一种高精度平面定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种高精度平面定位系统，包括底座、两X轴直线电机模块、Y轴直线电机模块和载盘座，两X轴直线电机模块对称设置在底座上，Y轴直线电机模块穿设载盘座，Y轴直线电机模块的第一端和第二端分别连接两X轴直线电机模块；Y轴直线电机模块的第一端通过球状关节连接其中一X轴直线电机模块；Y轴直线电机模块的第二端通过轴关节连接另一X轴直线电机模块。Y轴直线电机模块采用双电机与滑轨安装板一体式设计，使变形匀称，提高了载盘座的平面度，防止滑轨安装板因不对称变形而出现卡死现象。有效避免了Y轴直线电机模块沿着X轴方向移动过程中，因为电机动子输出的力不一致性而导致Y轴直线电机模块卡死现象。
【专利说明】一种高精度平面定位系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械领域，特别是涉及一种高精度平面定位系统。
【背景技术】
[0002]中国专利(CN103272739A)公开了一种基于视觉引导的三维定位装置，包括X轴运动系统；Y轴运动系统，X轴运动系统活动支撑在Y轴运动系统上，Y轴运动系统驱动X轴运动系统沿Y轴运动系统的轴向运动。其中，X轴运动系统包括X轴丝杆机构和用于驱动X轴丝杆机构的X轴步进电机；γ轴运动系统包括Y轴丝杆机构和用于驱动Y轴丝杆机构的Y轴步进电机。该三维定位装置采用了平面中心位置信息(即XY平面的位置)，提高了系统的定位效果，可防止系统在运行时发生抖动及定位位置整体偏移的问题。
[0003]除此之外，现有的平面定位装置还有以下结构，包括两个Y轴，及设置在两个Y轴上的X轴，Y轴通过皮带或丝杆传动，并通过伺服电机驱动运行；χ轴通过丝杆传动，并通过伺服电机驱动运行，X轴沿两个Y轴的轴向运动。
[0004]然而该现有技术存在如下缺陷:
[0005]第一，通过增加X轴的长度，已满足X轴行程较长的要求，此时，X轴易受到本身重力影响而弯曲变形，影响最终的定位精度。若为减少弯曲变形，而增加X轴的强度，使得X轴的重量增加，影响并降低了 X轴沿着Y轴轴向运动的效率和灵敏度；
[0006]第二，X轴的两端直接固定在两侧的Y轴上，在高速运行时，易受到两边Y轴电机出力补偿不一致性而导致X轴卡住；
[0007]第三，通过光栅尺和编码器读头作为X轴沿着Y轴轴向运动的位置反馈，此时，光栅尺都是贴在电机动子的边上(编码器对应的是电机动子的位置反馈)，χ轴本身存在一定的韧性，这会导致编码器反馈的位置和实际位置存在偏差。
实用新型内容
[0008]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高精度平面定位系统。
[0009]本实用新型采用的技术方案如下:
[0010]一种高精度平面定位系统，包括底座、两X轴直线电机模块、Y轴直线电机模块和载盘座，两所述X轴直线电机模块对称设置在所述底座上，所述Y轴直线电机模块穿设所述载盘座，所述Y轴直线电机模块的第一端和第二端分别连接两所述X轴直线电机模块；
[0011]所述Y轴直线电机模块的第一端通过球状关节连接其中一所述X轴直线电机模块；所述Y轴直线电机模块的第二端通过轴关节连接另一所述X轴直线电机模块。
[0012]优选地，所述Y轴直线电机模块包括滑轨安装板、第一滑轨、磁铁、第一电机动子和第二电机动子，所述滑轨安装板通过所述第一滑轨与所述载盘座连接，所述第一电机动子和所述第二电机动子设置在所述载盘座内，所述滑轨安装板的两侧分别通过所述磁铁卡设所述第一电机动子和所述第二电机动子。
[0013]优选地，所述X轴直线电机模块包括第二滑轨、磁轨、电机动子、支架和磁轨支架，所述磁轨支架和所述第二滑轨设置在所述底座上，所述磁轨设置在所述磁轨支架上，所述电机动子卡设在所述磁轨内，并通过所述支架连接所述Y轴直线电机模块，所述第二滑轨上设置有滑块支架。
[0014]优选地，所述滑轨安装板上设置有第一光栅尺，所述载盘座上设置有与所述第一光栅尺配合的第一编码器读头。
[0015]优选地，所述Y轴直线电机模块的第一端和第二端底部分别设置有第二编码器读头，所述底座上设置有与所述第二编码器读头配合的第二光栅尺。
[0016]优选地，所述第一滑轨与所述载盘座之间设置有柔性关节。
[0017]优选地，所述第一滑轨为两条。
[0018]优选地,所述底座为大理石台面。
[0019]本实用新型同现有技术相比，具有以下优点和有益效果:
[0020]本实用新型高精度平面定位系统，Y轴直线电机模块采用双电机(包括第一电机动子和第二电机动子)与滑轨安装板一体式设计，使变形匀称，提高载盘座的平面度，防止滑轨安装板因不对称变形而出现卡死现象，轴直线电机模块的第一端通过球状关节连接X轴直线电机模块，Y轴直线电机模块的第二端通过轴关节连接X轴直线电机模块，有效避免了滑轨安装板沿着第二滑轨方向移动过程中，因为电机动子输出的力不一致性而导致滑轨安装板卡死现象；反馈滑轨安装板沿着第二滑轨方向上的位置偏移的第二光栅尺是安装在底座上，第二编码器读头是安装在滑轨安装板底部，因此，第二编码器读头直接读取滑轨安装板沿着第二滑轨方向上的偏移位置，避免了因滑轨安装板第一端和第二端分别与X轴直线电机模块连接处因弹性带来的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本实用新型所述一种高精度平面定位系统的主视图；
[0023]图2是图1所示一种高精度平面定位系统的仰视图；
[0024]图3是图1所示一种高精度平面定位系统的立体图；
[0025]图4是图2中A的局部放大示意图；
[0026]图5是沿图1中B-B线的剖视放大结构示意图。
[0027]图中:1为载盘座、2为Y轴直线电机模块、3为滑轨安装板、4为第一滑轨、5为X轴直线电机模块、6为底座、7为第一光栅尺、8为支架、9为磁轨、10为磁轨支架、11为第二滑轨、12为轴关节、13为第二光栅尺、14为电机动子、15为球状关节、16为第二编码器读头、17为滑块支架、18为第一滑轨、19为磁铁、20为第二电机动子、21为球状关节。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]参见图1至图5所示，一种高精度平面定位系统，包括底座6、两X轴直线电机模块5、Y轴直线电机模块2和载盘座I ;两X轴直线电机模块5对称设置在底座6上，Y轴直线电机模块2穿设载盘座I，Y轴直线电机模块5的第一端和第二端分别连接两X轴直线电机模块5。
[0030]本发明第一个关键技术是，Y轴直线电机模块5包括滑轨安装板3、第一滑轨4、磁铁19、第一电机动子18和第二电机动子20,滑轨安装板3通过第一滑轨4与载盘座I连接，第一电机动子18和第二电机动子20设置在载盘座I内，滑轨安装板3的两侧分别通过磁铁19卡设第一电机动子18和第二电机动子20。
[0031]优选地，滑轨安装板3通过两第一滑轨4与载盘座I连接。
[0032]使得载盘座I沿着第一滑轨4方向滑行更加稳定，此时，滑轨安装板3的两侧分别通过磁铁19卡设第一电机动子18和第二电机动子20，滑轨安装板3受到重力而引起的弯曲也是对称，并且，因磁铁19吸力而变形也是对称的。
[0033]滑轨安装板3的横截面呈工型，滑轨安装板3的两侧分别通过磁铁卡设第一电机动子18和第二电机动子20,磁铁19设置在滑轨安装板3上。
[0034]其中，底座6为大理石台面，大理石台面表面光滑度高，优选地，载盘座I与大理石台面相对滑动，载盘座I的底部与大理石台面滑动摩擦力较小，防止滑轨安装板3因长度较长而径向弯曲变形，影响载盘座I与滑轨安装板3之间的滑行。
[0035]第二个关键技术是，X轴直线电机模块5包括第二滑轨11、磁轨9、电机动子14、支架8和磁轨支架10，磁轨支架10和第二滑轨11设置在底座6上，磁轨9设置在磁轨支架10上，电机动子14卡设在磁轨9内，并通过支架8连接Y轴直线电机模块2，第二滑轨11上设置有滑块支架17，滑块支架17连接所述Y轴直线电机模块2。
[0036]第二滑轨11位于磁轨9的下方，设置在第二滑轨11上的滑块支架17连接滑轨安装板3的第一端或第二端。
[0037]滑轨安装板3的第一端和第二端分别通过第二滑轨11与底座6连接，使滑轨安装板3沿着第二滑轨11方向滑行，再通过电机动子14分别连接滑轨安装板3的第一端和第二端，该电机动子14卡设在磁轨9内，有效防止滑轨安装板3因长度较长而轴向弯曲变形。
[0038]其中，第一滑轨4与第二滑轨11垂直设置，可带动载盘座I沿平面XY轴方向上移动。
[0039]第三个关键技术是，Y轴直线电机模块2的第一端通过球状关节15连接其中一 X轴直线电机模块5 ;Y轴直线电机模块2的第二端通过轴关节12连接另一 X轴直线电机模块5。
[0040]进一步地，滑轨安装板3的第一端通过球状关节15连接其中一 X轴直线电机模块5 ;滑轨安装板3的第二端通过轴关节12连接另一 X轴直线电机模块5。
[0041]该球状关节15限制了 Y轴直线电机模块2沿XYZ轴方向上的移动，不限制翻转；该轴关节12限制Y轴直线电机模块2沿YZ轴方向上的移动，不限制沿X轴方向上的移动和翻转，有效防止电机动子14同步运动时造成Y轴直线电机模2沿着第二滑轨11方向滑行出现卡住现象。
[0042]进一步地的技术方案是，滑轨安装板3上设置有第一光栅尺7，载盘座I上设置有与第一光栅尺7配合的第一编码器读头21。
[0043]更进一步地，Y轴直线电机模块5的第一端和第二端底部分别设置有第二编码器读头16，底座6上设置有与第二编码器读头16配合的第二光栅尺13。
[0044]第一编码器读头21反馈载盘座I沿着第一滑轨4方向滑行的位置，第二编码器读头16反馈Y轴直线电机模块2沿着第二滑轨11方向滑行的位置，有效避免了因Y轴直线电机模块2两端连接处的弹性带来的误差。
[0045]进一步地，第一滑轨4与载盘座I之间设置有柔性关节(未示出)。
[0046]通过设置柔性关节，载盘座I不会受到第一电机动子18和第二电机动子20因重力和磁铁(该磁铁为设置在磁轨9上的磁铁)吸力而弯曲变形所带来的平面度上的干扰，载盘座I始终和底座6保持平行。
[0047]工作时，可将工件先安装在载盘座I上，由第一电机动子18和第二电机动子20带动载盘座I沿着第一滑轨4方向上移动(沿平面X轴方向移动)，并通过第一编码器读头21和第一光栅尺7作位置反馈；由电机动子14带动载盘座I沿着第二滑轨11方向上移动(沿平面Y轴方向移动)，并通过第二编码器读头16和第二光栅尺13作位置反馈。
[0048]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高精度平面定位系统，包括底座(6)、两X轴直线电机模块(5)、Y轴直线电机模块(2)和载盘座(I)，两所述X轴直线电机模块(5)对称设置在所述底座(6)上，所述Y轴直线电机模块(2)穿设所述载盘座(I)，所述Y轴直线电机模块(5)的第一端和第二端分别连接两所述X轴直线电机模块(5);其特征在于，所述Y轴直线电机模块(2)的第一端通过球状关节(15)连接其中一所述X轴直线电机模块(5);所述Y轴直线电机模块(2)的第二端通过轴关节(12)连接另一所述X轴直线电机模块(5)。
2.根据权利要求1所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述Y轴直线电机模块(5)包括滑轨安装板(3)、第一滑轨(4)、磁铁(19)、第一电机动子(18)和第二电机动子(20)，所述滑轨安装板(3)通过所述第一滑轨(4)与所述载盘座(I)连接，所述第一电机动子(18)和所述第二电机动子(20)设置在所述载盘座(I)内，所述滑轨安装板(3)的两侧分别通过所述磁铁(19)卡设所述第一电机动子(18)和所述第二电机动子(20)。
3.根据权利要求2所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述第一滑轨(4)为两条。
4.根据权利要求2所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述滑轨安装板(3)上设置有第一光栅尺(7)，所述载盘座(I)上设置有与所述第一光栅尺(7)配合的第一编码器读头(21)。
5.根据权利要求2所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述第一滑轨(4)与所述载盘座(I)之间设置有柔性关节。
6.根据权利要求1所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述X轴直线电机模块(5)包括第二滑轨(11)、磁轨(9)、电机动子(14)、支架(8)和磁轨支架(10)，所述磁轨支架(10)和所述第二滑轨(11)设置在所述底座(6)上，所述磁轨(9)设置在所述磁轨支架(10)上，所述电机动子(14)卡设在所述磁轨(9)内，并通过所述支架(8)连接所述Y轴直线电机模块(2)，所述第二滑轨(11)上设置有滑块支架(17)。
7.根据权利要求1所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述Y轴直线电机模块(2)的第一端和第二端底部分别设置有第二编码器读头(16)，所述底座(6)上设置有与所述第二编码器读头(16)配合的第二光栅尺(13)。
8.根据权利要求1所述的高精度平面定位系统，其特征在于，所述底座(6)为大理石台面。
【文档编号】G12B5/00GK204229843SQ201420635610
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】萨斯塔·布迪曼, 吴玟宏, 刘宇, 廖永平, 魏潇春 申请人:雅科贝思精密机电(上海)有限公司