CN108107532A - 一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置 - Google Patents

Abstract

一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置，属于超精密调整技术领域。X轴导轨座及两个X轴直线电机定子安装在花岗岩底座上面，花岗岩底座上面固定有呈矩形布置的四个X轴限位组件，X轴光栅尺安装在X轴导轨座的通槽内；X轴直线电机线圈通过X轴直线电机线圈座安装在X轴溜板上，X轴溜板滑动设置在花岗岩底座上面，Y轴导轨座固定在X轴直线电机线圈座上面，Y轴光栅尺安装在Y轴导轨座的通槽内，通槽内的两个支架上安装有Y轴限位组件，Y轴直线电机定子固定在X轴溜板上，Y轴直线电机线圈通过Y轴直线电机线圈座与Y轴溜板相对应侧面连接，Y轴溜板滑动设置在Y轴导轨座上面；Z轴精密升降台固定在Y轴溜板上面。本发明用于超精密加工中。

Description

一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置

技术领域

本发明涉及一种超精密三轴调整装置，属于超精密调整技术领域。

背景技术

随着我国科技不断的发展，超精密学科在高精尖行业的应用越来越广泛，而特别是多轴超精密运动台的应用与日俱增，例如小型转台的调节、超精密光路系统调试、核能应用、晶片检测、基因序列的检测等，都需要使用超精密多轴调整台，机械关节臂从刚度、精度上来看都已经无法满足一些特殊行业的需求，而传统的纯机械式调整台的速度和变速运动都无法实现相应的功能。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置。

本发明特别是一种为精密光学调整或者超高通量基因测序的设备，由UMAC运动控制器实现运动功能的超精密三轴调整装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置，所述的装置包括底座组件、X轴气浮导轨、Y轴气浮导轨及Z轴精密升降台；所述的底座组件包括花岗岩底座、X轴导轨座、X轴光栅尺、四个X轴限位组件及两个X轴直线电机定子；所述的X轴气浮导轨包括X轴溜板、Y轴光栅尺、两个Y轴直线电机定子、两个X轴直线电机线圈座、两个X轴直线电机线圈及两个Y轴限位组件；所述的Y轴气浮导轨包括Y轴溜板、Y轴导轨座、两个Y轴直线电机线圈座及两个Y轴直线电机线圈；

所述的X轴导轨座及两个X轴直线电机定子均安装在花岗岩底座上面，所述的X轴导轨座位于两个X轴直线电机定子中间，所述的花岗岩底座上面呈矩形布置并固定有四个支座，每个所述的支座上安装有一个X轴限位组件，X轴导轨座中部沿X轴方向设有通槽，所述的X轴光栅尺安装在X轴导轨座的通槽内；

所述的两个X轴直线电机线圈各通过一个X轴直线电机线圈座安装在X轴溜板上，所述的X轴溜板滑动设置在花岗岩底座上面，所述的Y轴导轨座固定在两个X轴直线电机线圈座上面，Y轴导轨座与X轴溜板制为一体，Y轴导轨座中部沿Y轴方向设有通槽，所述的Y轴光栅尺安装在Y轴导轨座的通槽内，Y轴导轨座的通槽内的两端各固定有一个支架，每个支架上安装有一个Y轴限位组件，所述的两个Y轴直线电机定子固定在X轴溜板上，工作时，X轴溜板在两个X轴直线电机线圈的作用下实现往复运动，并通过四个X轴限位组件对X轴溜板机械位置进行限位；

所述的两个Y轴直线电机线圈各通过一个Y轴直线电机线圈座与Y轴溜板相对应侧面连接，所述的Y轴溜板滑动设置在Y轴导轨座上面；所述的Z轴精密升降台固定在Y轴溜板上面。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、本发明采用UMAC运动控制器(为外部控制元器件)控制直驱电机，并使用光栅系统(指X轴光栅尺和Y轴光栅尺)实现最终的精度要求，关键轴系X、Y的线型运动各采用两个直线电机成龙门电机双驱的方式，可以保证高速运动和频繁加减速运动，实现精确的位置步进和快速的响应，Z轴采用楔面式结构，实现微小距离的调节，减小Z向尺寸。

2、三轴超精密调节，可以进行插补式运动，也可以实现单轴调节；

3、适宜于研究所、高校、高精尖企业的项目研发时，调整使用；

4、底座采用花岗岩材料，设备刚度好，双电机驱动可以刹车定位精准，实现快速反应，快速频繁加减速。

5、X、Y导轨为封闭式结构，刚度好、精度高。

附图说明

图1为本发明的一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置的轴测图；

图2为底座组件的轴测图；

图3为X轴气浮导轨的轴测图；

图4为Y轴气浮导轨的轴测图；

图5为图1的A处局部放大图；

图6为图2的B处局部放大图；

图7为图2的C处局部放大图；

图8为Z轴精密升降台的轴测图；

图9为图8的D处局部放大图。

图中各部件名称及标号如下：

底座组件1、X轴气浮导轨2、Y轴气浮导轨3、Z轴精密升降台4、X轴限位组件5、花岗岩底座6、X轴直线电机定子7、X轴导轨座8、X轴光栅尺9、Y轴限位组件10、X轴溜板11、Y轴直线电机定子12、Y轴光栅尺13、X轴直线电机线圈座14、X轴直线电机线圈15、Y轴溜板16、Y轴直线电机线圈座17、Y轴直线电机线圈18、升降台上板19、上交叉滚柱导轨20、楔形块21、导柱22、自润滑直线轴承23、Z轴光栅尺24、Z轴光栅尺座25、直线轴承座26、下交叉滚柱导轨27、减速器座28、谐波减速器29、伺服电机30、升降台下板31、滚珠丝杠系统32、Y轴导轨座33。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1-图9所示，本实施方式披露了一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置，所述的装置包括底座组件1、X轴气浮导轨2、Y轴气浮导轨3及Z轴精密升降台4；所述的底座组件1包括花岗岩底座6、X轴导轨座8、X轴光栅尺9、四个X轴限位组件5及两个X轴直线电机定子7；所述的X轴气浮导轨2包括X轴溜板11、Y轴光栅尺13、两个Y轴直线电机定子12、两个X轴直线电机线圈座14、两个X轴直线电机线圈15及两个Y轴限位组件10；所述的Y轴气浮导轨3包括Y轴溜板16、Y轴导轨座33、两个Y轴直线电机线圈座17及两个Y轴直线电机线圈18；

所述的X轴导轨座8及两个X轴直线电机定子7及均安装在花岗岩底座6上面，所述的X轴导轨座8位于两个X轴直线电机定子7中间，所述的花岗岩底座6上面呈矩形布置并固定有四个支座，每个所述的支座上安装有一个X轴限位组件5，X轴导轨座8中部沿X轴方向设有通槽，所述的X轴光栅尺9安装在X轴导轨座8的通槽内；

所述的两个X轴直线电机线圈15各通过一个X轴直线电机线圈座14安装在X轴溜板11上，所述的X轴溜板11滑动设置在花岗岩底座6上面，所述的Y轴导轨座33固定在两个X轴直线电机线圈座14上面，Y轴导轨座33与X轴溜板11制为一体，Y轴导轨座33中部沿Y轴方向设有通槽，所述的Y轴光栅尺13安装在Y轴导轨座33的通槽内，Y轴导轨座33的通槽内的两端各固定有一个支架，每个支架上安装有一个Y轴限位组件10，所述的两个Y轴直线电机定子12固定在X轴溜板11上，工作时，X轴溜板11在两个X轴直线电机线圈15的作用下实现往复运动，并通过四个X轴限位组件9对X轴溜板11机械位置进行限位；

所述的两个Y轴直线电机线圈18各通过一个Y轴直线电机线圈座17与Y轴溜板16相对应侧面连接，所述的Y轴溜板16滑动设置在Y轴导轨座33上面；所述的Z轴精密升降台4固定在Y轴溜板16上面。

具体实施方式二：如图1、图8及图9所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的Z轴精密升降台4包括升降台上板19、上交叉滚柱导轨20、楔形块21、Z轴光栅尺24、Z轴光栅尺座25、下交叉滚柱导轨27、减速器座28、谐波减速器29、伺服电机30、升降台下板31、滚珠丝杠系统32、四个导柱22、四个自润滑直线轴承23及四个直线轴承座26；

所述的楔形块21通过上交叉滚柱导轨20、下交叉滚柱导轨27分别与升降台上板19、升降台下板31相连接，所述的滚珠丝杠系统32与楔形块21紧固连接，所述的四个直线轴承座26安装在升降台下板31上面，每个所述的直线轴承座26上面均安装有一个所述的自润滑直线轴承23，安装在所述的升降台上板19下面的四个导柱22与四个自润滑直线轴承23做相对运动，所述的减速器座28安装在升降台下板31上，所述的谐波减速器29安装在减速器座28上，所述的滚珠丝杠系统32通过谐波减速器29与伺服电机30连接，所述的Z轴光栅尺座25安装在升降台下板31上面，所述的Z轴光栅尺24安装在Z轴光栅尺座25上，所述的升降台下板31与Y轴溜板16上面固定连接。

伺服电机30带动滚珠丝杠系统32产生旋转运动，滚珠丝杠系统32将该运动转换为直线运动并带动楔形块21一起做直线运动(为水平直线运动)，上交叉滚柱导轨20、下交叉滚柱导轨27在四个自润滑直线轴承23的作用下将水平直线运动转换为更加精密的竖直直线运动。

所有的X轴限位组件5和Y轴限位组件10均采用德国FESTO生产的产品。

工作原理：

将底座组件1安装在需要使用的平台上，先对Z轴精密升降台4进行微调，待这个自由度调整完毕之后，可以分别控制X轴气浮导轨2和Y轴气浮导轨3进行高频变速运动，高频运动时X轴气浮导轨2和Y轴气浮导轨3可以分别进行1.4g加速度220mm/s的反复加减速运动。

工作时，X轴溜板11在X轴直线电机线圈15的作用下实现往复运动，X轴光栅尺9进行位置反馈，X轴限位组件5对机械位置进行限位。X轴溜板11与Y轴导轨座33制为一体，节省空间，Y轴直线电机线圈18通过Y轴直线电机线圈座17安装在Y轴溜板16上，工作原理与X轴相同。

Z轴精密升降台4的工作原理为：楔形块21通过上交叉滚柱导轨20、下交叉滚柱导轨27分别与升降台上板19、升降台下板31相连接，滚珠丝杠系统32与楔形块21紧固连接。四个直线轴承座26安装在升降台下板31上面，四个自润滑直线轴承23安装在四个直线轴承座26上，安装在升降台上板19上的的导柱22与自润滑直线轴承23做相对运动，减速器座28安装在升降台下板31上，谐波减速器29安装在减速器座28上，并与伺服电机30连接在一起，伺服电机30带动滚珠丝杠系统32产生旋转运动，滚珠丝杠系统32将该运动转换为直线运动并带动楔形块21一起做直线运动，上交叉滚柱导轨20、下交叉滚柱导轨27在四个自润滑直线轴承23的作用下将水平直线运动转换为更加精密的竖直直线运动，Z轴光栅尺24通过安装在升降台下板31上的Z轴光栅尺座25固定不动，并随时反馈位置信息。

参数

轴系	定位误差值
		X轴定位	±0.5μm
Y轴定位	±0.5μm
		Z轴定位	±0.1μm

Claims (2)

1.一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置，其特征在于：所述的装置包括底座组件(1)、X轴气浮导轨(2)、Y轴气浮导轨(3)及Z轴精密升降台(4)；所述的底座组件(1)包括花岗岩底座(6)、X轴导轨座(8)、X轴光栅尺(9)、四个X轴限位组件(5)及两个X轴直线电机定子(7)；所述的X轴气浮导轨(2)包括X轴溜板(11)、Y轴光栅尺(13)、两个Y轴直线电机定子(12)、两个X轴直线电机线圈座(14)、两个X轴直线电机线圈(15)及两个Y轴限位组件(10)；所述的Y轴气浮导轨(3)包括Y轴溜板(16)、Y轴导轨座(33)、两个Y轴直线电机线圈座(17)及两个Y轴直线电机线圈(18)；

所述的X轴导轨座(8)及两个X轴直线电机定子(7)均安装在花岗岩底座(6)上面，所述的X轴导轨座(8)位于两个X轴直线电机定子(7)中间，所述的花岗岩底座(6)上面呈矩形布置并固定有四个支座，每个所述的支座上安装有一个X轴限位组件(5)，X轴导轨座(8)中部沿X轴方向设有通槽，所述的X轴光栅尺(9)安装在X轴导轨座(8)的通槽内；

所述的两个X轴直线电机线圈(15)各通过一个X轴直线电机线圈座(14)安装在X轴溜板(11)上，所述的X轴溜板(11)滑动设置在花岗岩底座(6)上面，所述的Y轴导轨座(33)固定在两个X轴直线电机线圈座(14)上面，Y轴导轨座(33)与X轴溜板(11)制为一体，Y轴导轨座(33)中部沿Y轴方向设有通槽，所述的Y轴光栅尺(13)安装在Y轴导轨座(33)的通槽内，Y轴导轨座(33)的通槽内的两端各固定有一个支架，每个支架上安装有一个Y轴限位组件(10)，所述的两个Y轴直线电机定子(12)固定在X轴溜板(11)上，工作时，X轴溜板(11)在两个X轴直线电机线圈(15)的作用下实现往复运动，并通过四个X轴限位组件(9)对X轴溜板(11)机械位置进行限位；

所述的两个Y轴直线电机线圈(18)各通过一个Y轴直线电机线圈座(17)与Y轴溜板(16)相对应侧面连接，所述的Y轴溜板(16)滑动设置在Y轴导轨座(33)上面；所述的Z轴精密升降台(4)固定在Y轴溜板(16)上面。

2.根据权利要求1所述的一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置，其特征在于：所述的Z轴精密升降台4包括升降台上板(19)、上交叉滚柱导轨(20)、楔形块(21)、Z轴光栅尺(24)、Z轴光栅尺座(25)、下交叉滚柱导轨(27)、减速器座(28)、谐波减速器(29)、伺服电机(30)、升降台下板(31)、滚珠丝杠系统(32)、四个导柱(22)、四个自润滑直线轴承(23)及四个直线轴承座(26)；

所述的楔形块21通过上交叉滚柱导轨(20)、下交叉滚柱导轨(27)分别与升降台上板(19)、升降台下板(31)相连接，所述的滚珠丝杠系统(32)与楔形块(21)紧固连接，所述的四个直线轴承座(26)安装在升降台下板(31)上面，每个所述的直线轴承座(26)上面均安装有一个所述的自润滑直线轴承(23)，安装在所述的升降台上板(19)下面的四个导柱(22)与四个自润滑直线轴承(23)做相对运动，所述的减速器座(28)安装在升降台下板(31)上，所述的谐波减速器(29)安装在减速器座(28)上，所述的滚珠丝杠系统(32)通过谐波减速器(29)与伺服电机(30)连接，所述的Z轴光栅尺座(25)安装在升降台下板(31)上面，所述的Z轴光栅尺(24)安装在Z轴光栅尺座(25)上，所述的升降台下板(31)与Y轴溜板(16)上面固定连接。