专利名称：采用电磁支承的四自由度精密平台的制作方法
技术领域：
本发明属于精密仪器技术领域，特别涉及一种采用电磁支承的四自由度精密工作台及系统。
背景技术：
在ー些大中型设备装配及安装过程中，有时需要对某些大中型零部件的位置进行精确调整。在某些情况下，需要调整的零部件尺度可达数米，质量可达数百千克乃至数吨，调整时要求零部件整体向某个指定方向移动很小的距离，调整位置精度要求达0.01mm，且这种调整过程可能需要反复多次。市场上虽有实验室用三自由度精密平台，但其尺度和承载カ都较小，无法满足调整大中型零部件位置的要求。目前，为了实现这种功能，往往在现场安装专用エ装，通过螺旋式千斤顶或原理近似的エ装移动零部件，通过百分表或千分表測量移动量。 采用专用エ装移动零部件往往精度较差，而且三个平动自由度往往相互影响，难于实现単独ー个自由度的移动。移动过程一般需要人工操作，移动量不易控制。在很多情况下，由于受结构限制，百分表或千分表的測量位置与移动操作部位不同，移动时需要多个人同时操作与读数，协调困难，操作费时。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明目的在于提供一种重型四自由度高精度平台，实现大中型零部件的在一定范围内三自由度的高精度移动，解决现有技术移动精度低、移动量难以控制、难以测量、操作费时等问题。(ニ)技术方案为了解决上述问题，本发明提供了一种电磁支承的四自由度工作台，其包括壳体、径向轴承组件、径向位置传感器、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、轴向位置传感器、芯轴组件、步进电机定子组件、光电检测器组件、传感器电路、功率放大器、电磁支承控制计算机。优选地，芯轴组件包括芯轴、夹具接ロ、推力盘、步进电机转子组件、码盘。优选地，夹具接ロ与芯轴一体加工成型。优选地，推力盘、步进电机转子组件、码盘套装在芯轴上，并与芯轴固联。优选地，径向位置传感器、轴向位置传感器、光电检测器电连接到控制电路上，传感器电路电连接到电磁支承控制计算机上，电磁支承控制计算机电连接到功率放大器上，功率放大器电连接到径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件上。优选地，电磁支承工作台工作时，芯轴组件受电磁力作用而保持在悬浮状态，与定子组件无接触。
优选地，径向位置传感器、轴向位置传感器、光电检测器分别实时地检测芯轴的径向位置、轴向位置和周向转角，測量信号经过传感器电路处理后得到位置信号，实时地传送给电磁支承控制计算机。优选地，电磁支承控制计算机从主控制计算机接收位置指令，利用控制算法，根据接收到的位置指令和传感器电路传送来的位置信号，实时地计算径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件的控制电流，并实时地将控制电流指令发送给功率放大器，同时将传感器电路传送来的位置信号实时地传送到主控制计算机，功率放大器根据电磁支承控制计算机的指令，实时地将对应电流输出到 径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件，电流产生的电磁力使芯轴组件保持在主控制计算机指定的位置。优选地，当芯轴组件受到外力干扰而偏离指定位置，或者主控制计算机位置指令发生变化时，电磁支承控制计算机可以根据传感器信号及时地将芯轴组件移动到指定的位置。本发明还提供了一种采用电磁支承的四自由度精密系统，其包括两套前述的电磁支承的四自由度精密工作台，两套夹具，一套主控制计算机，两套支承构件，其中，电磁支承四自由度精密工作台的电磁支承控制计算机电连接到所述主控制计算机，每套电磁支承工作台与一套夹具机械固联，每套电控工作台与ー套支承构件机械固联。(三)有益效果本发明可以实现大中型零部件的四自由度的精确位置调整，由于采用电磁支承平台，并采用控制计算机集中控制，因此移动操作简单，精度高，速度快，在一定范围内可移动到任意指定位置。
下面參照附图并结合实例来进ー步描述本发明。其中图I为根据本发明实施例的电磁支承四自由度精密工作台示意图。图2为根据本发明实施例的电磁支承四自由度精密系统示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明提供的电磁支承四自由度工作台结构示意图如图I所示，其由壳体、径向轴承组件、径向位置传感器、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、轴向位置传感器、芯轴组件、步进电机定子组件、光电检测器组件、传感器电路、功率放大器、电磁支承控制计算机组成。其中，各附图标记含义为1、夹具接ロ，2、工作台芯轴，3、外壳，4、上轴向轴承组件，5、推力盘，6、下轴向轴承组件，7、径向位置传感器，8、径向轴承组件，9、步进电机定子组件，10、码盘，11、光电检测器，12、轴向位置传感器，13、步进电机转子组件其中，芯轴组件由芯轴、夹具接ロ、推力盘、步进电机转子组件、码盘组成，夹具接ロ与芯轴一体加工成型，推力盘、步进电机转子组件、码盘套装在芯轴上，并与芯轴固联。
径向位置传感器、轴向位置传感器、光电检测器电连接到控制电路上，传感器电路电连接到电磁支承控制计算机上，电磁支承控制计算机电连接到功率放大器上，功率放大器电连接到径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件上。电磁支承工作台工作时，芯轴组件受电磁力作用而保持在悬浮状态，与定子组件无接触。径向位置传感器、轴向位置传感 器、光电检测器分别实时地检测芯轴的径向位置、轴向位置和周向转角，測量信号经过传感器电路处理后得到位置信号，实时地传送给电磁支承控制计算机，电磁支承控制计算机从主控制计算机接收位置指令，利用控制算法，根据接收到的位置指令和传感器电路传送来的位置信号，实时地计算径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件的控制电流，并实时地将控制电流指令发送给功率放大器，同时将传感器电路传送来的位置信号实时地传送到主控制计算机，功率放大器根据电磁支承控制计算机的指令，实时地将对应电流输出到径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件，电流产生的电磁力使芯轴组件保持在主控制计算机指定的位置。当芯轴组件受到外力干扰而偏离指定位置，或者主控制计算机位置指令发生变化时，电磁支承控制计算机可以根据传感器信号及时地将芯轴组件移动到指定的位置。所述电磁支承四自由度精密工作台上标有三个方向移动的轴线的方向，便于装配时找正。如图2所示，本发明提供的电磁支承四自由度精密系统包括两套电磁支承的四自由度精密工作台，两套夹具，一套主控制计算机，两套支承构件。其中，各附图标记含义为1、上支承构件，2、上电磁支承四自由度精密工作台，3、上夹具，4、エ件，5、下夹具，6、下电磁支承四自由度精密工作台，7、下电控箱，8、下支承构件，9、上电控箱。电磁支承四自由度精密工作台的电磁支承控制计算机电连接到所述主控制计算机，每套电磁支承工作台与一套夹具机械固联，每套电控工作台与ー套支承构件机械固联。使用本发明移动零部件(以下称エ件)的步骤如下将支承构件安装在稳固的基础上；通过控制计算机使两套工作台都回到零位，调整支承构件位置，保证两套夹具的同轴度小于0. 01mm，两套工作台的对应轴线的平行度小于0. 1/100，两套夹具的距离等于エ件装卡部位的距离；将エ件装卡在夹具上；当需要移动エ件时，由控制计算机向两套工作台发出指令，使两套工作台向相同的方向移动相同的距离。本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1.一种电磁支承的四自由度工作台，其特征在于，包括 壳体、径向轴承组件、径向位置传感器、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、轴向位置传感器、芯轴组件、步进电机定子组件、光电检测器组件、传感器电路、功率放大器、电磁支承控制计算机。
2.如权利要求I所述的工作台，其特征在于 芯轴组件包括芯轴、夹具接口、推力盘、步进电机转子组件、码盘。
3.如权利要求2所述的工作台，其特征在于 夹具接口与芯轴一体加工成型。
4.如权利要求2所述的工作台，其特征在于 推力盘、步进电机转子组件、码盘套装在芯轴上，并与芯轴固联。
5.如权利要求I所述的工作台，其特征在于 径向位置传感器、轴向位置传感器、光电检测器电连接到控制电路上，传感器电路电连接到电磁支承控制计算机上，电磁支承控制计算机电连接到功率放大器上，功率放大器电连接到径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件上。
6.如权利要求I所述的工作台，其特征在于 电磁支承工作台工作时，芯轴组件受电磁力作用而保持在悬浮状态，与定子组件无接触。
7.如权利要求I所述的工作台，其特征在于 径向位置传感器、轴向位置传感器、光电检测器分别实时地检测芯轴的径向位置、轴向位置和周向转角，测量信号经过传感器电路处理后得到位置信号，实时地传送给电磁支承控制计算机。
8.如权利要求I所述的工作台，其特征在于 电磁支承控制计算机从主控制计算机接收位置指令，利用控制算法，根据接收到的位置指令和传感器电路传送来的位置信号，实时地计算径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件的控制电流，并实时地将控制电流指令发送给功率放大器，同时将传感器电路传送来的位置信号实时地传送到主控制计算机，功率放大器根据电磁支承控制计算机的指令，实时地将对应电流输出到径向轴承组件、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、步进电机定子组件，电流产生的电磁力使芯轴组件保持在主控制计算机指定的位置。
9.如权利要求I所述的工作台，其特征在于 当芯轴组件受到外力干扰而偏离指定位置，或者主控制计算机位置指令发生变化时，电磁支承控制计算机可以根据传感器信号及时地将芯轴组件移动到指定的位置。
10.一种采用电磁支承的四自由度精密系统，其特征在于，包括 两套如权利要求I、之一所述的电磁支承的四自由度精密工作台，两套夹具，一套主控制计算机，两套支承构件，其中，电磁支承四自由度精密工作台的电磁支承控制计算机电连接到所述主控制计算机，每套电磁支承工作台与一套夹具机械固联，每套电控工作台与一套支承构件机械固联。
全文摘要
本发明提供了一种电磁支承的四自由度工作台，其包括壳体、径向轴承组件、径向位置传感器、上轴向轴承组件、下轴向轴承组件、轴向位置传感器、芯轴组件、步进电机定子组件、光电检测器组件、传感器电路、功率放大器、电磁支承控制计算机。本发明可以实现大中型零部件的四自由度的精确位置调整，由于采用电磁支承平台，并采用控制计算机集中控制，因此移动操作简单，精度高，速度快，在一定范围内可移动到任意指定位置。
文档编号B23P19/10GK102756271SQ201210251650
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者于溯源, 周燕, 孙喆, 莫逆, 赵晶晶 申请人:清华大学