专利名称：消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种偏差补偿装置，特别是涉及一种并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，该装置主要用于锡膏印刷机、光伏印刷机并联平台运动调节。
背景技术：
用于表面贴装技术行业的锡膏印刷机、光伏太阳能电池印刷机并联平台机构的运动一般使用滚珠丝杆传动，在传动过程中，由于滚珠丝杆均采用普通轴承固定，这使得滚珠丝杆存在一定的安装间隙，加上滑轨与滑块之间的间隙，铰链的偏心间隙，使得平台在运动过程中存在线性与角度误差，进而影响平台的定位精度，最终影响印刷精度。为消除或者减少间隙，保证印刷精度和稳定性，目前有三种解决方案。一种方案是采用高刚度的弹簧拉住平台消除其因运动产生的间隙，这种结构，需要平台轻巧以及弹簧合适刚度，弹簧的存在，要求使用更大功率的电机，否则容易引起电机的过载或丢步。第二种方案是使用串联的平台机构，使X和Y向独立运动，分别对其进行间隙补偿，这样能消除间隙的影响，但这种结构本身的运动精度很难控制，需要采用高精度的马达，以及庞大、复杂的平台结构，这样对平台的设计和装配提出更高的要求，需要更高精度的丝杆、轴承、滑轨，更高的安装精度，大幅度提高成本和安装难度。前两者解决方案是基于结构的，第三种方案是基于运动控制算法的，即测量出机构之间的间隙，在机构运动中对间隙进行补偿。此种补偿为单轴补偿，即以单轴运动为对象补偿其运动误差，不考虑整个并联平台整体间的联系，但由于在并联平台机构中，X轴和Y轴间运动会产生相互耦合，X轴向运动会影响Y轴向运动精度，反之亦然。因此单轴运动补偿不能很好地保证运动精度。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，在满足纠偏精度和纠偏速度要求的前提下，提供一种安装精度要求低，结构紧凑、不需要大幅度改变平台结构、可以消除因安装间隙产生运动误差的运动偏差补偿装置。本实用新型的目的通过如下技术方案实现一种消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，包括X向马达、第一 Y向马达、 第二 Y向马达、可编程逻辑控制器、平台、滚珠丝杆、联轴器、滑块、X向滑轨、Y向滑轨、铰链和连杆；X向马达、第一 Y向马达和第二 Y向马达分别通过联轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆与铰链连接，铰链还通过连杆与滑块连接，滑块设置在X向滑轨或Y向滑轨中；X向马达设置在平台上三维坐标的X轴方向，第一 Y向马达和第二 Y向马达间隔地设置在平台上三维坐标的Y轴方向，Y向滑轨设置在三维坐标的X轴方向的平台右侧中部；Y轴方向为两段 X向滑轨，两X向滑轨分别设置在三维坐标的Y轴方向的平台后部左、右端；X向马达、第一 Y向马达和第二Y向马达分别通过交流伺服驱动器与可编程逻辑控制器连接。所述滚珠丝杆由丝杆、丝杆螺母和滚珠组成，丝杆和丝杆螺母通过滚珠转动连接。所述X向马达、第一 Y向马达和第二 Y向马达都为伺服马达。
3[0009]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果三自由度并联平台结构紧凑，但各自自由度相互耦合，传动机构间隙和弹性变形不易消除，因而对安装部件的精度和安装精度要求很高。本实用新型涉及的平台运动调节机构，通过巧妙的控制方式，在满足纠偏精度要求和纠偏速度的前提下，降低部件的精度和安装精度要求，不需要大幅度地改变平台结构。因为使平台始终保持一种相同的姿态，可以消除因间隙带来的偏差；而XY向马达的先后动作次序消除了平台调整时X(Y)向运动带来的Y(X)向误差，不会因为调整量不同而带来不同的误差，提高了平台的定位精度、印刷精度与印刷稳定性。
图1是消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置结构示意图；图2是全自动锡膏印刷机印刷系统结构示意图；图3为Y向马达回基准示意图；其中，a为Y向马达回基准示意图；b为第一 Y向马达回基准示意图；C为第二 Y向马达8回基准示意图；图如第一 Y向马达6的滑块与铰链相对于平台为自由状态；图4b第一 Y向马达6的滑块与铰链相对于平台为推动的状态；图如第二 Y向马达8的滑块与铰链相对于平台为拉动的状态。图中示出1-平台；2-Y向滑轨；3-滑块；4-X向马达；5_铰链；6_第一 Y向马达； 7-滚珠丝杠；8-第二 Y向马达；9-X向滑轨；10-连杆；11-联轴器；12-模板；13-视觉系统； 14-平台运动机构；15-PCB。
具体实施方式
为了加深对本实用新型的理解，
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步描述，需要说明的是，实施方式仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。如图2所示，全自动锡膏印刷机采取并联平台机构，通过视觉系统13获取模板12 和平台上PCB 15标识点位置，经纠偏算法得到PCB 15对准模板12需要驱动电机的运动量，由控制器驱动并联平台机构14实现纠偏。如图1所示，并联平台机构14是一种消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，包括X向马达4、第一 Y向马达6、第二 Y向马达8、可编程逻辑控制器、平台1、滚珠丝杆 7、联轴器11、滑块3、X向滑轨9、Y向滑轨2、铰链5和连杆10 ；X向马达4、第一 Y向马达6 和第二 Y向马达8分别通过联轴器11与滚珠丝杆7连接，滚珠丝杆7与铰链5连接，铰链 5还通过连杆10与滑块3连接，滑块3设置在X向滑轨9或Y向滑轨2中；X向马达4设置在平台1上三维坐标的X轴方向，第一 Y向马达6和第二 Y向马达8间隔地设置在平台1 上三维坐标的Y轴方向，Y向滑轨2设置在三维坐标的X轴方向的平台1右侧中部；Y轴方向为两段X向滑轨9，两X向滑轨9分别设置在三维坐标的Y轴方向的平台1后部左、右端。 X向马达4、第一 Y向马达6和第二 Y向马达8都为伺服马达。X向马达4、第一 Y向马达6 和第二 Y向马达8分别通过交流伺服驱动器与可编程逻辑控制器连接，可编程逻辑控制器通过交流伺服驱动器控制实现X向马达4、第一 Y向马达6、第二 Y向马达8的运动。[0021]滚珠丝杆7是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的装置。滚珠丝杆由丝杆、丝杆螺母和滚珠组成，丝杆和丝杆螺母通过滚珠转动连接。X向马达4、第一 Y向马达6和第二 Y向马达8分别经联轴器11驱动滚珠丝杆7 作直线运动，通过连杆10驱动滑块3运动，连杆10通过铰链5与滚珠丝杆7的丝杆螺母连接，可绕铰接点作旋转运动，最终实现平台的平移和转动，其中连杆10与平台1上设置的Y 向滑轨2和X向滑轨9始终垂直。运动时由可编程逻辑控制器通过交流伺服驱动器控制实现X向马达4、第一 Y向马达6、第二 Y向马达8的运动。X⑴向平移时，Y(X)向滑块不动， 通过X(Y)向滑块驱动平台沿导轨移动；通过驱动Y向两个马达的运动量不同而实现平台旋转。本实用新型平台运动间隙偏差消除装置是通过控制三个马达的调整量和运动顺序来实现的，现将马达的调整量作定义。以图1中的坐标轴来定义丝杆螺母的运动量，箭头所指方向为马达运动量增大的方向，因为丝杆螺母的直线运动量是由马达转动所驱动的， 所以由马达的调整量来表征丝杆螺母的直线运动量。其中，坐标轴原点位为马达复位后丝杆螺母的位置；取丝杆行程一半的马达位置为马达的基准位，即马达每次作调整前马达所处的位置，这样使马达有足够的前后运动量；目标位是指马达调整后所处的位置；当前位是指马达当前所处的位置；差值量是指目标位减去当前位的值，即马达所需要的调整量。由于连接机构之间存在间隙，如滑轨与滑块，铰链与连杆的间隙，因此连接机构的接触面处于一个不确定的状态，如图如所示。本实用新型调节装置是通过马达的调整使连接机构的接触面处于一确定的状态，从而实现精确的运动控制。连接机构的接触面有三个状态，一是在上部接触，二是自由状态，三是在下部接触，当连接机构的接触面都处于上部接触时，定义此时为马达相对于平台为推动的状态，如图4b所示。此时若驱动马达向已接触的方向运动(即向上运动)，运动中无间隙，可精确走位。同样，当连接机构的接触面都处于下部接接触时，定义此时为马达相对于平台为拉动的状态，如图4c所示。此时若驱动马达向已接触的方向运动(即向下运动)，运动中无间隙，同样可精确走位。当滑块3沿着Y向滑轨2滑动时，Y向滑轨2和X向滑轨9分别设置在平台1上三维坐标的X轴方向和Y轴方向，滑块3与铰链5之间通过连杆10连接，铰链5又通过滚珠丝杆7与联轴器11连接，而联轴器11直接与伺服马达连接。由于制造和装配误差，滑块与滑轨之间，铰链连接中存在着间隙，使运动控制中不精确，反向运动时存在反向间隙，影响运动精度。复位时，平台X向马达4、第一 Y向马达6、第二 Y向马达8回到坐标轴原点，同时驱动三个马达回到原点，此时平台中滑块与滑轨之间，铰链连接中处于不确定状态，如图如所示。待复位完成后，再进行回基准动作。动作如下复位后三个马达均处于原点位置，根据保持姿态的需要，使X向马达4和第二 Y向马达8直接走到基准位，此时与X向马达4和第二 Y向马达8连接的传动机构如图4b所示，即相对于平台为推动的状态。第一 Y向马达 6在走差值量的基础上再多走一个指定的距离，上面三个马达动作是同时进行的，待动作结束后，再补偿第一 Y向马达6到基准位，即再驱动第一 Y向马达6到基准位位置，此时与第一 Y向马达8连接的传动机构如图如所示，即相对于平台为拉动的状态。此时复位后回基准动作完成，平台连接机构处于一个确定的姿态，即X向马达4相对于平台为推动状态，第一 Y向马达6相对于平台为拉动状态，二 Y向马达8相对于平台为推动状态。平台调整后回基准时，第一步同时运动第一 Y向马达6，第二 Y向马达8和X向马达4 ；比较第二 Y向马达8当前位与基准位的大小，当前位小于基准位时，则在运动差值量的基础上少走一个指定的距离；当前位大于基准位时，则在差值量的基础上多走一个指定的距离；比较第一 Y向马达6当前位与基准位，当前位大于基准位时，则在差值量的基础上少走一个指定的距离，当前位小于基准位时，则在运动差值量的基础上多走一个指定的距离 ’运动X向马达4时，其运动方式与第二 Y向马达8相同。第二步三个马达第一步动作完成后，由于多走或少走一个指定的距离会使马达当前位与基准位存在偏差，再分别对三个马达补偿上述指定的距离，补偿顺序为先同时补偿X向马达4、第二 Y向马达8，然后补偿第一 Y向马达6，使各马达运动到基准位。此时姿态满足相对于平台，第二 Y向马达8推动、第一 Y向马达6拉动、X向马达4推动。当少走一个指定距离时，补偿时要向相同方向走该指定的距离，如图3中b所示；当多走一个指定距离时，补偿时要向反方向走该的距离，如图3中c所示。调整时，第一步先同时运动第一 Y向马达6和第二 Y向马达8，再运动X向马达 4 ；比较第二 Y向马达8当前位与目标位的大小，当前位小于目标位时，则在运动差值量的基础上少走一个指定的距离，该距离要比机构中所存在的反向间隙值要大；当前位大于目标位时，则在差值量的基础上多走一个指定的距离；比较第一 Y向马达6当前位与目标位，当前位大于目标位时，则在差值量的基础上少走一个指定的距离，当前位小于目标位时，则在运动差值量的基础上多走一个指定的距离；运动X向马达4时，其运动方式与第二 Y向马达 8相同。第二步三个马达第一步动作完成后，由于多走或少走一个指定的距离会使马达当前位与目标位存在偏差，再分别对三个马达补偿上述指定的距离，补偿顺序为先同时补偿 X向马达4、第二 Y向马达8，然后补偿第一 Y向马达6，使各马达运动到目标位。此时姿态满足相对平台，第二 Y向马达8为推动状态、第一 Y向马达6为拉动状态、X向马达4为推动状态。现以平台1回基准为例，结合图3与图4说明在这种消除间隙的平台控制方法。图 3为第一 Y向马达和第二 Y向马达运动距离示意图，如图中a所示，平台Y向马达要执行回基准的操作，即从当前位置移动到基准位。如图如所示，若采用一般的运动方法，即直接驱动Y向马达移动需要的运动距离，则由于X向滑轨9与滑块3之间的法向间隙和铰链机构中的间隙，当运动完成后，滑块3和铰链5会处于各自间隙之中，并且位置不能确定；当再执行移动命令时，会由于不确定的反向间隙而影响运动精度。采用本实用新型的平台运动控制方法可有效地避免或减少这个影响。图3中b为第一 Y向马达6运动示意图，当第一 Y向马达6当前位小于基准位，由上可知，第一 Y向马达6将多移动一个指定的距离，然后在其他马达运动到位后，再补偿该距离；此时如图4b所示，第一Y向马达6的滑块与铰链相对于平台为推的状态。图3中c为第二 Y向马达8运动示意图，第二 Y向马达8当前位小于基准位，由上可知，第二 Y向马达8将少移动一个指定的距离，然后在其他马达运动到位后，再补偿该距离；此时如图4c所示第二 Y向马达8的滑块与铰链相对于平台为拉的状态。[0038]由上可见，平台回基准时可保持一种X向马达4相对于平台为推，第一 Y向马达6 为拉的状态，第二 Y向马达8为推的状态。本实用新型的平台间隙调节装置具有一种稳定的姿态，可以使平台在基准位或调整后位均维持相同的姿态，这样就能使平台在X或Y向平移时不会在另一方向产生不可控的偏差；此外，通过调整第一 Y向马达6和第二 Y向马达8使平台在基准位时滑轨与马达轴心垂直从而消除因平移产生的线性误差；利用这种平台调节结构，只需控制马达的动作顺序以及调整方式，方法简单，效果明显。实施例以全自动锡膏印刷机的平台纠偏动作为例，说明本实用新型消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置的调节方法，按以下步骤进行调整。首先，平台三个马达进行复位动作，使三个马达处于坐标原点位置。复位动作完成后，进行回基准动作，使平台连接机构处于一个确定的姿态，其中X向马达4为推动，第一 Y 向马达6为拉动，第二 Y向马达8为推动的姿态；从控制器得到马达运动量后，进行调整，调整后也要保持上述固定姿态。最后，调整完成后平台再回基准，等待下一次调整命令，即每次调整后都要进行回基准动作，保证调整前处于固定姿态。平台复位时，同时驱动三个马达回到原点，此时平台中滑块与滑块之间，铰链连接中处于不确定状态。复位动作完成后，进行回基准动作首先同时驱动三马达运动，使X向马达4和第二 Y向马达8直接走到基准位，此时X向马达4和第二 Y向马达8相对于平台为推动的状态。第一Y向马达6在走差值量的基础上再多走一个指定的距离，该距离要比机构中所存在的反向间隙值要大(一般取反向间隙的三倍)，然后再补偿第一 Y向马达6到基准位，即相对于平台为拉动的状态。此时复位后回基准动作完成，平台连接机构处于一个确定的姿态，其中X向马达4为推动，第一 Y向马达6为拉动，第二 Y向马达8为推动的姿态。平台回基准时，第一步同时驱动三马达，比较第二 Y向马达当前位与基准位的大小，当前位小于基准位时，则在运动差值量的基础上少走一个指定的距离；当前位大于基准位时，则在差值量的基础上多走一个指定的距离；比较第一 Y向马达当前位与基准位，当前位大于基准位时，则在差值量的基础上少走一个指定的距离，当前位小于基准位时，则在运动差值量的基础上多走一个指定的距离；运动X向马达时，其运动方式与第二 Y向马达相同。第二步三个马达第一步动作完成后，由于多走或少走一个指定的距离会使马达当前位与基准位存在偏差，再分别对三个马达补偿上述指定的距离，补偿顺序为先同时补偿X向马达、第二 Y向马达，然后补偿第一 Y向马达，使各马达运动到基准位。由平台结构知这种补偿顺序满足相对平台，X向马达为推动，第一 Y向马达为拉动状态，第二 Y向马达为推动状态。平台调整时，第一步同时驱动三马达，比较第二 Y向马达8当前位与目标位的大小，当前位小于目标位时，则在运动差值量的基础上少走一个指定的距离，反之则反；比较第一 Y向马达6当前位与目标位，当前位大于目标位时，则在差值量的基础上少走一个指定的距离，反之则反；运动X向马达时，其运动方式与第二Y向马达相同。第二步三个马达第一步动作完成后，由于多走或少走一个指定的距离会使马达当前位与目标位存在偏差，再分别对三个马达补偿上述指定的距离，补偿顺序为先同时补偿X向马达4、第二 Y向马达
78，然后补偿第一 Y向马达6，使各马达运动到目标位。此时姿态满足相对平台，X向马达为推动状态，第一 Y向马达为拉动状态，第二 Y向马达为推动状态。上述方法使平台静止时始终保持X向马达为推动，第一 Y向马达为拉动，第二 Y向马达为推动的滑块与滑轨连接以及铰链连接的约束状态。利用这种调节装置，可以消除因间隙带来的平台调整姿态不确定而导致平台运动时产生的随机误差，从而提高了平台的定位精度、印刷精度与印刷稳定性。以上所述仅为本实用新型较佳的可行实施例，并非因此限定本实本实用新型的保护范围，故凡应用本实用新型说明书或附图内容所进行的等效结构变化，均包含于本实用新型保护范围内。本实用新型虽然针对应用于电路板联装的自动锡膏印刷机并联平台进行叙述，但其使用范围并不局限于锡膏印刷，还可以用于光伏太阳能电池的印刷、以及精密平台定位因安装间隙而产生的运动误差的装置或应用中。
权利要求1.一种消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，其特征在于包括X向马达、第一 Y向马达、第二 Y向马达、可编程逻辑控制器、平台、滚珠丝杆、联轴器、滑块、X向滑轨、Y向滑轨、铰链和连杆；X向马达、第一 Y向马达和第二 Y向马达分别通过联轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆与铰链连接，铰链还通过连杆与滑块连接，滑块设置在X向滑轨或Y向滑轨中； X向马达设置在平台上三维坐标的X轴方向，第一Y向马达和第二Y向马达间隔地设置在平台上三维坐标的Y轴方向，Y向滑轨设置在三维坐标的X轴方向的平台右侧中部；Y轴方向为两段X向滑轨，两X向滑轨分别设置在三维坐标的Y轴方向的平台后部左、右端；X向马达、第一Y向马达和第二Y向马达分别通过交流伺服驱动器与可编程逻辑控制器连接。
2.根据权利要求1所述的消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，其特征在于 所述滚珠丝杆由丝杆、丝杆螺母和滚珠组成，丝杆和丝杆螺母通过滚珠转动连接。
3.根据权利要求1所述的消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，其特征在于 所述X向马达、第一 Y向马达和第二 Y向马达都为伺服马达。
专利摘要本实用新型公开了消除并联平台机构间隙的运动偏差补偿装置，该装置X向马达、第一Y向马达和第二Y向马达分别通过联轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆与铰链连接，铰链还通过连杆与滑块连接，滑块设置在X向滑轨或Y向滑轨中；Y轴方向为两段X向滑轨，两X向滑轨分别设置在三维坐标的Y轴方向的平台后部左、右端。该装置通过控制X向和Y向马达的运动次序，使平台静止时始终保持X向马达为推动，第一Y向马达为拉动，第二Y向马达为推动的滑块与滑轨连接以及铰链连接的约束状态，使平台保持一种固定姿态。本实用新型可以消除因间隙带来的平台调整姿态不确定而导致平台运动时产生的随机误差，从而提高了平台的定位精度、印刷精度与印刷稳定性。
文档编号B41F15/18GK202213302SQ20112029998
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者张宪民, 贺振兴, 邝泳聪, 陈家钊 申请人:华南理工大学