利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，目的是提供一種能夠完全消除齒隙影響的利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置。它包括速率回路、線性位置回路組件和非線性位置回路組件；其中，線性位置回路組件與速率回路組成線性位置回路；非線性位置回路組件與線性位置回路連接，組成非線性位置回路。本發(fā)明采用由數(shù)字測(cè)速機(jī)、角度編碼器、光柵尺及開關(guān)組成的三回路控制系統(tǒng)，對(duì)存在回程間隙的滾珠絲杠進(jìn)行回程間隙補(bǔ)償定位，在間隙0.05mm，螺距5mm條件下，定位精度達(dá)到0.001mm，定位穩(wěn)定，重復(fù)性好。
【專利說明】利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在長(zhǎng)度測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，經(jīng)常用到直線位移傳動(dòng)形式，其中絲杠螺母副是常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其用途是將絲杠螺母副的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母或絲杠的直線運(yùn)動(dòng)。理想的絲杠螺母副是無間隙配合，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)不存在回程間隙。而實(shí)際上，無間隙的配合無法發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此實(shí)際應(yīng)用的絲杠螺母副均為間隙配合，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)必然存在回程間隙。絲杠螺母副在用于精密定位時(shí)通常需要使用測(cè)角碼盤作為定位反饋元件，當(dāng)絲杠存在回程間隙時(shí)精密定位裝置會(huì)由于間隙的存在而產(chǎn)生振蕩，使裝置定位不準(zhǔn)。
[0003]目前常用對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法消除非線性環(huán)節(jié)帶來的影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留絲杠預(yù)緊裝置，絲杠安裝時(shí)，對(duì)絲杠施加預(yù)緊力，使其與螺母之間產(chǎn)生過贏，達(dá)到消除間隙的目的，但過贏量掌握不好會(huì)加劇絲杠的磨損。另外也可以設(shè)計(jì)特殊的螺母結(jié)構(gòu)，裝調(diào)時(shí)使螺母和絲杠之間產(chǎn)生過贏，同樣這種結(jié)構(gòu)也存在過贏量過大產(chǎn)生磨損加劇的情況。
[0004]消間隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能有效消除齒隙誤差，但對(duì)于已產(chǎn)生的間隙需要重新調(diào)整結(jié)構(gòu)，而且調(diào)整結(jié)構(gòu)的調(diào)整余量是有限的。目前，尚未有能夠完全消除齒隙誤差的精密定位裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位
>J-U ρ?α裝直。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，包括速率回路、線性位置回路組件和非線性位置回路組件；其中，速率回路采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與接收到的速率指令信號(hào)作差，然后對(duì)速率誤差信號(hào)進(jìn)行速度校正、數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大后發(fā)給電機(jī)；線性位置回路組件與速率回路組成線性位置回路，線性位置回路組件采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位置，與接收到的角位置指令信號(hào)作差，然后對(duì)角位置誤差信號(hào)進(jìn)行位置校正，得到速率指令信號(hào)供速率回路使用；非線性位置回路組件與線性位置回路連接，組成非線性位置回路，非線性位置回路組件將接收光柵尺的線性位移信號(hào)與角度編碼器角度信號(hào)進(jìn)行合成，得到實(shí)際線位置信號(hào)，與接收到的線位置指令信號(hào)作差，然后進(jìn)行指令合成，得到角位置指令信號(hào)，供線性位置回路使用。
[0008]如上所述的速率回路包括數(shù)字測(cè)速機(jī)、速率校正器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器和第一加法器；數(shù)字測(cè)速機(jī)與電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)送給第一加法器；第一加法器將接收到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與接收到的速率指令信號(hào)作差，得到速率誤差信號(hào)，然后將速率誤差信號(hào)發(fā)送給速率校正器。速率校正器還與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接，速率校正器對(duì)接收到的速率誤差信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)速校正，然后將校正后的信號(hào)發(fā)送給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器還與功率放大器連接，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬信號(hào)，然后將其發(fā)送給功率放大器；功率放大器還與電機(jī)連接，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，然后將其發(fā)送給電機(jī)。
[0009]如上所述的線性位置回路組件包括角度編碼器、角度細(xì)分裝置、位置校正器和第二加法器；角度編碼器與電機(jī)和角度細(xì)分裝置連接，角度編碼器采集電機(jī)的角位置信息，并將角位置信息發(fā)送給角度細(xì)分裝置；角度細(xì)分裝置還與第二加法器連接，角度細(xì)分裝置將角度編碼器發(fā)送的角位置信息進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第二加法器；第二加法器將接收到的角位置信息與接收到的角位置指令信號(hào)作差，得到角位置誤差信號(hào)，然后將角位置誤差信號(hào)發(fā)送給位置校正器；位置校正器還與速率回路的加法器連接，它將接收到的角位置誤差信號(hào)進(jìn)行位置校正，得到速率指令信號(hào)，并將其發(fā)送給第一加法器。
[0010]如上所述的非線性位置回路組件包括柵尺、光柵細(xì)分裝置、開關(guān)和第三加法器；光柵尺與滾珠絲杠連接，光柵尺采集的滾珠絲杠的線位置信號(hào)，然后將其發(fā)送給光柵細(xì)分裝置；光柵細(xì)分裝置還通過開關(guān)與第三加法器連接，它將接收到的線位置信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第三加法器；第三加法器還與第二加法器連接連接，第三加法器接收外部的線位置指令，將其與接收到的來自光柵細(xì)分裝置的線位置信號(hào)作差，得到線位置誤差信號(hào)，然后將其發(fā)送給第二加法器。
[0011]如上所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器采用PCI6208GL、功率放大器和電機(jī)采用80CB050交流伺服控制器及電機(jī)。
[0012]如上所述的角度編碼器采用2500線碼盤、角度細(xì)分裝置采用最高100倍的細(xì)分電路。
[0013]如上所述的光柵尺采用RES40、光柵細(xì)分裝置采用1024倍細(xì)分卡。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明采用由數(shù)字測(cè)速機(jī)、角度編碼器、光柵尺及開關(guān)組成的三回路控制系統(tǒng)，對(duì)存在回程間隙的滾珠絲杠進(jìn)行回程間隙補(bǔ)償定位，在間隙0.05mm,螺距5mm條件下，定位精度達(dá)到0.0Olmm,定位穩(wěn)定,重復(fù)性好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置進(jìn)行介紹:
[0018]如圖1所示，一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，包括速率回路、線性位置回路組件、非線性位置回路組件。
[0019]速率回路采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與接收到的速率指令信號(hào)作差，得到速率誤差信號(hào)，然后對(duì)速率誤差信號(hào)進(jìn)行速度校正、數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大后發(fā)給電機(jī)。線性位置回路組件與速率回路組成線性位置回路，它采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位置，與接收到的角位置指令信號(hào)作差，得到角位置誤差信號(hào)，然后對(duì)得到角位置誤差信號(hào)，進(jìn)行位置校正，得到速率指令信號(hào)供速率回路使用。非線性位置回路組件與線性位置回路連接，組成非線性位置回路，它接收光柵尺的線性位移信號(hào)與角度編碼器角度信號(hào)進(jìn)行合成，得到實(shí)際位置信號(hào)，與接收到的線位置指令信號(hào)作差，然后進(jìn)行指令合成，對(duì)實(shí)際線位置做非線性校正，得到線位置誤差信號(hào)，然后進(jìn)行指令合成，對(duì)實(shí)際線位置信號(hào)做非線性校正；得到角位置指令信號(hào)，供線性位置回路使用。
[0020]所述的速率回路包括數(shù)字測(cè)速機(jī)、速率校正器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器和第一加法器。數(shù)字測(cè)速機(jī)與電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)送給第一加法器。第一加法器將接收到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與接收到的速率指令信號(hào)作差，得到速率誤差信號(hào)，然后將速率誤差信號(hào)發(fā)送給速率校正器。速率校正器還與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接，速率校正器對(duì)接收到的速率誤差信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)速校正，穩(wěn)速校正采用數(shù)字PID算法實(shí)現(xiàn)；然后將校正后的信號(hào)發(fā)送給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器還與功率放大器連接，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬信號(hào)，然后將其發(fā)送給功率放大器。功率放大器還與電機(jī)連接，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，然后將其發(fā)送給電機(jī)。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器采用PCI6208GL、功率放大器和電機(jī)采用80CB050交流伺服控制器及電機(jī)。
[0021]線性位置回路組件包括角度編碼器、角度細(xì)分裝置、位置校正器和第二加法器。角度編碼器與電機(jī)和角度細(xì)分裝置連接，它采集電機(jī)的角位置信息，并將其發(fā)送給角度細(xì)分裝置。角度細(xì)分裝置還與第二加法器連接，它將角度編碼器發(fā)送的角位置信息進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第二加法器。第二加法器將接收到的角位置信息與接收到的角位置指令信號(hào)作差，得到角位置誤差信號(hào)，然后將其發(fā)送給位置校正器。位置校正器還與速率回路的加法器連接，它將接收到的角位置誤差信號(hào)進(jìn)行位置校正，得到速率指令信號(hào)，位置校正采用數(shù)字PID算法實(shí)現(xiàn)；并將其發(fā)送給第一加法器。角度編碼器采用2500線碼盤、角度細(xì)分裝置采用最高100倍的細(xì)分電路。
[0022]非線性位置回路組件包括光柵尺、光柵細(xì)分裝置、開關(guān)和第三加法器。光柵尺與滾珠絲杠連接，它采集的滾珠絲杠的線位置信號(hào)，然后將其發(fā)送給光柵細(xì)分裝置。光柵細(xì)分裝置還通過開關(guān)與第三加法器連接，它將接收到的線位置信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第三加法器。第三加法器還與第二加法器連接，它接收外部的線位置指令，將其與接收到的來自光柵細(xì)分裝置的線位置信號(hào)作差，得到線位置誤差信號(hào)，然后將其作為角位置指令信號(hào)發(fā)送給第二加法器。光柵尺采用RES40、光柵細(xì)分裝置采用1024倍細(xì)分卡。
[0023]電機(jī)的轉(zhuǎn)子與滾珠絲杠同軸連接，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠依靠配合滑塊將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛瑝K的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的直線傳遞。
[0024]數(shù)字測(cè)速機(jī)、速率校正器、位置校正器、加法器和開關(guān)均可根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的功能采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0025]工作時(shí)，首先，將精密定位裝置工作模式設(shè)定于線性定位模式，非線性位置回路組件的開關(guān)處于斷開狀態(tài)。線性位置回路組件和速率回路組成的線性位置回路處于工作狀態(tài)。外部的位移指令通過第三加法器送至第二加法器，與來自角度細(xì)分裝置的角位置信息作差，然后將其發(fā)送給位置校正器，經(jīng)位置校正后發(fā)送給速率回路，通過速率回路對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)線性位置定位。線性位置完成定位后，由于滾珠絲杠的間隙誤差，實(shí)際并沒有完成精密定位，此時(shí)閉合非線性位置回路組件的開關(guān)，非線性位置回路組件與線性位置回路連接，組成非線性位置回路。光柵尺采集的滾珠絲杠的直線位置信號(hào)，然后將其發(fā)送給光柵細(xì)分裝置。光柵細(xì)分裝置與第三加法器連接，它將接收到的線位置信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第三加法器。第三加法器接收外部的線位置指令，將其與接收到的來自光柵細(xì)分裝置的線位置信號(hào)作差，然后將其作為角位置指令信號(hào)發(fā)送給線性位置回路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，從而消除滾珠絲杠齒隙誤差的影響，實(shí)現(xiàn)精密定位。
[0026]本發(fā)明采用由數(shù)字測(cè)速機(jī)、角度編碼器、光柵尺及開關(guān)組成的三回路控制系統(tǒng)，對(duì)存在回程間隙的滾珠絲杠進(jìn)行回程間隙補(bǔ)償定位，在間隙0.05mm,螺距5mm條件下，定位精度達(dá)到0.0Olmm,定位穩(wěn)定,重復(fù)性好。
【權(quán)利要求】
1.一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，包括速率回路、線性位置回路組件和非線性位置回路組件；其中，速率回路采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與接收到的速率指令信號(hào)作差，然后對(duì)速率誤差信號(hào)進(jìn)行速度校正、數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大后發(fā)給電機(jī)；線性位置回路組件與速率回路組成線性位置回路，線性位置回路組件采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位置，與接收到的角位置指令信號(hào)作差，然后對(duì)角位置誤差信號(hào)進(jìn)行位置校正，得到速率指令信號(hào)供速率回路使用；非線性位置回路組件與線性位置回路連接，組成非線性位置回路，非線性位置回路組件將接收光柵尺的線性位移信號(hào)與角度編碼器角度信號(hào)進(jìn)行合成，得到實(shí)際線位置信號(hào)，與接收到的線位置指令信號(hào)作差，然后進(jìn)行指令合成，得到角位置指令信號(hào)，供線性位置回路使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，其特征在于:所述的速率回路包括數(shù)字測(cè)速機(jī)、速率校正器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器和第一加法器；數(shù)字測(cè)速機(jī)與電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)送給第一加法器；第一加法器將接收到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與接收到的速率指令信號(hào)作差，得到速率誤差信號(hào)，然后將速率誤差信號(hào)發(fā)送給速率校正器。速率校正器還與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接，速率校正器對(duì)接收到的速率誤差信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)速校正，然后將校正后的信號(hào)發(fā)送給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器還與功率放大器連接，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬信號(hào)，然后將其發(fā)送給功率放大器；功率放大器還與電機(jī)連接，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，然后將其發(fā)送給電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，其特征在于:所述的線性位置回路組件包括角度編碼器、角度細(xì)分裝置、位置校正器和第二加法器；角度編碼器與電機(jī)和角度細(xì)分裝置連接，角度編碼器采集電機(jī)的角位置信息，并將角位置信息發(fā)送給角度細(xì)分裝置；角度細(xì)分裝置還與第二加法器連接，角度細(xì)分裝置將角度編碼器發(fā)送的角位置信息進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第二加法器；第二加法器將接收到的角位置信息與接收到的角位置指令信號(hào)作差，得到角位置誤差信號(hào)，然后將角位置誤差信號(hào)發(fā)送給位置校正器；位置校正器還與速率回路的加法器連接，它將接收到的角位置誤差信號(hào)進(jìn)行位置校正，得到速率指令信號(hào)，并將其發(fā)送給第一加法器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，其特征在于:所述的非線性位置回路組件包括柵尺、光柵細(xì)分裝置、開關(guān)和第三加法器；光柵尺與滾珠絲杠連接，光柵尺采集的滾珠絲杠的線位置信號(hào)，然后將其發(fā)送給光柵細(xì)分裝置；光柵細(xì)分裝置還通過開關(guān)與第三加法器連接，它將接收到的線位置信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，然后將其發(fā)送給第三加法器；第三加法器還與第二加法器連接，第三加法器接收外部的線位置指令，將其與接收到的來自光柵細(xì)分裝置的線位置信號(hào)作差，得到線位置誤差信號(hào)，然后將其發(fā)送給第二加法器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，其特征在于:所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器采用PCI6208GL、功率放大器和電機(jī)采用80CB050交流伺服控制器及電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，其特征在于:所述的角度編碼器采用2500線碼盤、角度細(xì)分裝置采用最高100倍的細(xì)分電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用誤差修正閉環(huán)回路消除齒隙誤差的精密定位裝置，其特征在于:所述的光柵尺采用 RES40、光柵細(xì)分裝置采用1024倍細(xì)分卡。
【文檔編號(hào)】G05B19/19GK103699052SQ201210366940
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】梁雅軍, 宋金城, 劉柯, 孫增玉 申請(qǐng)人:北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院