CN108927669B - 一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台 - Google Patents

一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台 Download PDF

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Abstract

一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，涉及精密运动控制设备领域，包括竖直伺服电机、旋转伺服电机、XY微分平台、支撑导轨、滑块过渡板、偏心调整组件、标尺光栅和光栅读数头；竖直伺服电机下端设有滚珠丝杠；支撑导轨对称分设于滚珠丝杠的两侧，支撑导轨上的滑块与滚珠丝杠上的螺母座通过滑块过渡板固定连接；旋转伺服电机与滑块过渡板连接；偏心调整组件固定设于旋转伺服电机的下端；XY微分平台设于底板上，且位于偏心调整组件的正下方；标尺光栅平行设于第一支撑导轨的一侧，光栅读数头与滑块过渡板连接；本发明采用模块化结构，设计精巧，结构紧凑，而且具有偏心调整功能，可适应多种高精度操作的应用场合。

Description

一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台
技术领域
本发明涉及精密运动控制设备领域，尤其涉及一种可实现偏心调整的精密两轴的运动平台。
背景技术
在输出机构旋转角度与进给深度的两自由度精密运动控制领域中，当对加工对象进行加工作业时，为了克服运动输出机构与作业对象的轴向不一致问题，旋转速度要求平稳可靠且运动输出机构具有偏心调整功能；进给深度精度要求控制在μm级。目前存在的垂直/旋转两轴运动平台尚未引入偏心调整功能，应用范围狭窄。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提出一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其采用模块化结构，设计精巧，结构紧凑，而且具有偏心调整功能，可适应多种高精度操作的应用场合。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，包括底板和立柱，还包括竖直伺服电机、旋转伺服电机、XY微分平台、第一支撑导轨、第二支撑导轨、滑块过渡板、偏心调整组件、标尺光栅和光栅读数头；
立柱竖直地固定设于底板上；
竖直伺服电机固定设于立柱上，竖直伺服电机的下端设有滚珠丝杠，滚珠丝杠上套设有丝杠螺母，丝杠螺母上设有螺母座；
第一支撑导轨和第二支撑导轨平行对称设于滚珠丝杠的两侧，第一支撑导轨和第二支撑导轨上分别设有滑块；
滑块过渡板与螺母座和滑块固定连接；
旋转伺服电机与滑块过渡板连接，旋转伺服电机下端设有旋转过渡轴；
偏心调整组件固定设于旋转过渡轴的下端；
XY微分平台设于底板上，且位于偏心调整组件的正下方；
标尺光栅平行设于第一支撑导轨的一侧；光栅读数头与滑块过渡板连接，光栅读数头用于读取标尺光栅的数值。
偏心调整组件包括偏心调整板、抱紧块、微导轨、微分头、第一顶紧块、第二顶紧块、顶紧弹簧；偏心调整板设于旋转过渡轴的下端；微导轨个数为2，微导轨对称设于偏心调整板上，且微导轨上滑动设有微导轨滑块；抱紧块的两端分别与微导轨滑块固定连接；抱紧块一侧设有微分头，且微分头与抱紧块螺接；第一顶紧块设于偏心调整板上相对微分头的一侧，第一顶紧块设有顶紧杆；微分头的一端设有测杆，微分头的另一端设有微分筒，测杆与顶紧杆同轴压紧接触；第二顶紧块固定设于偏心调整板上并与微分头同侧平行设置，第二顶紧块上设有顶紧弹簧，顶紧弹簧顶抵抱紧块。
本发明还包括零点位置块、上限位光电开关和下限位光电开关；零点位置块与滑块过渡板连接且和第二支撑导轨同侧，上限位光电开关和下限位光电开关分别设于滑块过渡板滑动行程的上下两端。
本发明还包括导轨加高块，导轨加高块个数为2，导轨加高块固定设于立柱上，第一支撑导轨和第二支撑导轨分别安设于导轨加高块上。
标尺光栅固定在导轨加高块上，该导轨加高块为安设第一支撑导轨的导轨加高块。
本发明还包括读数头安装板，光栅读数头通过读数头安装板与滑块过渡板连接。
本发明还包括电机驱动器和平台过渡板；电机驱动器设于立柱后侧；平台过渡板设于XY微分平台上。
偏心调整组件的偏心调整范围为±5mm，滑块的垂直运动精度为1μm。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
本发明采用模块化组装方式，设计精巧，结构紧凑，本发明具有偏心调整功能，偏心调整范围为±5mm，垂直运动精度为1μm，可适应多种高精度操作的应用场合，通用性强，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视示意图；
图3为本发明的侧面剖视示意图；
图4为偏心调整组件的结构示意图；
图5为偏心调整组件的侧面示意图。
附图标记说明：底板1，立柱2，偏心调整板3，零点位置块4，旋转伺服电机座5，竖直伺服电机座6，旋转伺服电机7，竖直伺服电机8，光栅读数头9，标尺光栅10，旋转过渡轴11，抱紧块12，滚珠丝杠13，第一支撑导轨14，XY微分平台15，电气安装板16，伺服电机驱动器17，电气设备外罩18，滑块过渡板19，平台过渡板20，导轨加高块21，读数头安装板22，微导轨滑块23，微导轨24，微分头25，第二顶紧块26，顶紧弹簧27，顶紧杆28，第一顶紧块29，上限位光电开关30，下限位光电开关31，第二支撑导轨32，抱紧块的初始位置12’，抱紧块的移动位置12”。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1～3所示，本发明包括底板1、立柱2、偏心调整板3、零点位置块4、旋转伺服电机座5、竖直伺服电机座6、旋转伺服电机7、竖直伺服电机8、光栅读数头9、标尺光栅10、旋转过渡轴11、抱紧块12、滚珠丝杠13、第一支撑导轨14、XY微分平台15、电气安装板16、伺服电机驱动器17、电气设备外罩18、滑块过渡板19、平台过渡板20、导轨加高块21、读数头安装板22、微导轨滑块23、微导轨24、微分头25、第二顶紧块26、顶紧弹簧27、顶紧杆28、第一顶紧块29、上限位光电开关30、下限位光电开关31、第二支撑导轨32；其中：
立柱2竖直地固定设于底板1上；
立柱2上设有竖直伺服电机座6，竖直伺服电机8安装在竖直伺服电机座6上，竖直伺服电机8下端设有滚珠丝杠13，滚珠丝杠13上套设有丝杠螺母，丝杠螺母上设有螺母座；
第一支撑导轨14和第二支撑导轨32平行对称设于滚珠丝杠13的两侧，第一支撑导轨14和第二支撑导轨32上分别滑动设有滑块；
滑块过渡板19与螺母座和第一、第二支撑导轨上的滑块固定连接；滚珠丝杠13是运动输出机构，滑块过渡板19随着滚珠丝杠13的回转运动而直线运动；
导轨加高块21固定设于立柱2上，导轨加高块个数为2，所述第一支撑导轨14和第二支撑导轨32分别安设于导轨加高块21上；
滑块过渡板19上设有旋转伺服电机座5，旋转伺服电机座5上设有旋转伺服电机7，旋转伺服电机7下端设有旋转过渡轴11；
偏心调整组件固定设于旋转过渡轴11的下端；
XY微分平台15设于底板1上，且位于偏心调整组件的正下方；
标尺光栅10平行设于第一支撑导轨14一侧并固定在导轨加高块21上；光栅读数头9通过读数头安装板22与滑块过渡板19连接；如此，光栅读数头9随着滑块的移动而移动并通过标尺光栅10读取位移数值；
零点位置块4与滑块过渡板19连接且和第二支撑导轨32同侧，上限位光电开关30和下限位光电开关31分别设于滑块过渡板19滑动行程的上下两端；当零点位置块4随滑块过渡板19分别运动到上限位光电开关30、下限位光电开关31位置时，触发限位信号，实现对竖直伺服电机8运动范围的限位；
电气安装板16安装在立柱2上；立柱2后侧设有电气设备外罩18和伺服电机驱动器17；平台过渡板20设于XY微分平台15上。
如图4所示，偏心调整组件包括偏心调整板3、抱紧块12、微导轨24、微分头25、第一顶紧块29、第二顶紧块26、顶紧弹簧27；
偏心调整板3设于旋转过渡轴11的下端；
微导轨24个数为2，微导轨24对称设于偏心调整板3上，且微导轨24上滑动设有微导轨滑块23；
抱紧块12的两端分别与微导轨滑块23固定连接；抱紧块12一侧设有微分头25，且微分头25与抱紧块12螺接；
第一顶紧块29设于偏心调整板3上相对微分头25的一侧，第一顶紧块29上固定设有顶紧杆28；微分头25的一端设有测杆，微分头的另一端设有微分筒，测杆与顶紧杆28同轴压紧接触；
第二顶紧块26固定设于偏心调整板3上并与微分头25同侧平行设置，第二顶紧块26上设有顶紧弹簧27，顶紧弹簧27顶抵抱紧块12。
本发明中偏心调整组件的偏心调整范围为±5mm，滑块的垂直运动精度为1μm。
偏心调整组件的工作原理如下：
转动微分头25后端的微分筒，微分头25前端的测杆伸长或收回从而前后位移，由于测杆与顶紧杆28压紧接触，测杆端面相对顶紧杆28的位置固定，微分头25与抱紧块12螺接，因此抱紧块12相对产生与测杆端面运动方向相反的位移，进而实现偏心调整的功能；
如图5所示，12’为抱紧块12的初始位置，12”为抱紧块12的移动位置；当抱紧块12处于12’的初始位置时，逆时针旋转微分头25的微分筒时，测杆收回，产生向右的位移，由于测杆端面位置固定，因此抱紧块12产生向左的相对位移，移动到12”的位置，然后当顺时针旋转所述微分头25的微分筒时，测杆伸长，产生向左的位移，由于测杆端面位置固定，因此抱紧块12从12”位置产生向右的相对位移，返回12’的初始位置，进而实现偏心调整功能，偏心调整的精度与微分头25精度相同，为0.01mm。
本发明的工作步骤如下：
1、首先对两轴运动平台进行对中调整；将待加工对象通过平台过渡板20固定在XY微分平台15上，通过微分头25的微分筒读数保证旋转过渡轴11的轴线、抱紧块12的轴线、XY微分平台15的中心法线三者重合；
2、将零点位置块4置于上限位光电开关30处，并对光栅读数头9的读数数据进行清零；
3、根据工作需求，通过手动旋转微分头25的微分筒调整抱紧块12的偏心量到指定数值，偏心调整量为±5mm，偏心调整的精度为0.01mm；
4、启动旋转伺服电机7，初始时，编码器脉冲数据清零，随后利用编码器的脉冲读数记录旋转角度，实现旋转角度的闭环控制；
5、启动竖直伺服电机8，滑块随着滚珠丝杠13的正转进行向下进给，滑块过渡板19与滑块固定连接，因此滑块过渡板19也随着滑块向下进给，光栅读数头9跟随滑块过渡板19的上下移动读取脉冲值，进而计算位移数据，测量精度1μm，达到作业深度后，滚珠丝杠13反转向上退出，实现两轴精密运动控制，满足精密作业要求。

Claims (8)

1.一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，包括底板和立柱，其特征在于：还包括竖直伺服电机、旋转伺服电机、XY微分平台、第一支撑导轨、第二支撑导轨、滑块过渡板、偏心调整组件、标尺光栅和光栅读数头；
立柱竖直地固定设于底板上；
竖直伺服电机固定设于立柱上，竖直伺服电机的下端设有滚珠丝杠，滚珠丝杠上套设有丝杠螺母，丝杠螺母上设有螺母座；
第一支撑导轨和第二支撑导轨平行对称设于滚珠丝杠的两侧，第一支撑导轨和第二支撑导轨上分别设有滑块；
滑块过渡板与螺母座和滑块固定连接；
旋转伺服电机与滑块过渡板连接，旋转伺服电机下端设有旋转过渡轴；
偏心调整组件固定设于旋转过渡轴的下端；
XY微分平台设于底板上，且位于偏心调整组件的正下方；
标尺光栅平行设于第一支撑导轨的一侧；光栅读数头与滑块过渡板连接，光栅读数头用于读取标尺光栅的数值。
2.如权利要求1所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：偏心调整组件包括偏心调整板、抱紧块、微导轨、微分头、第一顶紧块、第二顶紧块、顶紧弹簧；偏心调整板设于旋转过渡轴的下端；微导轨个数为二，微导轨对称设于偏心调整板上，且微导轨上滑动设有微导轨滑块；抱紧块的两端分别与微导轨滑块固定连接；抱紧块一侧设有微分头，且微分头与抱紧块螺接；第一顶紧块设于偏心调整板上相对微分头的一侧，第一顶紧块设有顶紧杆；微分头的一端设有测杆，微分头的另一端设有微分筒，测杆与顶紧杆同轴压紧接触；第二顶紧块固定设于偏心调整板上并与微分头同侧平行设置，第二顶紧块上设有顶紧弹簧，顶紧弹簧顶抵抱紧块。
3.如权利要求1所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：还包括零点位置块、上限位光电开关和下限位光电开关；零点位置块与滑块过渡板连接且和第二支撑导轨同侧，上限位光电开关和下限位光电开关分别设于滑块过渡板滑动行程的上下两端。
4.如权利要求1所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：还包括导轨加高块，导轨加高块个数为二，导轨加高块固定设于立柱上，第一支撑导轨和第二支撑导轨分别安设于导轨加高块上。
5.如权利要求4所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：标尺光栅固定在导轨加高块上，该导轨加高块为安设第一支撑导轨的导轨加高块。
6.如权利要求1所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：还包括读数头安装板，光栅读数头通过读数头安装板与滑块过渡板连接。
7.如权利要求1所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：还包括电机驱动器和平台过渡板；电机驱动器设于立柱后侧；平台过渡板设于XY微分平台上。
8.如权利要求1所述的一种可实现偏心调整的精密两轴运动平台，其特征在于：偏心调整组件的偏心调整范围为±5mm，滑块的垂直运动精度为1μm。
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