CN108626243B - 直线导引系统、直线导引装置及其控制装置、控制方法 - Google Patents

直线导引系统、直线导引装置及其控制装置、控制方法 Download PDF

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Abstract

一种直线导引系统、直线导引装置及其控制装置、控制方法，其中直线导引装置包括：直线导轨及可运动地设于所述直线导轨的滑块，在所述直线导轨和滑块面对面的工作面之间形成有密封间隙；在所述密封间隙内填充有润滑剂；直线导引装置还包括：线圈，设于所述滑块及直线导轨中的其中一个，所述线圈的螺旋轴垂直于所述工作面，在所述润滑剂中掺杂有磁流体。利用线圈通电并配合磁流体，可以主动调节滑块和直线导轨之间的阻尼力，本技术方案的直线导引装置能够满足多种振动情况下的适应性调节，且降低对直线导轨的高精度要求。

Description

直线导引系统、直线导引装置及其控制装置、控制方法
技术领域
本发明涉及一种直线导引装置，特别涉及一种直线导引系统、直线导引装置及其控制装置、控制方法。
背景技术
现有一种直线导引装置包括：直线导轨及可滑动地横跨于直线导轨上的滑块。直线导引装置是用来支撑和引导连接于滑块的负载，使得运动部件按给定的方向做高精度往复直线运动。
在工作过程中，负载难免会引起直线导引装置振动。传统的阻尼方式是：在直线导轨及滑块面对面的工作面之间形成有密封间隙，在密封间隙内形成挤压油膜。在负载振动时，引起滑块振动，滑块对挤压油膜形成挤压，挤压油膜变薄并形成反向压力以抵消振动，从而起到减振阻尼功效。
但是，利用油膜吸振是一种被动阻尼方式，阻尼效果恒定不变，不能满足多种振动情况下的适应性调节。同时，利用油膜吸振对滑块和直线导轨之间的间隙精度要求高，不然间隙过大将导致油膜吸振效果大大降低。
发明内容
本发明解决的问题是，现有直线导引装置不能满足多种振动情况下的减振阻尼适应性调节，且现有阻尼方式的精度要求高。
为解决上述问题，本发明提供一种直线导引装置。该直线导引装置包括直线导轨及可运动地设于所述直线导轨的滑块，在所述直线导轨和滑块面对面的工作面之间形成有密封间隙；在所述密封间隙内填充有润滑剂；直线导引装置还包括：线圈，设于所述滑块及直线导轨中的其中一个，所述线圈的螺旋轴垂直于所述工作面，在所述润滑剂中掺杂有磁流体。
可选地，在所述工作面形成有收容槽，所述线圈封装于所述收容槽内。
可选地，所述线圈埋设于所述滑块和直线导轨中的所述其中一个。
可选地，所述线圈包括沿所述直线导轨的长度方向排布的若干个。
可选地，所述滑块包括：位于所述直线导轨两侧的侧部，及连接两个所述侧部的支撑部；所述密封间隙分为：位于每个所述侧部和直线导轨之间的第一间隙及位于所述支撑部和直线导轨之间的第二间隙；在所述第一间隙和第二间隙中均填充有所述磁流体。
可选地，在所述侧部和支撑部中均设置有线圈。
可选地，所述直线导轨和滑块均包括：本体及包覆在所述本体表面的隔磁材料，所述隔磁材料用于阻挡所述本体导磁。
可选地，所述直线导轨和滑块均使用非导磁材料制成。
本发明还提供一种控制装置，所述控制装置用于上述任一所述的直线导引装置，包括：检测单元，用于检测所述滑块的振动幅度；控制单元，用于获取所述振动幅度以控制所述线圈中的电流大小，所述振动幅度越大，所述电流越大。
本发明还提供一种控制方法，所述控制方法用于上述任一所述的直线导引装置，包括：检测所述滑块的振动幅度；获取所述振动幅度，从而控制所述线圈中的电流大小，所述振动幅度越大，所述电流越大。
本发明还提供一种直线导引系统，其特征在于，包括：上述任一所述的直线导引装置及控制装置。
可选地，所述检测单元集成于所述滑块和直线导轨中的其中一个。
可选地，所述控制单元集成于所述滑块和直线导轨中的其中之一。
可选地，所述直线导引系统还包括：电源，所述控制单元、线圈及电源均集成于所述滑块和直线导轨中的同一个；所述控制单元的一端连接所述电源且另一端连接线圈。
可选地，所述电源包括：振动能量采集模块，用于采集所述滑块的振动能量并转化为电能以用于供电。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
利用线圈通电并配合磁流体，可以主动调节滑块和直线导轨之间的阻尼力，从而满足多种振动情况下的适应性调节，减振阻尼效果明显。而且，本技术方案对直线导轨和滑块之间间隙没有高精度要求，这增强了直线导轨的互换性。
附图说明
图1是本发明具体实施例的直线导引装置的立体图；
图2是本发明具体实施例的直线导引装置的剖面图，其剖切面垂直于直线导轨的长度方向且经过滑块；
图3是图2中区域A、B、C分别对应的放大图，其中图3(a)是图2中区域A的放大图，图3(b)是图2中区域B的放大图，图3(c)是图2中区域C的放大图；
图4是本发明具体实施例的直线导引装置中滑块的立体图；
图5是图1所示直线导引装置在减振阻尼过程中的控制方法的流程图；
图6是用于图1所示直线导引装置的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，直线导引装置包括直线导轨1及可运动地设于直线导轨1的滑块2，其中滑块2横跨于直线导轨1。参照图2，在直线导轨1和滑块2面对面的工作面之间形成有密封间隙，其中，滑块2依靠其工作面沿着直线导轨1的工作面运动。结合参照图3，其中，密封间隙分为：直线导轨1两侧的第一间隙a、b及直线导轨1上方的第二间隙c(图1和图2未示出)。结合参照图4，直线导引装置还包括线圈3(图1和图2示出)，线圈3设于滑块2，线圈3的螺旋轴垂直于所在工作面。其中，滑块2具有位于直线导轨1两侧的第一工作面201及第二工作面202，各自面向直线导轨1，两个第一工作面201分别定义第一间隙a、b的一侧边界，第二工作面202定义第二间隙c。
线圈3分成三组，分别布置在两个第一工作面201及第二工作面202。在密封间隙内填充有润滑剂，在润滑剂中掺杂有磁流体，形成磁流体润滑剂。这包括在第一间隙a、b及第二间隙c内均填充有磁流体润滑剂。磁流体既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，是由磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体，这种液体属性使得磁流体和润滑剂能够形成良好混合。
当线圈3中未通电时，磁流体未受到磁场作用，滑块2以较小的阻力沿直线导轨1运动，此时润滑剂起到良好的润滑特性。在相应位置的线圈3中通入直流电，产生垂直于对应工作面方向的磁场，受此磁场作用，磁流体润滑剂表现出磁性，使得磁流体润滑剂流动性降低，本身粘度增加，刚度增大。同时，滑块2的振动对磁流体润滑剂形成挤压，磁流体润滑剂工作在挤压模式下，依靠较大刚度对滑块2的振动形成较大阻尼力，从而降低滑块2的振动幅度，达到阻尼减振目的。
利用本技术方案，能够实现主动调节直线导轨1和滑块2之间的阻尼力。具体地，结合参照图5，直线导引装置的控制方法可以包括：
步骤S1，检测滑块2的振动幅度；
步骤S2，获取振动幅度，从而根据所述振动幅度控制线圈3中的电流大小，振动幅度越大，电流越大。振动幅度反应了滑块2的振动大小，是线圈3中电流大小的依据，振动幅度越大，所要求的减振阻尼力越大，从而实现良好减振。因此，增大电流可增强磁场强度，从而较大程度地抑制磁流体润滑剂的流动性，磁流体润滑剂的刚度增大，减振阻尼力增大。
在具体调节策略中，根据最终要实现的阻尼力大小，振动幅度和电流之间可以具有合理的对应关系。振动幅度和电流之间具有对应关系，每个振动幅度范围对应于一个电流值或对应一个电流值范围，或者，每个振动幅度范围对应一个电流值或对应一个电流值范围。持续执行步骤S1-S2，直至滑块2振动幅度降低至较低值，实现阻尼减振的一种闭环控制策略。
本技术方案的直线导引装置能够满足多种振动情况下的适应性调节，减振阻尼效果明显。进一步地，现有技术在原有承载滑块的基础上增加阻尼滑块，不仅阻尼效果恒定，还增加了直线导轨的安装空间。相比之下，参照图2，本案中的滑块2仅作为承载滑块来使用，舍弃了阻尼滑块的概念，因此在不增加安装空间的同时获得良好阻尼。更进一步地，现有技术中挤压油膜的厚度一致性及阻尼滑块的安装需求要求高精度的直线导轨，相比之下，本案对直线导轨1没有高精度要求，直线导轨1具有良好的互换性，产品可选性增加，降低生产成本。
参照图1-图4，滑块2的振动主要表现于直线导轨1的宽度方向和高度方向，所述宽度方向和高度方向均垂直于直线导轨1的长度方向。因此，本技术方案包括三组线圈3，对应于三组线圈3，位于第一间隙a、b位置的线圈3对滑块2沿直线导轨1的宽度方向的振动起到减振效果，位于第二间隙c位置的线圈3主要对滑块2沿直线导轨1的高度方向的振动起到减振效果。因此，在减振调节过程中，可以根据滑块2在宽度方向和高度方向的振动幅度调节对应位置的线圈3通电及电流大小。
其中，每一组线圈3包括沿直线导轨1的长度方向排布的若干个，例如对应于第一工作面201和第二工作面202各自的线圈3均具有沿直线导轨1的长度方向排布的若干个。这能够实现第一间隙a、b和第二间隙c各自的磁流体润滑剂沿长度方向受到均衡的磁场作用，每个位置的磁流体润滑剂能够提供均衡的减振阻尼力，提升减振效果。
滑块2包括：位于直线导轨1两侧的侧部21，及连接两个侧部21的支撑部22。在滑块2可以横跨于直线导轨1之上时，侧部21位于直线导轨1的两侧(结合图1)，而支撑部22支撑于直线导轨1上方。两个侧部21与直线导轨1之间形成第一间隙a、b，支撑部22与直线导轨1之间形成第二间隙c。
参照图2，直线导引装置还包括滚动体5，直线导轨1和滑块2之间可以通过无限循环滚动的滚动体5实现相对运动，因此直线导引装置是直线滚动导引装置。每个侧部21具有滚道面210及第一工作面201，滚道面210提供滚动体5在滚动过程中的滚道，第一工作面201用来布置线圈3(参照图4)。支撑部22为鞍板，鞍板对滚动体5形成预装，支撑部22提供第二工作面202。在其他实施例中，直线导引装置可以是直线滑动导引装置。
在支撑部22沿直线导轨1宽度方向的两端，在滑块2与直线导轨1之间设置有第一密封件61，两个第一密封件61之间为第二间隙c(结合图3)。在每个侧部21远离支撑部22的一端，在侧部21和直线导轨1之间设置有第二密封件62，每一侧的第二密封件62和同侧的第一密封件61之间为第一间隙a或b(结合图3)，因此第一工作面201和滚道面210一起定义了第一间隙a或b的边界。结合参照图1，在滑块2沿直线导轨1长度方向的两端分别设置有第三密封件63，第三密封件63可以阻挡异物进入直线导轨1和滑块2之间，从而避免磁流体润滑剂遭到污染，以保持运动副之间的良好润滑。第一密封件61、第二密封件62及第三密封件63使第一间隙a、b和第二间隙c各自其间的磁流体润滑剂保持密封，避免各个间隙的磁流体润滑剂之间发生流动。同时，侧部21和支撑部22中均设置有线圈3(参照图4)，从而确保每个间隙内的磁流体润滑剂能够得到单独控制。这更进一步确保每个间隙尺寸大致相同，保持滑块2的运行稳定性。
参照图4，线圈3固定于滑块2，滑块2相比于直线导轨1(参照图1)具有较短长度，所用线圈3数量较少，成本低。在一种变形例中，线圈可以设置于直线导轨。因此，线圈可以设于滑块和直线导轨中的其中一个。
参照图2，滚动体5为圆柱滚子，此仅为一个示例。除此之外的实施例中，滚动体可以为圆锥滚子、球面滚子和滚珠。
参照图4，线圈3为呈平面螺旋形态，固定于滑块2的工作面。其中，线圈3露出，仅为显示效果。在装配状态，线圈3可以被封装。例如，在第一工作面201和第二工作面202中形成收容槽(图中未示出)，在线圈3收容于收容槽后，利用盖子对收容槽的开口进行密封，使得线圈3被封装于收容槽内。其中，盖子应确保对磁场不形成阻隔或屏蔽，使得磁场能够有效作用于对应的磁流体。
因此，线圈3可以埋设于滑块2中，避免线圈3与磁流体润滑剂直接接触。
线圈3在通电后产生的磁场使得直线导轨1和滑块2带磁，从而吸引杂质颗粒进入密封间隙，与滚动体5及滚道面210发生磨损，造成直线导引装置效能下降。因此，参照图2，直线导轨1和滑块2具有非导磁性，可以避免因直线导轨1和滑块2带磁而在两者之间引入杂质颗粒，从而使得直线导引装置运行稳定，性能提升。
在一种实施例中，直线导轨1和滑块2可以均使用非导磁材料制成。在一种变形例中，直线导轨和滑块均包括本体及包覆在本体表面的隔磁材料，其中，本体可以是导磁材料制成，如铁磁金属，隔磁材料用于阻挡本体导磁。
参照图6并结合图2及图4，本发明还提供一种用于上述直线导引装置的控制装置7，控制装置7和直线导引装置一起构成直线导引系统。控制装置7包括：检测单元71，用于检测滑块2的振动幅度；控制单元72，用于获取所述振动幅度以控制线圈3中的电流大小，振动幅度越大，电流越大。
进一步地，控制单元72包括接收单元721、储存单元722及指令单元723。其中，接收单元721用于与检测单元71通信，从而获取振动幅度。储存单元722用于储存振动幅度和电流之间的对应关系。指令单元723用于从接收单元721获取振动幅度及从储存单元722获取与该振动幅度对应的电流，从而发出控制指令以控制线圈3的通电电流。
其中，滑块2沿直线导轨1的长度方向运动，因此其振动主要表现在直线导轨1的宽度方向和高度方向。因此，检测单元71可以是两轴加速度传感器，用于检测滑块2在直线导轨1的宽度方向和高度方向上的振动加速度，并根据加速度与位移之间的对应关系转化为振动幅度，之后再根据电压和振动幅度之间的关系转化成便于测量的电压信号。这一电压信号反映了振动幅度。
其中，根据传感器敏感元件的不同，两轴加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式、光纤光栅等。除了两轴加速度传感器外，检测单元71可以选择位移传感器。
检测单元71可以集成于滑块2和直线导轨1中的其中一个，检测单元71的位置与线圈3及磁流体润滑剂的位置无直接关联。结合参照图1，控制单元72可以集成于滑块2，或者在其他实施例中集成于直线导轨。进一步地，检测单元71与控制单元72可以集成在一起以构成控制装置7。在其他实施例中，检测单元和控制单元之间可以独立存在。
其中，用于为线圈3(参照图4)及控制单元72供电的电源(图中未示出)可以设于直线导引装置之外，控制单元72通过导线连接在线圈3和电源之间。其中，将导线集成于拖链(图中未示出)，在滑块2沿直线导轨1运动过程中，拖链带着导线随滑块2运动，从而保持电连接。
在一种变形例中，控制单元72、线圈3及电源可以集成于滑块2和直线导轨1中的同一个，控制单元72的一端连接电源且另一端连接线圈3。这种电源为便携式电源，例如电池，固定于滑块2或者直线导轨1。
在一种实施例中，电源包括：振动能量采集模块，用于采集滑块2的振动能量并转化为电能以用于供电。这有效利用了振动能量，提高了能量利用率，节省电能。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种直线导引装置，包括直线导轨及可运动地设于所述直线导轨的滑块，在所述直线导轨和滑块面对面的工作面之间形成有密封间隙；在所述密封间隙内填充有润滑剂；其特征在于，
所述直线导引装置还包括：线圈，设于所述滑块及直线导轨中的其中一个，所述线圈的螺旋轴垂直于所述工作面，在所述润滑剂中掺杂有磁流体。
2.如权利要求1所述的直线导引装置，其特征在于，在所述工作面形成有收容槽，所述线圈封装于所述收容槽内。
3.如权利要求1所述的直线导引装置，其特征在于，所述线圈埋设于所述滑块和直线导轨中的所述其中一个。
4.如权利要求1所述的直线导引装置，其特征在于，所述线圈包括沿所述直线导轨的长度方向排布的若干个。
5.如权利要求1所述的直线导引装置，其特征在于，所述滑块包括：位于所述直线导轨两侧的侧部，及连接两个所述侧部的支撑部；
所述密封间隙分为：位于每个所述侧部和直线导轨之间的第一间隙及位于所述连接部和直线导轨之间的第二间隙；
在所述第一间隙和第二间隙中均填充有所述掺杂磁流体的润滑剂。
6.如权利要求5所述的直线导引装置，其特征在于，在所述侧部和支撑部中均设置有线圈。
7.如权利要求1所述的直线导引装置，其特征在于，所述直线导轨和滑块均包括：本体及包覆在所述本体表面的隔磁材料，所述隔磁材料用于阻挡所述本体导磁。
8.如权利要求1所述的直线导引装置，其特征在于，所述直线导轨和滑块均使用非导磁材料制成。
9.一种用于权利要求1-8任一项所述的直线导引装置的控制装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测所述滑块的振动幅度；
控制单元，用于根据所述振动幅度控制所述线圈中的电流大小，所述振动幅度越大，所述电流越大。
10.一种权利要求1-8任一项所述的直线导引装置的控制方法，其特征在于，包括：
检测所述滑块的振动幅度；
根据所述振动幅度控制所述线圈中的电流大小，所述振动幅度越大，所述电流越大。
11.一种直线导引系统，其特征在于，包括权利要求9所述的控制装置。
12.如权利要求11所述的直线导引系统，其特征在于，所述检测单元集成于所述滑块和直线导轨中的其中一个。
13.如权利要求11所述的直线导引系统，其特征在于，所述控制单元集成于所述滑块和直线导轨中的其中之一。
14.如权利要求11所述的直线导引系统，其特征在于，还包括：电源，所述控制单元、线圈及电源均集成于所述滑块和直线导轨中的同一个；
所述控制单元的一端连接所述电源且另一端连接线圈。
15.如权利要求14所述的直线导引系统，其特征在于，所述电源包括：振动能量采集模块，用于采集所述滑块的振动能量并转化为电能以用于供电。
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