專利名稱：壓電電機(jī)直線定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線定位方法及裝置。特別是涉及對直線定位精度要求較高的 壓電電機(jī)直線定位方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的進(jìn)一步加劇，人們一直致力于尋找新型可再生能源。慣性約束核 聚變(ICF)是一種可以徹底解決人類能源問題的技術(shù)，是近年來各發(fā)達(dá)國家爭相研究的熱 門技術(shù)。在慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)中，需要通過定位機(jī)構(gòu)將裝填聚變?nèi)剂系陌型杈_定位于 直徑為數(shù)米的真空靶室中心，系統(tǒng)整體精度要求在微米級，這對定位機(jī)構(gòu)的定位精度提 出了很高的要求。目前應(yīng)用于精密定位的電機(jī)主要包括伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和新型的壓 電電機(jī)。在慣性約束核聚變裝置中，主要應(yīng)用了真空步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確定位，由于空間
限制，在靶架和靶準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)中使用了真空壓電電機(jī)，壓電電機(jī)通過摩擦機(jī)制驅(qū)動電機(jī)
自身絲杠軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作部件直線運(yùn)動。由于壓電電機(jī)的驅(qū)動原理為摩擦原理，
雖然壓電電機(jī)每步位移在納米級，但其每步的直線位移不確定，只能保證在某數(shù)十納米
之內(nèi)，造成了壓電電機(jī)直線定位的不準(zhǔn)確，移動距離越大，直線定位的誤差就越大。目
前解決這一問題的方法主要有增加檢測單元，實(shí)時監(jiān)測工作部件直線位置，避免壓電
電機(jī)定位不準(zhǔn)確的問題，這保證了壓電電機(jī)的定位精度為其位移分辨率，提高了壓電電
機(jī)的定位精度，但這需要增加檢測傳感結(jié)構(gòu)，增加了定位系統(tǒng)的復(fù)雜度；通過實(shí)驗(yàn)研
究壓電電機(jī)在某一結(jié)構(gòu)和環(huán)境中的運(yùn)動規(guī)律，通過誤差補(bǔ)償原理來提高壓電電機(jī)的直線
定位精度，這種方法比較局限，僅能解決特定的問題，而且對于某些隨機(jī)誤差也很難補(bǔ) m
te ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種新型的壓電電機(jī)直線定 位方法及裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，運(yùn)動分辨率高，控制容易，定位精確等優(yōu) 點(diǎn)ο本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種壓電電機(jī)直線定位方法，其特征是PC機(jī)發(fā)送控制命令給PLC，PLC通過壓 電電機(jī)控制器控制壓電電機(jī)直線運(yùn)動，同時PLC檢測旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，對比旋轉(zhuǎn) 編碼器信號預(yù)定值，判斷是否向壓電電機(jī)發(fā)送停止運(yùn)動信號，如果反饋信號沒有到達(dá)預(yù) 定值，則PLC繼續(xù)通過壓電電機(jī)控制器控制壓電電機(jī)直線運(yùn)動，如果反饋信號到達(dá)預(yù)定 值，則PLC通過壓電電機(jī)控制器向壓電電機(jī)發(fā)送運(yùn)動停止命令，停止壓電電機(jī)的運(yùn)動。上述壓電電機(jī)的直線定位方法采用的控制結(jié)構(gòu)包括220V，50Hz交流電源， PC機(jī)，PC機(jī)電源適配器，PLC，PLC所用24V穩(wěn)壓電源，壓電電機(jī)控制器，壓電電機(jī) 電源適配器，壓電電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器所用12V穩(wěn)壓電源。220V，50Hz交流電源分別與PC機(jī)電源適配器、PLC所用24V穩(wěn)壓電源、壓電電機(jī)電源適配器、旋轉(zhuǎn)編 碼器所用12V穩(wěn)壓電源連接實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，PC機(jī)電源適配器與PC機(jī)連接，向PC機(jī)提供 工作電源，PLC所用24V穩(wěn)壓電源與PLC連接，向PLC提供工作電源，壓電電機(jī)電源適 配器分別與壓電電機(jī)和壓電電機(jī)控制器連接，向壓電電機(jī)和壓電電機(jī)控制器提供工作電 源，旋轉(zhuǎn)編碼器所用12V穩(wěn)壓電源與旋轉(zhuǎn)編碼器連接，向旋轉(zhuǎn)編碼器提供工作電源，PC 機(jī)與PLC連接，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和PLC之間數(shù)據(jù)命令的雙向通訊，PLC與壓電電機(jī)控制器連 接，向壓電電機(jī)控制器發(fā)送控制命令，壓電電機(jī)控制器與壓電電機(jī)連接，向壓電電機(jī)傳 送控制信號，旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC連接，向PLC反饋壓電電機(jī)的自身絲杠軸的旋轉(zhuǎn)角度信 號。一種壓電電機(jī)直 線定位裝置，應(yīng)用于上述壓電電機(jī)直線定位方法，包括工作部 件和壓電電機(jī)，其特征是所述工作部件固定于一個滑臺移動部件，壓電電機(jī)的自身螺 母塊固定于所述滑臺移動部件，一個旋轉(zhuǎn)編碼器固定于滑臺固定部件，一個電機(jī)止動頂 塊固定于滑臺固定部件，所述壓電電機(jī)的自身絲杠軸一端與電機(jī)止動頂塊接觸，另一端 通過一個聯(lián)軸器與所述旋轉(zhuǎn)編碼器同軸連接；所述壓電電機(jī)工作時，壓電電機(jī)的自身螺 母塊通過摩擦原理使壓電電機(jī)的自身絲杠軸旋轉(zhuǎn)，壓電電機(jī)的自身絲杠軸沿軸線位置被 電機(jī)止動頂塊和旋轉(zhuǎn)編碼器限制，使壓電電機(jī)的自身螺母塊沿壓電電機(jī)的自身絲杠軸軸 向運(yùn)動，帶動滑臺移動部件和工作部件直線運(yùn)動，同時旋轉(zhuǎn)編碼器直接檢測壓電電機(jī)的 自身絲杠軸的旋轉(zhuǎn)角度。工作部件通過螺釘固定于滑臺移動部件，壓電電機(jī)的自身螺母塊通過壓電電機(jī) 固定螺母與壓電電機(jī)固定塊固定，壓電電機(jī)固定塊通過螺釘與滑臺移動部件固定，壓電 電機(jī)的自身絲杠軸一端與電機(jī)止動頂塊接觸，另一端通過聯(lián)軸器和壓電電機(jī)轉(zhuǎn)接軸與旋 轉(zhuǎn)編碼器連接，電機(jī)止動頂塊通過螺釘與滑臺固定部件固定，旋轉(zhuǎn)編碼器通過螺釘與編 碼器連接塊固定，編碼器連接塊通過螺釘與編碼器支撐塊固定，編碼器支撐塊通過螺釘 與滑臺固定部件固定，滑臺固定部件通過螺釘與滑臺固定座固定，滑臺固定座通過螺釘 與基座固定。壓電電機(jī)工作時，壓電電機(jī)的自身螺母塊通過摩擦原理使壓電電機(jī)的自身絲杠 軸旋轉(zhuǎn)，壓電電機(jī)的自身絲杠軸沿軸線位置被電機(jī)止動頂塊和旋轉(zhuǎn)編碼器限制，使壓電 電機(jī)的自身螺母塊沿絲杠軸向運(yùn)動，帶動滑臺移動部件和工作部件直線運(yùn)動，同時旋轉(zhuǎn) 編碼器直接檢測壓電電機(jī)的自身絲杠軸的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下特點(diǎn)本發(fā)明不需要專門的直線位置監(jiān)測 傳感器，只需要在壓電電機(jī)的自身絲杠軸同軸安裝一個旋轉(zhuǎn)編碼器，就能實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī) 直線精確定位，結(jié)構(gòu)簡單，本發(fā)明適用于不同的結(jié)構(gòu)和環(huán)境，適用范圍廣，通過提高旋 轉(zhuǎn)編碼器的分辨率，就可以提高壓電電機(jī)直線定位的精度，運(yùn)動分辨率高，控制容易， 定位精確。


圖1是本發(fā)明壓電電機(jī)直線定位方法控制結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明壓電電機(jī)直線定位方法控制程序流程示意圖； 圖3是本發(fā)明壓電電機(jī)直線定位裝置三維機(jī)械結(jié)構(gòu)爆炸圖；圖4是本發(fā)明壓電電機(jī)直線定位裝置裝配圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
實(shí)施例一參照圖1，本壓電電機(jī)直線定位方法的控制結(jié)構(gòu)包括220V，50Hz交流 電源，PC機(jī)，PC機(jī)電源適配器，PLC，PLC所用24V穩(wěn)壓電源，壓電電機(jī)控制器，壓電 電機(jī)所用電源適配器，壓電電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器所用12V穩(wěn)壓電源。220V， 50Hz交流電源分別與PC機(jī)電源適配器、PLC所用24V穩(wěn)壓電源、壓電電機(jī)電源適配器、 旋轉(zhuǎn)編碼器所用12V穩(wěn)壓電源連接實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，PC機(jī)電源適配器與PC機(jī)連接，向PC 機(jī)提供工作電源，PLC所用24V穩(wěn)壓電源與PLC連接，向PLC提供工作電源，壓電電機(jī) 電源適配器分別與壓電電機(jī)和壓電電機(jī)控制器連接，向壓電電機(jī)和壓電電機(jī)控制器提供 工作電源，旋轉(zhuǎn)編碼器所用12V穩(wěn)壓電源與旋轉(zhuǎn)編碼器連接，向旋轉(zhuǎn)編碼器提供工作電 源，PC機(jī)與PLC連接，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和PLC之間數(shù)據(jù)命令的雙向通訊，PC機(jī)將電腦PLC 編程軟件所編寫的程序下載到PLC中，同時也可以通過命令讀取PLC的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn) PLC運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，PLC與壓電電機(jī)控制器連接，向壓電電機(jī)控制器發(fā)送控制命令， 壓電電機(jī)控制器與壓電電機(jī)連接，向壓電電機(jī)傳送控制信號，最終實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī)的直線 運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC連接，向PLC反饋壓電電機(jī)的自身絲杠軸的旋轉(zhuǎn)角度信號。
參照圖2，本壓電電機(jī)直線定位方法，其特征是PC機(jī)發(fā)送控制命令給PLC， PLC通過壓電電機(jī)控制器控制壓電電機(jī)直線運(yùn)動，同時PLC檢測旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信 號，對比旋轉(zhuǎn)編碼器信號預(yù)定值，判斷是否向壓電電機(jī)發(fā)送停止運(yùn)動信號，如果反饋信 號沒有到達(dá)預(yù)定值，則PLC繼續(xù)通過壓電電機(jī)控制器控制壓電電機(jī)直線運(yùn)動，如果反饋 信號到達(dá)預(yù)定值，則PLC通過壓電電機(jī)控制器向壓電電機(jī)發(fā)送運(yùn)動停止命令，停止壓電 電機(jī)的運(yùn)動；上述方法先對壓電電機(jī)進(jìn)行初始化，包括電機(jī)運(yùn)行頻率，電機(jī)運(yùn)行方式 和控制器接口選擇的初始化，然后發(fā)送壓電電機(jī)運(yùn)行的脈沖數(shù)，由于壓電電機(jī)的停止信 號來自旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，所以所發(fā)送的脈沖數(shù)要保證遠(yuǎn)超壓電電機(jī)運(yùn)動到目標(biāo)位 置所需的脈沖數(shù)，壓電電機(jī)開始運(yùn)動的同時，就會造成旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生反饋信號，PLC 同時檢測旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，程序?qū)πD(zhuǎn)編碼器反饋信號與旋轉(zhuǎn)編碼器信號的 預(yù)定值進(jìn)行比較，如果反饋信號沒有到達(dá)預(yù)定值，則PLC繼續(xù)通過壓電電機(jī)控制器控制 壓電電機(jī)直線運(yùn)動，如果反饋信號到達(dá)預(yù)定值，則PLC通過壓電電機(jī)控制器向壓電電機(jī) 發(fā)送運(yùn)動停止命令，停止壓電電機(jī)的運(yùn)動。實(shí)施例二參照圖3，本壓電電機(jī)直線定位裝置的結(jié)構(gòu)包括工作部件1和壓電 電機(jī)，所述工作部件1固定于一個滑臺移動部件5，壓電電機(jī)的自身螺母塊12固定于所述 滑臺移動部件5，一個旋轉(zhuǎn)編碼器3固定于滑臺固定部件6，一個電機(jī)止動頂塊10固定于 滑臺固定部件6，所述壓電電機(jī)的自身絲杠軸9 一端與電機(jī)止動頂塊10接觸，另一端通過 一個聯(lián)軸器15與所述旋轉(zhuǎn)編碼器3同軸連接；所述壓電電機(jī)工作時，壓電電機(jī)的自身螺 母塊12通過摩擦原理使壓電電機(jī)的自身絲杠軸9旋轉(zhuǎn)，壓電電機(jī)的自身絲杠軸9沿軸線 位置被電機(jī)止動頂塊10和旋轉(zhuǎn)編碼器3限制，使壓電電機(jī)的自身螺母塊12沿壓電電機(jī)的 自身絲杠軸9軸向運(yùn)動，帶動滑臺移動部件5和工作部件1直線運(yùn)動，同時旋轉(zhuǎn)編碼器3 直接檢測壓電電機(jī)的自身絲杠軸9的旋轉(zhuǎn)角度。
參照圖3和圖4，本壓電電機(jī)直線定位裝置的具體裝配為工作部件1通過螺釘 固定于滑臺移動部件5，壓電電機(jī)的自身螺母塊12通過壓電電機(jī)固定螺母11與壓電電機(jī) 固定塊7固定，壓電電機(jī)固定塊7通過螺釘與滑臺移動部件5固定，壓電電機(jī)的自身絲杠 軸9 一端與電機(jī)止動頂塊10接觸，另一端通過緊定螺釘與壓電電機(jī)轉(zhuǎn)接軸14連接，壓電 電機(jī)轉(zhuǎn)接軸14和旋轉(zhuǎn)編碼器3軸同時通過緊定螺釘與聯(lián)軸器15連接，電機(jī)止動頂塊10 通過螺釘與滑臺固定部件6固定，滑臺固定部件6和滑臺移動部件5相滑配，旋轉(zhuǎn)編碼器 3通過螺釘與編碼器連接塊2固定，編碼器連接塊2通過螺釘與編碼器支撐塊4固定，編 碼器支撐塊4通過螺釘與滑臺固定部件6固定，滑臺固定部件6通過螺釘與滑臺固定座8 固定，滑臺固定座8通過螺釘與基座13固定。壓電電機(jī)工作時，壓電電機(jī)的 自身螺母塊12通過摩擦原理使壓電電機(jī)的自身絲 杠軸9旋轉(zhuǎn)，由于壓電電機(jī)的自身絲杠軸9沿軸線位置被電機(jī)止動頂塊10和壓電電機(jī)轉(zhuǎn) 接軸14限制，壓電電機(jī)的自身絲杠軸9沿軸線的位置將保持不變，使壓電電機(jī)的自身螺 母塊12沿絲杠軸向運(yùn)動，帶動滑臺移動部件5和工作部件1直線運(yùn)動，同時旋轉(zhuǎn)編碼器 3直接檢測同軸連接的壓電電機(jī)的自身絲杠軸9的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明建立了一種壓電電機(jī)直線定位的方法及裝置，結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣， 運(yùn)動分辨率高，控制容易，定位精確。
權(quán)利要求
1.一種壓電電機(jī)直線定位方法，其特征是PC機(jī)發(fā)送控制命令給PLC，PLC通過壓 電電機(jī)控制器控制壓電電機(jī)直線運(yùn)動，同時PLC檢測旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，對比旋轉(zhuǎn) 編碼器信號預(yù)定值，判斷是否向壓電電機(jī)發(fā)送停止運(yùn)動信號，如果反饋信號沒有到達(dá)預(yù) 定值，則PLC繼續(xù)通過壓電電機(jī)控制器控制壓電電機(jī)直線運(yùn)動，如果反饋信號到達(dá)預(yù)定 值，則PLC通過壓電電機(jī)控制器向壓電電機(jī)發(fā)送運(yùn)動停止命令，停止壓電電機(jī)的運(yùn)動。
2.一種壓電電機(jī)直線定位裝置，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電電機(jī)直線定位方 法，包括工作部件(1)和壓電電機(jī)，其特征是所述工作部件(1)固定于一個滑臺移 動部件(5)，壓電電機(jī)的自身螺母塊(12)固定于所述滑臺移動部件(5)，一個旋轉(zhuǎn) 編碼器(3)固定于滑臺固定部件(6)，一個電機(jī)止動頂塊(10)固定于滑臺固定部 件(6)，所述壓電電機(jī)的自身絲杠軸(9) 一端與電機(jī)止動頂塊(10)接觸，另一端通 過一個聯(lián)軸器(15)與所述旋轉(zhuǎn)編碼器(3)同軸連接；所述壓電電機(jī)工作時，壓電電 機(jī)的自身螺母塊(12)通過摩擦原理使壓電電機(jī)的自身絲杠軸(9)旋轉(zhuǎn)，壓電電機(jī)的 自身絲杠軸(9)沿軸線位置被電機(jī)止動頂塊(10)和旋轉(zhuǎn)編碼器(3)限制，使壓電 電機(jī)的自身螺母塊(12)沿壓電電機(jī)的自身絲杠軸(9)軸向運(yùn)動，帶動滑臺移動部件(5)和工作部件(1)直線運(yùn)動，同時旋轉(zhuǎn)編碼器(3)直接檢測壓電電機(jī)的自身絲杠 軸(9)的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電電機(jī)直線定位方法及裝置。它采用壓電電機(jī)推動滑臺實(shí)現(xiàn)工作部件直線運(yùn)動，壓電電機(jī)分辨率高，但每步位移不確定，只能保證在數(shù)十納米之內(nèi)，導(dǎo)致壓電電機(jī)直線定位不準(zhǔn)確。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測壓電電機(jī)的自身絲杠軸實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度，利用旋轉(zhuǎn)編碼器反饋信號控制壓電電機(jī)的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī)的精確直線定位。本發(fā)明建立了一種用于壓電電機(jī)直線定位的方法及裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，控制容易，定位精確，提高了壓電電機(jī)的定位精度，擴(kuò)大了壓電電機(jī)的應(yīng)用范圍。
文檔編號H02N2/06GK102013833SQ20101060663
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者樂兆山, 朱寒雨, 沈林勇, 章亞男 申請人:上海大學(xué)