专利名称：硬驱动型宏微两级自动定位控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制装置，尤其是实用于精密制造业，具体地说是一种硬驱动型宏微两级自动定位控制装置。
背景技术：
精密定位技术的应用范围极其宽广，要求越来越多，精密定位的概念在不同时期 有着不同的理解和数量界定，就目前的实际情况看，亚微米级定位精度是精密定位的最低限度，而纳米定位代表着精密定位的最高水平。精密定位技术的应用领域非常广泛，随着科技的发展，精密定位技术广泛应用于微型机械、微型装配领域，同时，在微电子信息产业、转基因生物工程、半导体光刻、精密测量、超精密加工、生物细胞操纵和纳米技术等领域，也都需要十分精确地定位和非常精细地运动，因此高性能的超精密定位工作台成为这些领域的技术支持，对该技术的研究处于国际上精密工程技术的前沿，具有重大科学意义和应用价值。从目前国内外对精密定位系统的研究情况来看，为了实现大行程，一般都是采用宏微两级定位方式，亦即是在宏动定位控制的基础上，叠加微动定位控制，最后实现载物台的大行程运动和纳米级精密定位技术。众多定位系统，为了提高定位精度，大多采用直线电机、液体静压丝杠或摩擦传动等作为系统的驱动装置，但是定位速度还是得不到很大提高。因此，能否在传统的滚珠丝杠传动下通过提高控制系统性能，使整个系统定位精度和速度提高，具有实用意义。研究并设计出一种自动控制装置具有极高的现实意义。
发明内容本实用新型的目的，就是为了解决现有技术上存在的上述技术问题，提供了一种硬驱动型宏微两级自动定位控制装置。为了解决上述技术问题，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供了一种硬驱动型宏微两级自动定位控制装置，包括宏动工作台、控制系统和微动工作台，其特征是控制系统都采用步进电机作为原动件，微动定位叠加到宏动定位，位移检测器一端连接微动工作台另一端连接PLC。所述的控制系统通过PLC提供脉冲信号和各种控制信号，环形分配器将输入的单一脉冲串，按工作方式和转向分别依次向连结到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场，产生足够的电磁转矩，使电动机旋转驱动丝杠带动工作台运动，这里环形脉冲分配器采用硬件实现，PLC只需提供脉冲信号和各种控制信号，通过PLC的脉冲输出指令产生指定数量和频率(脉冲频率不受程序执行周期影响)的脉冲。其特征是采用专门的细分驱动不但起到环形分配器的作用，而且还实现了小步距角输出、改变输出电流、错相保护、有效散热同时大大减少了设计者的工作量，设计者只需参照步进电机和配套的驱动器的说明书，再应用PLC的知识正确连线就能实现PLC对步进电机的硬件驱动。本实用新型的有益效果是由于采用触摸屏人机界面技术代替传统开关按钮，实现实时显示图表，图像信息，人机和谐；由于采用step7和Wincc flexible软件直接在PC上编程和组态，可以方便程序调整，方便人机界面组态；由于步进电机高定位精度，高响应性，灵活控制等特点可以实现高速精确定位；采用专门的细分驱动不但起到环形分配器的作用，而且还实现了小步距角输出、改变输出电流、错相保护、有效散热同时大大减少了设计者的工作量；由于微动工作台才是此装置的最终执行部分，位移检测器直接装在微动工作台上消除宏运动传动机构中的全部误差。总之，采用宏微两级自动控制，既能实现大行程又能实现精确定位；且可以达到执行部分高速运动的要求。
附图给出了本实 用新型的具体实施范例，与说明书一并用来解释本实用新型的原理。通过
以下结合附图所作的详细描述，可以更清楚地理解本实用新型的目的、优点及特征，其中相同的特征使用相同的标号。图I是本实用新型硬驱动型宏微两级自动定位控制装置的原理图。图2—4是本实用新型的人机界面示意图。
具体实施方式
以下本实用新型硬驱动型宏微两级自动定位控制装置的最佳实例，并不因此限定本实用新型的保护范围。一种硬驱动型宏微两级自动定位控制装置，如图I所示，它包括宏动工作台(9)、控制系统和微动工作台(7)，微动工作台(7)安装到宏动工作台(9)上，位移检测器(8)直接安装在微动工作台(7)上。如图I所示的控制系统，分别在PC(I)上安装St印7和Wincc flexible软件。将程序和组态界面(图2、3、4所示)通过RS232分别下载到PLC(3)和人机界面(2)。人机界面(2)和PLC (3)通过专用RS232电缆通讯。如图I所示的控制系统，在人机界面(2)中需要设置微动工作台移动行程(图3所示)，通过PLC的A/D转换模块和控制软件对比当前行程和设定行程。通过PLC(3)提供脉冲信号和各种控制信号，硬件驱动器(12)将输入的单一脉冲串，按工作方式和转向分别依次向连结到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场，产生足够的电磁转矩，使步进电机(11)旋转驱动宏动工作台(9)运动，同时检测器实时检测微动工作台的位移，当还未达到设定行程90%步进电机(11)快转，当达到90%步进电机(11)慢转，当达到98%步进电机(11)停转步进电机(5)慢转,直到设定行程步进电机(5)停转。如图I微动工作台(7)是此装置的执行部分，位移检测器(8)直接装在微动工作台(7)上，得到工作台的实际位置，消除宏运动传动机构中的全部误差。如图I所述的控制系统的反馈部分位移检测器(8)通过1 232直接连接在？^(3)上，PLC(3)不断接收来位移检测器输出接口的信号，再通过内部设定程序的计算比较，发出相应频率的脉冲，不断调整步进电机的转速以满足对位移控制的要求。同时人机界面(2)实时监测显示实际位移。
权利要求1.一种硬驱动型宏微两级自动定位控制装置，包括宏动工作台、控制系统和微动工作台，其特征是控制系统都采用步进电机作为原动件，微动定位叠加到宏动定位，位移检测器一端连接微动工作台另一端连接PLC。
2.根据权利要求I所述的硬驱动型宏微两级自动定位控制装置，其特征是控制系统通过PLC提供脉冲信号和各种控制信号，环形分配器将输入的单一脉冲串，按工作方式和转向分别依次向连结到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场，产生足够的电磁转矩，使电动机旋转驱动丝杠带动工作台运动。
专利摘要本实用新型涉及一种控制装置，尤其是实用于精密制造业，具体地说是一种硬驱动型宏微两级自动定位控制装置，包括宏动工作台、控制系统和微动工作台，微动工作台安装到宏动工作台上。控制系统采用人机界面实时显示和监测实际位移，通过PLC提供脉冲信号和各种控制信号，环形分配器将输入的单一脉冲串，按工作方式和转向分别依次向连结到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场，产生足够的电磁转矩，使电动机旋转驱动丝杠带动工作台运动。整个装置巧妙的采用了微动定位叠加到宏动定位，位移检测器直接安装到微动工作台形成闭环控制系统，解决了大行程，高速，精确定位问题。本实用新型结构简单，编程方便，控制精度高，是一种可以实现大规模推广的大行程，高速、精确控制装置。
文档编号G05B19/05GK202600426SQ20122010926
公开日2012年12月12日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者余仕彪, 吴子岳, 耿金凤, 张帅 申请人:上海海洋大学