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器连接，并通过A/D转换卡与控制器连接；所述第一伺服驱动器与第一伺服电机连接，所述第二伺服驱动器与第二伺服电机连接，所述控制器分别与长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接；
工控计算机发出的指令脉冲经过运动控制卡后，运动控制卡的两个通道分别将指令脉冲输入第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器输出控制第一伺服电机转动，从而驱动第一直线运动平台运动，第二伺服驱动器输出控制第二伺服电机转动，从而驱动第二直线运动平台运动；
第一伺服电机的光电编码器检测第一伺服电机的角位移信号，第二伺服电机的光电编码器检测第二伺服电机的角位移信号，第一伺服电机的角位移信号经过第一伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一伺服电机的速度反馈信号，第二伺服电机的角位移信号经过第二伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第二伺服电机的速度反馈信号；
在第一直线运动平台和第二直线运动平台的同步运动过程中，长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测与反光板的距离变化，所检测的信号输入到控制器，控制器输出的信号经A/D转换卡转换后生成数字信号后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一直线运动平台和第二直线运动平台的相对位移，形成位置反馈信号。
4.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述第一分度盘包括第一定子和第一转子，所述第一定子固定在第一直线运动平台上，所述第一转子可转动任意角度后固定在第一定子上；所述第二分度盘包括第二定子和第二转子，所述第二定子固定在第二直线运动平台上，所述第二转子可转动任意角度后固定在第二定子上；所述反光板固定在第一分度盘的第一转子上，所述工作台固定在第二分度盘的第二转子上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述长距离激光位移传感器的探测头与被测表面的基准距离记为第一基准距离，高精度激光位移传感器的探测头与被测表面的基准距离记为第二基准距离，所述长距离激光位移传感器的探测头激光发射面与高精度激光位移传感器的探测头激光发射面的垂直距离为第一基准距离与第二基准距离的差值。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述长距离激光位移传感器的探测头安装面与高精度激光位移传感器的探测头安装面相平行，且长距离激光位移传感器的探测头安装面高于高精度激光位移传感器的探测头安装面。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述长距离激光位移传感器与反光板的距离为长距离激光位移传感器与被测表面的基准距离，所述高精度激光位移传感器与反光板的距离为高精度激光位移传感器与被测表面的基准距离。
8.根据权利要求1-4任一项所述的基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置，其特征在于：所述实验台的底部具有四个支撑脚，每两个相邻的支撑脚之间安装一横向支架。
9.基于权利要求3所述装置的双轴同步运动控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、利用第一伺服电机的光电编码器检测第一伺服电机的角位移信号，并利用第二伺服电机的光电编码器检测第二伺服电机的角位移信号；
步骤二、第一伺服电机的角位移信号经过第一伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一伺服电机的速度反馈信号，第二伺服电机的角位移信号经过第二伺服驱动器和运动控制卡后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第二伺服电机的速度反馈信号；
步骤三、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器检测与反光板的距离变化，所检测的信号输入到控制器，控制器输出的信号经A/D转换卡转换后生成数字信号后输入工控计算机，工控计算机处理后得到第一直线运动平台和第二直线运动平台的相对位移，形成位置反馈信号；
步骤四、所得到的速度反馈信号和位置反馈信号，经过工控计算机中设定的控制算法处理后生成控制伺服电机转动的脉冲信号，该脉冲信号经运动控制卡后，通过第一伺服驱动器输出到第一伺服电机，以及通过第二伺服驱动器输出到第二伺服电机，从而实现对伺服电机进行位置和速度的双闭环控制，使第一伺服电机和第二伺服电机按要求保持高精度同步运动。
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Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106527354A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-03-22 | 华南理工大学 | 基于拉压力传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法 |
| CN106627988A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 武昌船舶重工集团有限公司 | 一种组合地板装置及方法 |
| CN106625586A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-10 | 华南理工大学 | 一种基于直线运动单元驱动的并联机构装置及控制方法 |
| CN107222144A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-29 | 华南理工大学 | 一种双直线电机驱动同步跟踪控制装置与方法 |
| CN107246852A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-10-13 | 歌尔股份有限公司 | 基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构 |
| CN107900527A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-13 | 江苏森蓝智能系统有限公司 | 一种自动化打标电控系统及其打标方法 |
| CN108710033A (zh) * | 2018-05-27 | 2018-10-26 | 南京艾文森电子科技有限公司 | 一种低成本高精度小型扫描架及控制方法 |
| CN108803688A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-13 | 华南理工大学 | 一种旋转运动和直线移动的同步运动控制装置及方法 |
| CN109272852A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种内容可扩展的直线位置控制教学实验系统和方法 |
| CN109432610A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-03-08 | 成都真实维度科技有限公司 | 一种用于激光引导的共面机构及其控制系统 |
| CN110286613A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-09-27 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种双轴激光控制系统 |
| CN112792581A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-14 | 南京工程学院 | 一种双侧同步驱动的高精度龙门滑台、控制系统及方法 |
| CN114039514A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-11 | 河北高达智能装备股份有限公司 | 一种双伺服电机自恢复同步方法 |
| CN114473606A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-13 | 安徽博美机床股份有限公司 | 一种机床自动化前送料一体式装置及控制方法 |
| CN115276497A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-01 | 魅杰光电科技(上海)有限公司 | 晶圆检测用运动系统及其控制方法 |
| CN115407714A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种多轴运动位置同步控制方法 |
| CN115933544A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-04-07 | 东莞市兆丰精密仪器有限公司 | 多轴同步运动控制方法、装置及计算机可读存储介质 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201307564Y (zh) * | 2008-09-18 | 2009-09-09 | 上海工程技术大学 | 一种激光扫描定位装置 |
| CN201364475Y (zh) * | 2009-03-03 | 2009-12-16 | 上海工程技术大学 | 一种基于激光位移传感器和伺服控制器的智能控制系统 |
| CN101677045A (zh) * | 2008-09-18 | 2010-03-24 | 上海工程技术大学 | 一种激光扫描定位装置 |
| CN202448118U (zh) * | 2012-01-20 | 2012-09-26 | 澳门大学 | 二平动长行程并联精密定位平台 |
| WO2015014045A1 (zh) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 上海交通大学 | 多轴真空机械手轴系精度测试装置 |
| CN205404293U (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-27 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种土工真三轴试验高精度应变测量系统 |
| CN206075152U (zh) * | 2016-08-31 | 2017-04-05 | 华南理工大学 | 基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置 |
-
2016
- 2016-08-31 CN CN201610791070.2A patent/CN106125774B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201307564Y (zh) * | 2008-09-18 | 2009-09-09 | 上海工程技术大学 | 一种激光扫描定位装置 |
| CN101677045A (zh) * | 2008-09-18 | 2010-03-24 | 上海工程技术大学 | 一种激光扫描定位装置 |
| CN201364475Y (zh) * | 2009-03-03 | 2009-12-16 | 上海工程技术大学 | 一种基于激光位移传感器和伺服控制器的智能控制系统 |
| CN202448118U (zh) * | 2012-01-20 | 2012-09-26 | 澳门大学 | 二平动长行程并联精密定位平台 |
| WO2015014045A1 (zh) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 上海交通大学 | 多轴真空机械手轴系精度测试装置 |
| CN205404293U (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-27 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种土工真三轴试验高精度应变测量系统 |
| CN206075152U (zh) * | 2016-08-31 | 2017-04-05 | 华南理工大学 | 基于激光位移传感器反馈的双轴同步运动控制装置 |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106625586A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-10 | 华南理工大学 | 一种基于直线运动单元驱动的并联机构装置及控制方法 |
| CN106527354B (zh) * | 2016-12-21 | 2023-03-21 | 华南理工大学 | 基于拉压力传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法 |
| CN106527354A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-03-22 | 华南理工大学 | 基于拉压力传感器反馈的双轴同步运动控制装置及方法 |
| CN106627988A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 武昌船舶重工集团有限公司 | 一种组合地板装置及方法 |
| CN107222144A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-29 | 华南理工大学 | 一种双直线电机驱动同步跟踪控制装置与方法 |
| CN107222144B (zh) * | 2017-06-26 | 2023-06-20 | 华南理工大学 | 一种双直线电机驱动同步跟踪控制装置与方法 |
| CN107246852B (zh) * | 2017-07-25 | 2019-08-27 | 歌尔股份有限公司 | 基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构 |
| CN107246852A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-10-13 | 歌尔股份有限公司 | 基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构 |
| CN107900527A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-13 | 江苏森蓝智能系统有限公司 | 一种自动化打标电控系统及其打标方法 |
| CN108710033A (zh) * | 2018-05-27 | 2018-10-26 | 南京艾文森电子科技有限公司 | 一种低成本高精度小型扫描架及控制方法 |
| CN108803688B (zh) * | 2018-06-25 | 2023-08-18 | 华南理工大学 | 一种旋转运动和直线移动的同步运动控制装置及方法 |
| CN108803688A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-13 | 华南理工大学 | 一种旋转运动和直线移动的同步运动控制装置及方法 |
| CN109432610A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-03-08 | 成都真实维度科技有限公司 | 一种用于激光引导的共面机构及其控制系统 |
| CN109432610B (zh) * | 2018-09-20 | 2020-10-02 | 成都真实维度科技有限公司 | 一种用于激光引导的共面机构及其控制系统 |
| CN109272852B (zh) * | 2018-11-29 | 2020-09-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种内容可扩展的直线位置控制教学实验系统和方法 |
| CN109272852A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种内容可扩展的直线位置控制教学实验系统和方法 |
| CN110286613B (zh) * | 2019-05-13 | 2022-02-01 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种双轴激光控制系统 |
| CN110286613A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-09-27 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种双轴激光控制系统 |
| CN112792581A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-14 | 南京工程学院 | 一种双侧同步驱动的高精度龙门滑台、控制系统及方法 |
| CN114039514A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-11 | 河北高达智能装备股份有限公司 | 一种双伺服电机自恢复同步方法 |
| CN114039514B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-09-26 | 河北高达智能装备股份有限公司 | 一种双伺服电机自恢复同步方法 |
| CN114473606A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-13 | 安徽博美机床股份有限公司 | 一种机床自动化前送料一体式装置及控制方法 |
| CN115276497A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-01 | 魅杰光电科技(上海)有限公司 | 晶圆检测用运动系统及其控制方法 |
| CN115276497B (zh) * | 2022-08-03 | 2024-03-01 | 魅杰光电科技(上海)有限公司 | 晶圆检测用运动系统及其控制方法 |
| CN115407714A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种多轴运动位置同步控制方法 |
| CN115407714B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-08-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种多轴运动位置同步控制方法 |
| CN115933544A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-04-07 | 东莞市兆丰精密仪器有限公司 | 多轴同步运动控制方法、装置及计算机可读存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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