CN115473472B - 应用于直线电机的位置自比较输出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于直线电机的位置自比较输出系统，包括微控制单元和处理单元；微控制单元与外部控制器相连接，获取外部控制器的所发出的指令信息，并且将指令信息传输至处理单元内；处理单元接收微控制单元的指令信息后，读取当前的实时位置信息，并且与指令信息中的位置点数据进行比较，当实时位置信息与位置点数据保持一致时，向外部信号接收器发送触发信号；处理单元接收外部控制器所生成终止信号后，处理单元停止对实时位置信息信息与位置点数据进行比较，本发明实现了位置自比较输出的功能，将高速运动和实时数据处理有机的结合起来，提升检测精度的同时提高检测效果。

Description

应用于直线电机的位置自比较输出系统
技术领域
本发明涉及直线电机控制领域，尤其涉及一种应用于直线电机的位置自比较输出系统。
背景技术
在精密自动化加工、组装和检测设备领域，经常使用某些外部设备在快速运动的过程中接收位置比较输出的触发信号来做出相应动作，例如激光开关光、相机拍照、光源触发等，而不是停下来处理，从而可以同时兼顾加工或测量的精度和速度。在这个过程当中，精确的检测位置反馈以及将实时的位置和需要触发信号的预存的位置点进行比较，并在相应位置进行即时的信号触发，是决定了最终加工效果和检测精度的重要因素。以前的技术多以外部驱动器或者外部控制器来进行位置比较输出，而直线电机模组作为控制对象，一般只执行运动并且通过光栅进行位置反馈，并不参与位置比较输出的实际过程；使用外部控制器来进行位置比较输出，在获取位置反馈的时候一般都要通过驱动器来进行反馈信号的处理和中转，会造成不确定的延时，当运动速度越快的时候延迟越大，会对位置比较的实时性和精度产生较大的影响。另外，只有高端的控制器才支持复杂的多轴位置比较输出，在多轴运动的情况下，反馈信号的中转的延迟会和多轴运动的跟随误差相叠加，对结果产生更多的负面影响。
使用外部驱动器来进行位置比较输出，虽然对光栅的反馈信号可以及时处理，但是一般只能进行单轴的位置比较输出。此外，因为驱动器内部存储和运算能力有限，因此对位置比较点数据的存储容量有限，对比较算法的处理上也不灵活，难以满足多轴及各种复杂场景的需求。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种应用于直线电机的位置自比较输出系统，安装在直线电机上，从而可直接获得无延迟的位置反馈信号，并且根据位置反馈信号控制直线电机的运动，让直线电机模组除了被外部控制之外，也实现了位置自比较输出的功能，将高速运动和实时数据处理有机的结合起来，可以提升最终加工效果和检测精度。
为实现上述目的，本发明提供一种应用于直线电机的位置自比较输出系统，包括微控制单元和处理单元；
微控制单元与外部控制器相连接，获取外部控制器的所发出的指令信息，并且将指令信息传输至处理单元内；
处理单元接收微控制单元的指令信息后，读取当前的实时位置信息，并且与指令信息中的位置点数据进行比较，当实时位置信息与位置点数据保持一致时，向外部信号接收器发送触发信号；
处理单元接收外部控制器所生成终止信号后，处理单元停止对实时位置信息信息与位置点数据进行比较。
作为优选，所述微控制单元通过数据接口与外部控制器相连接，微控制单元内部还设有数据缓存模块，所述数据缓存模块对微控制单元所接收的数据信息进行分类存储，对指令信息进行筛选提取，获得位置点数据。
作为优选，所述处理单元对通过获取装置对直线电机的所处位置进行实时获取，获得实时位置反馈信息；并且与位置点数据进行比较，当且仅当实时位置反馈信息与位置点数据一致时，处理单元发送触发信号至外部信号接收器。
作为优选，所述获取装置包括光栅尺和光栅读数头，所述光栅读数头设置在直线电机上，随着直线电机进行运动，所述光栅读数头所述光栅尺相配合，获取直线电机的位置反馈信息。
作为优选，所述处理单元接收所述微控制单元和获取装置所获得的相关信息后，对信息进行处理，具体处理过程如下：
S1: 处理单元在直线电机回零的过程获取原点开关的信号以确定零点位置，然后实时读取获取装置所获得的位置反馈信息；
S2:将所述获得的位置反馈信息与所接收的位置点数据进行比较，判断两者是否保持一致；
S3:若实时位置反馈信息与位置点数据保持一致，处理单元输出触发信号至外部信号接收器，外部信号接收器开始进行工作；
S4:处理单元在接收外部控制器的停止位置比较的命令信息后，停止对所获得的位置反馈信息与所接收的位置点数据进行比较。
作为优选，在步骤S1中，当处理单元接收到返回原点的指令信息后，外部驱动器控制直线电机模组回到原点开始进行运动。
作为优选，所述直线电机内设有动子线圈，直线电机设置在带有导轨的底座上，所述底座上还设有与动子线圈相适配的定子，在定子和动子线圈的配合下，直线电机沿着导轨进行运动。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的应用于直线电机的位置自比较输出系统，通过将数据的获取与处理过程均通过直线电机直接进行处理，这样不用依赖外部的控制器和驱动器；对于直线电机的运动方向是根据初始位置与最终位置进行判定，且是否运动终止是由直线电机的测量模块进行控制而非控制单元来决定，且不经过任何的中间环节，数据的处理实效性和效率都得到了提高，从而提高了加工和检测的精度。
附图说明
图1为本发明的系统连接示意图；
图2为本发明的步骤流程示意图；
图3为本发明的结构示意图。
主要元件符号说明如下：
1.比较单元 2.光栅读数头 3.光栅尺 4.工作台 5.滑块 6.动子线圈
7.导轨 8.定子 9.底座。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地描述，当然本发明的保护范围不仅于此，在不付出创造性劳动的前提下，本领域技术人员能思之变化的简单置换都属于本申请的保护范围。
请参阅图1至图3，本发明公开了一种应用于直线电机的位置自比较输出系统，包括微控制单元和处理单元；微控制单元与外部控制器相连接，获取外部控制器的所发出的指令信息，并且将指令信息传输至处理单元内；处理单元接收微控制单元的指令信息后，读取当前的实时位置信息，并且与指令信息中的位置点数据进行比较，当实时位置信息与位置点数据保持一致时，向外部信号接收器发送触发信号；处理单元接收外部控制器所生成终止信号后，处理单元停止对实时位置信息信息与位置点数据进行比较。在本实施例中，整个系统都安装在直线电机模组内部，不外接任何的控制器和驱动器，完全由直线电机模组自身进行位置的比较输出，且直线电机模组内所有的位置反馈信号都与位置自比较输出系统直连，进行数据的直接交互，不经过任何的中间环节，数据的处理实时性和效率得到了提高，进一步提高了加工和检测的精度；在具体实施过程中，外部控制器仅仅发出相关的指令信息，所有的处理过程均有处理单元和微控制单元进行后续的处理，从而使得外部信息接收器在设定的位置进行工作，提高了准确性。
微控制单元通过数据接口与外部控制器相连接，微控制单元内部还设有数据缓存模块，数据缓存模块对微控制单元所接收的数据信息进行分类存储，对指令信息进行筛选提取，获得位置点数据；处理单元对通过获取装置对直线电机的所处位置进行实时获取，获得实时位置反馈信息；并且与位置点数据进行比较，当且仅当实时位置反馈信息与位置点数据一致时，处理单元发送触发信号至外部信号接收器；获取装置包括光栅尺和光栅读数头，光栅读数头设置在直线电机上，随着直线电机进行运动，光栅读数头光栅尺相配合，获取直线电机的位置反馈信息。在实际的使用过程中，直线电机旁会设置光栅尺，当光栅尺相对于指示光栅移动时，形成亮暗交替变化的莫尔条纹，利用光栅读数头将莫尔条纹亮暗变化的光信号，转换成电脉冲信号，并用数字显示，便可测量出在光栅尺上的移动距离和位置信息。在具体的实施过程中，首先利用外部控制器向微控制单元发送相关的指令信息，微控制单元在接收到指令信息后，对指令信息进行分类筛选，从而获得位置点数据，即需要向外部信号接收器所发出触发信号的位置，然后利用获取装置得到直线电机在运动时的实时位置反馈信息，当两者相对应时，则对外部信号接收器发送触发信号，此外设置有数据缓存模块，可有效对多个位置点数据进行存储，满足不同的使用需求。
更为具体的是，处理单元接收所述微控制单元和获取装置所获得的相关信息后，对信息进行处理，具体处理过程如下：S1: 处理单元在直线电机回零的过程获取原点开关的信号以确定零点位置，然后实时读取获取装置所获得的位置反馈信息；S2:将所述获得的位置反馈信息与所接收的位置点数据进行比较，判断两者是否保持一致；S3:若实时位置反馈信息与位置点数据保持一致，处理单元输出触发信号至外部信号接收器，外部信号接收器开始进行工作；S4:处理单元在接收外部控制器的停止位置比较的命令信息后，停止对所获得的位置反馈信息与所接收的位置点数据进行比较。在步骤S1中，当处理单元接收到返回原点的指令信息后，外部驱动器控制直线电机模组回到原点开始进行运动。在实际的使用过程中，直线电机在进行上一次的工作不一定会处于初始位置，而外部控制器所发出的指令信息，是基于直线电机位于原点位置进行的；若直接启动直线电机进行工作，可能会造成位置点的错误，因此需要直线电机从原点开始进行运动，并且进行位置反馈，这样就能使得所获取的实时位置是能够与位置点数据在同一参考系内，更为具体的是，启动设备后整个直线电机开始进行归零运动，然后接收原点开关信号，确定归零的位置，并且以该位置作为原点位置进行后续的工作，从而满足使用需求。
下面结合具体的实施例来阐述本申请的工作流程：
直线电机模组内设有位置比较控制器和直线电机，位置比较控制器内设有微处理单元和可编辑逻辑处理单元，位置比较控制器通过数据线与外部控制器相连接，外部驱动器通过动力线与直线电机动子线圈相连，从而控制直线电机进行运动，当外部控制器向位置比较控制器发送指令信息后，微控制单元内的位置比较输出缓存单元对该指令信息进行筛选分析，得到位置点数据，并且将该位置点数据传输至可编程逻辑处理单元内的位置比较输出单元；在运动的过程中，可编程逻辑处理单元先记下原点信号位置，比较输出单元接收光栅读数头所反馈的位置信息，获取直线电机的实时位置反馈信息，并且与位置点数据进行比较，当两者保持一致时，通过位置比较输出信号接口向外部信息接收器发送触发信号，使得外部信息接收器进行相对应的工作；当外部控制器给出停止位置比较的命令时，可编辑逻辑处理单元关闭位置比较的功能。位置比较控制器和模组内部的光栅、原点和限位信号以及位置比较输出信号直接相连，不经过任何中间环节，可以非常实时的处理位置比较数据和进行位置比较输出信号的触发，让直线电机模组除了被外部控制之外，也实现了位置自比较输出的功能，将高速运动和实时数据处理有机的结合起来，可以提升最终加工效果和检测精度；此外，位置比较控制器设有位置比较输出缓存单元，从而可同时处理多组数据，当有多轴的直线电机模组一起运动时，可以对多轴的位置点数据进行同时比较，因为信号获取没有延时，因此相比外部控制器和驱动器来说，可以做到更好更快的位置比较输出。
直线电机内设有动子线圈6，直线电机设置在带有导轨7的底座9上，底座9上还设有与动子线圈6相适配的定子8，在定子8和动子线圈6的配合下，直线电机沿着导轨7进行运动。在本实施例中，定子为永磁体结构，而利用动子线圈在通电后产生的磁性从而沿着导轨进行运动，而运动的方向可由动子线圈的电流方向来进行控制，从而满足不同的运动需求，更为具体的是，在底座的两侧设有光栅尺3和滑块5，直线电机的上设有工作台4和光栅读数头2，直线电机的内部设有比较单元1，从而当直线电机进行运动时，光栅读数头与光栅尺相配合，从而确定直线电机的运动距离以及当前位置信息。
本申请的优势在于：
1）设置有本系统的直线电机可以自身完成位置比较输出，不用依赖外部的控制器和驱动器所给出的指令信息，更加智能化；
2） 位置比较控制器所接收的位置反馈信号、原点限位信号和位置比较输出信号均为直接输入，不经过任何中间环节，数据的处理实时性和效率得到了提高，从而提高了加工和检测的精度；
3）直线电机模组的位置比较控制器有专用的位置比较输出缓存单元和位置比较输出处理单元，提升了外部驱动器的位置比较点数据的存储容量，提高了比较算法的处理的灵活性，从而满足多点比较的需求；
4）直线电机内的位置比较控制器可以同时接收和处理多个运动的直线电机的位置反馈信号、原点限位信号和位置比较输出信号且无延迟，改善了使用外部控制器做位置比较输出时，反馈信号的中转的延迟会和多轴运动的跟随误差相叠加的误差的问题。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于直线电机的位置自比较输出系统，其特征在于，包括微控制单元和处理单元；
微控制单元与外部控制器相连接，获取外部控制器的所发出的指令信息，并且将指令信息传输至处理单元内；
处理单元接收微控制单元的指令信息后，读取当前的实时位置信息，并且与指令信息中的位置点数据进行比较，当实时位置信息与位置点数据保持一致时，向外部信号接收器发送触发信号；
处理单元接收外部控制器所生成终止信号后，处理单元停止对实时位置信息信息与位置点数据进行比较；
所述处理单元对通过获取装置对直线电机的所处位置进行实时获取，获得实时位置反馈信息；并且与位置点数据进行比较，当且仅当实时位置反馈信息与位置点数据一致时，处理单元发送触发信号至外部信号接收器；
所述微控制单元通过数据接口与外部控制器相连接，微控制单元内部还设有数据缓存模块，所述数据缓存模块对微控制单元所接收的数据信息进行分类存储，对指令信息进行筛选提取，获得位置点数据；整个系统都安装在直线电机模组内部，不外接任何的控制器和驱动器，完全由直线电机模组自身进行位置的比较输出，且直线电机模组内所有的位置反馈信号都与位置自比较输出系统直连。
2.根据权利要求1所述的应用于直线电机的位置自比较输出系统，其特征在于，所述获取装置包括光栅尺和光栅读数头，所述光栅读数头设置在直线电机上，随着直线电机进行运动，所述光栅读数头所述光栅尺相配合，获取直线电机的位置反馈信息。
3.根据权利要求1所述的应用于直线电机的位置自比较输出系统，其特征在于，所述处理单元接收所述微控制单元和获取装置所获得的相关信息后，对信息进行处理，具体处理过程如下：
S1:处理单元在直线电机回零的过程获取原点开关的信号以确定零点位置，然后实时读取获取装置所获得的位置反馈信息；
S2:将所述获得的位置反馈信息与所接收的位置点数据进行比较，判断两者是否保持一致；
S3:若实时位置反馈信息与位置点数据保持一致，处理单元输出触发信号至外部信号接收器，外部信号接收器开始进行工作；
S4:处理单元在接收外部控制器的停止位置比较的命令信息后，停止对所获得的位置反馈信息与所接收的位置点数据进行比较。
4.根据权利要求3所述的应用于直线电机的位置自比较输出系统，其特征在于，在步骤S1中，当处理单元接收到返回原点的指令信息后，外部驱动器控制直线电机模组回到原点开始进行运动。
5.根据权利要求1所述的应用于直线电机的位置自比较输出系统，其特征在于，所述直线电机内设有动子线圈，直线电机设置在带有导轨的底座上，所述底座上还设有与动子线圈相适配的定子，在定子和动子线圈的配合下，直线电机沿着导轨进行运动。
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