一种xyu三自由度调节装置及其调节方法
【专利摘要】本发明公开了一种XYU三自由度调节装置及其调节方法，其装置包括一底板，其中，其还包括一设置在所述底板上用于装载待处理产品的调整板，数个固定设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的驱动装置，以及一与所述驱动装置电连接的用于控制所述驱动装置驱动量的控制装置；所述驱动装置用于调节所述调整板在X方向和Y方向的位置以及用于控制调节所述调整板沿U方向的旋转角度。本发明的调节装置由于在底板设置有多个具有直线驱动功能的驱动模块，其整体结构只需两层即可实现XYU三个自由度的调整功能，其结构简单、占用空间小、成本低，操作方便、稳定，且精度大大提高。
【专利说明】—种XYU三自由度调节装置及其调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密定位领域，尤其涉及一种具有在XYU方向上的三自由度调节功能的调节装置及其调节方法。
【背景技术】
[0002]在自动化设备里经常要需要一种XYU三自由度工作台，来实现设XYU方向的精密定位，比如在集成电路制造设备、精密测量行业、摄像头生产测试中，其中X/Y对应迪卡坐标系里的X轴和I轴，U是一个转角，其沿调整板的几何中心的竖直轴在XY方向旋转一定角度。这样一个工作平台，可以实现在XY平面内，将物体定位任意一个位置(X，Y)，和转角U，但现有的这种调节平台存在许多问题，例如:在摄像头本身的生产过程及安装到最终的电子产品的过程中，需要对摄像头进行各种功能测试。其中有一项重要的测试是将摄像头或者装有摄像头的产品固定后，将标准的测试读图卡(测试标靶)对齐摄像头或者装有摄像头的产品。因此这里标准的测试标靶是调整对象，摄像头或者装有摄像头的产品是目标对象。欲实现被调整对象与目标对象的对准，必须使被调整对象在X、Y、U三个方向进行调整。目前，实现这种调整的方法是在度板上将两组直线调整模块及一组角度调整模块一层一层地叠起来，再将被调整板置于最上层，包括底板在内共四层的结构，即第二层相对第一层做X直线运动，第三层相对第二层做Y直线运动，第四层相对第三层做U旋转运动，这种设计在被调整板尺寸过大及空间的高度受限时不容易安排，且会出现稳定性及精度不够的问题。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便，且测试精度高、稳定性能好的具有XYU三自由度调节功能的调节装置及其调节方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种XYU三自由度调节装置，其包括一底板，其中，其还包括一设置在所述底板上用于装载待处理产品的调整板，数个固定设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的驱动装置，以及一与所述驱动装置电连接的用于控制所述驱动装置驱动量的控制装置；所述驱动装置用于调节所述调整板在X方向和Y方向的位置以及用于控制调节所述调整板沿U方向的旋转角度，所述X方向为所述调整板的长度方向，所述Y方向为所述调整板的宽度方向，所述U方向为所述调整板绕调整板几何中心的竖直中心轴在水平方向的旋转方向。
[0006]所述驱动装置包括设置在所述底板上用于驱动所述调整板的主驱动装置和用于与所述主驱动装置配合调节所述调整板的从驱动装置。。
[0007]所述主驱动装置包括分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一主驱动装置、第二主驱动装置、第三主驱动装置；
所述从驱动装置包括分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一从驱动装置、第二从驱动装置、第三从驱动装置；
所述第一主驱动装置、第一从驱动装置在所述地板上的位置分别与所述调整板左右两侧边的中间位置相对应，其共同用于调节所述调整板在X方向的位置；
所述第二主驱动装置、第三主驱动装置对称设置在所述调整板的下侧边，所述第二从驱动装置、第三从驱动装置对称设置在所述调整板的上侧边，其共同用于调节所述调整板在X方向的位置以及用于控制调节所述调整板沿U方向的旋转角度。
[0008]所述主驱动装置包括:一固定设置在所述底板上的固定座,一设置在所述固定座上并且与所述调整板活动连接的第一调节弹簧，以及一设置在所述固定座内用于驱动所述调节弹簧沿水平方向做直线运动的直线驱动装置；
所述从驱动装置包括:一固定设置在所述地板上的基座，一设置在所述固定座上并且与所述调整板活动连接的第二调节弹簧。
[0009]一种如上述XYU三自由度调节装置的调节方法，其中，其调节步骤包括:
A:设置在所述调整板左右两侧的驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，控制调节所述调整板在所述X方向上的位置；
B:设置在所述调整板上下两侧的驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，控制调节所述调整板在所述Y方向上的位置以及控制调节所述调整板沿U方向的旋转角度。
[0010]所述驱动装置包括:分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一主驱动装置、第二主驱动装置、第三主驱动装置，分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一从驱动装置、第二从驱动装置、第三从驱动装置；
所述第一主驱动装置、第一从驱动装置在所述地板上的位置分别与所述调整板左右两侧边的中间位置相对应；
所述第二主驱动装置、第三主驱动装置对称设置在所述调整板的下侧边，所述第二从驱动装置、第三从驱动装置对称设置在所述调整板的上侧边；
所述A步骤包括:所述第一主驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，当达到预设驱动量时，所述第一主驱动装置停止驱动所述调整板，实现所述调整板在所述X方向上的位置的调节。
[0011]所述B步骤包括:所述第二主驱动装置、第三主驱动装置分别接收所述控制装置的驱动指令，所述第二主驱动装置、第三主驱动装置同步驱动所述调整板，当达到预设驱动量并且所述第二主驱动装置、第三主驱动装置的驱动量相等时，所述第一主驱动装置停止驱动所述调整板，实现所述调整板在所述Y方向上的位置的调节。
[0012]所述B步骤还包括:所述第二主驱动装置、第三主驱动装置分别接收所述控制装置的驱动指令，当达到预设驱动量并且所述第二主驱动装置、第三主驱动装置的驱动量不相等时，所述第一主驱动装置停止驱动所述调整板，实现所述调整板在所述U方向上的位置的调节。
[0013]所述驱动装置为直线电机驱动装置。
[0014]本发明所提供的XYU三自由度调节装置及其调节方法，由于在底板设置有多个具有直线驱动功能的驱动模块，其整体结构只需两层即可实现X-Y-U调整功能，其结构简单、占用空间小、成本低，操作方便、稳定，且精度大大提高。【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明XYU三自由度调节装置的实施例的结构示意图一。
[0016]图2是本发明XYU三自由度调节装置的实施例的结构示意图二。
[0017]图3是本发明XYU三自由度调节装置的实施例的结构示意图三。
[0018]图4是本发明XYU三自由度调节装置的调节方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019]本发明提供一种XYU三自由度调节装置及其调节方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]本发明提供一种XYU三自由度调节装置，如图1所示，一种XYU三自由度调节装置，其包括一底板10，其中，其还包括一设置在所述底板10上用于装载待处理产品的调整板20，数个固定设置在所述底板10上并且与所述调整板20活动连接的驱动装置30，以及一与所述驱动装置30电连接的用于控制所述驱动装置驱动量的控制装置(图未示);所述驱动装置30用于调节所述调整板20在X方向和Y方向的位置以及用于控制调节所述调整板20沿U方向的旋转角度，所述X方向为所述调整板20的长度方向，所述Y方向为所述调整板20的宽度方向，所述U方向为所述调整板20绕调整板20几何中心(图1中的O点)的竖直中心轴在水平方向的旋转方向。在摄像头生产和检测平台，所述调整板20 —般设置为矩形的平板、圆板或中空的矩形平板，采用铝制型材，其上设置有便于固定测试图的锁定装置。该调节装置只有两层结构，整体占用空间很小，较之现有的三层结构，其结构简单，检测精度高，且操作方便，操作调节的空间大大提升。
[0021]具体的，该驱动装置30的结构可设置为:一固定设置在所述底板10上的固定座，一设置在所述固定座内并且与所述调整板20活动连接的调节弹簧，以及一设置在所述固定座内用于驱动所述调节弹簧沿水平方向做直线运动的直线驱动装置。
[0022]具体的，所述驱动装置包括主驱动装置和从驱动装置，所述主驱动装置包括:一固定设置在所述底板10上的固定座310，一设置在所述固定座310上并且与所述调整板20活动连接的第一调节弹簧37，以及一设置在所述固定座内用于驱动所述调节弹簧沿水平方向做直线运动的直线驱动装置(图未示)；所述从驱动装置包括:一固定设置在所述地板上的基座，一设置在所述固定座上并且与所述调整板20活动连接的第二调节弹簧38，从驱动装置上的调节弹簧在未操作时都是出于压紧状态。该直线驱动模块可以设置为螺杆机构、齿轮齿条机构、凸轮机构以及其它可控的直线运动的机构，该直线驱动装置可设置为手动的或电动的，优选设置为直线电机驱动，其与所述控制装置相连接，实现生产、测试的全自动化。
[0023]具体的，所述主驱动装置包括分别设置在所述底板10上并且与所述调整板20活动连接的第一主驱动装置31、第二主驱动装置33、第三主驱动装置34 ;所述从驱动装置包括分别设置在所述底板10上并且与所述调整板20活动连接的第一从驱动装置32、第二从驱动装置35、第三从驱动装置36 ;所述第一主驱动装置31、第一从驱动装置32在所述地板上的位置分别与所述调整板20左右两侧边的中间位置相对应，其共同用于调节所述调整板20在X方向的位置；所述第二主驱动装置33、第三主驱动装置34对称设置在所述调整板20的下侧边，所述第二从驱动装置35、第三从驱动装置36对称设置在所述调整板20的上侧边，其共同用于调节所述调整板20在Y方向的位置以及用于控制调节所述调整板20沿U方向的旋转角度。
[0024]优选的，如图1所示，所述第二主驱动装置33、第二从驱动装置35并列设置，即两者的连线与与Y方向平行，所述所述第三主驱动装置34、第三从驱动装置36也并列设置；当然，也可以设置更多或更少的主驱动装置、从驱动装置，例如，只在调整板20的上侧边中间位置对应设置一个从动驱动装置，如图3所示；或者，在调整板20左侧边对称设置两个主驱动装置，右侧边也对称设置两个从驱动装置，其它增设的情况不再赘述。同时，第二主驱动装置33、第三主驱动装置34、第二从驱动装置35、第三从驱动装置36的位置不限于图中所示，还可以将移动到两侧，此时所述第一主驱动装置31、第二主驱动装置33、第二从驱动装置35以及所述第三主驱动装置34、第一从驱动装置32、第三从驱动装置36分别在同一条线上，如图2所示。
[0025]本发明还提供上述调节装置的调节方法，如图4所示，其步骤包括A:设置在所述调整板20左右两侧的驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，控制调节所述调整板20在所述X方向上的位置，具体的，所述控制装置向所述第一主驱动装置31发出一预先设置好的预设驱动量Λ X，调整板20右侧的第一从驱动装置32的第二调节弹簧38处于压缩状态，上下两侧的第一调节弹簧37处于拉伸状态，达到驱动量Λ X时，停止驱动，即实现了在X方向上的位置移动。
[0026]步骤B包括步骤BI和Β2，其中步骤B1:设置在所述调整板20上下两侧的驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，控制调节所述调整板20在所述Y方向上的位置以及控制调节所述调整板20沿U方向的旋转角度，具体的，所述控制装置向所述第二主驱动装置33、第三主驱动装置34发出一同一预设驱动量Λ Y，调整板20左右两侧的调节弹簧处于拉伸状态，上侧的第二调节弹簧38处于压缩状态，达到驱动量Λ X时，停止驱动，即实现了在Y方向上的位置移动；步骤Β2:控制装置向所述第二主驱动装置33、第三主驱动装置34发出一已计算好的不同的预设驱动量Λ Y，即实现调整板20在U方向上的旋转角度的调节。
[0027]传统的四层结构的XYU三自由度调节装置中，电机每转一圈需要固定的脉冲数，它通过丝杠驱动滑板位移一定距离是用mm来度量的，所以电机的脉冲数和滑板位移一定距离之间中存在一个线性的比例系数关系，相对位移(ΛΧ，ΔΥ, AU)可以简单的表示成:
Δ X=X_M0T0R_PLUS X Kx(I)
Δ Y=Y_M0T0R_PLUS X Ky(2)
Δ U=U_M0T0R_PLUS X Ku(3)
式中:
X_M0T0R_PLUS为X轴电机的脉冲数；
Y_M0T0R_PLUS为y轴电机的脉冲数；
U_M0T0R_PLUS为u轴电机的脉冲数；
Kx为X轴比例系数；
Ky为Y轴比例系数；
Ku为U轴比例系数；其控制关系非常简单，当需要做相对运动(Λ X，Λ Y，Λ U)，软件通过公式(I)，(2)，
(3)计算出(X_MOTOR_PLUS，Y_MOTOR_PLUS，U_MOTOR_PLUS)电机的脉冲数，将脉冲发给控制系统，工作平台就可以得到相应的位移量，其精度较低，很难适应高精度作业的需求，且其累计误差大。
[0028]而本发明的这种两层结构中X方向仍然不变，X轴电机进给量可以直接和X轴的运动量关联，X轴电机进给量Λ X为:
Δ X= Χ(目标脉冲值)-Χ(实际脉冲值)(式4)
在Y方向左右两侧对应为:Υ1，Υ2，其相对位移分别为Λ Υ1、ΛΥ2，Yl, Υ2—起前进或后退相同大小的量，可以起到Y方向的平移Λ Y的作用；Yl，Υ2运动量不同，可以起到角度ΛU的调整的作用；
其具体计算方法为，Υ1，Υ2与角度U和Y的关系，可以表示为:
【权利要求】
1.一种XYU三自由度调节装置，其包括一底板，其特征在于，其还包括一设置在所述底板上用于装载待处理产品的调整板，数个固定设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的驱动装置，以及一与所述驱动装置电连接的用于控制所述驱动装置驱动量的控制装置；所述驱动装置用于调节所述调整板在X方向和Y方向的位置以及用于控制调节所述调整板沿U方向的旋转角度，所述X方向为所述调整板的长度方向，所述Y方向为所述调整板的宽度方向，所述U方向为所述调整板绕调整板几何中心的竖直中心轴在水平方向的旋转方向。
2.根据权利要求1所述的XYU三自由度调节装置，其特征在于，所述驱动装置包括设置在所述底板上用于驱动所述调整板的主驱动装置和用于与所述主驱动装置配合调节所述调整板的从驱动装置。
3.根据权利要求2所述的XYU三自由度调节装置，其特征在于，所述主驱动装置包括分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一主驱动装置、第二主驱动装置、第三主驱动装置； 所述从驱动装置包括分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一从驱动装置、第二从驱动装置、第三从驱动装置； 所述第一主驱动装置、第一从驱动装置在所述地板上的位置分别与所述调整板左右两侧边的中间位置相对应，其共同用于调节所述调整板在X方向的位置； 所述第二主驱动装置、第三主驱动装置对称设置在所述调整板的下侧边，所述第二从驱动装置、第三从驱动装置对称设置在所述调整板的上侧边，其共同用于调节所述调整板在Y方向的位置以及用于控制 调节所述调整板沿U方向的旋转角度。
4.根据权利要求2所述的XYU三自由度调节装置，其特征在于，所述主驱动装置包括:一固定设置在所述底板上的固定座，一设置在所述固定座上并且与所述调整板活动连接的第一调节弹簧，以及一设置在所述固定座内用于驱动所述调节弹簧沿水平方向做直线运动的直线驱动装置； 所述从驱动装置包括:一固定设置在所述地板上的基座，一设置在所述固定座上并且与所述调整板活动连接的第二调节弹簧。
5.根据权利要求1所述的XYU三自由度调节装置的调节方法，其特征在于，其调节步骤包括: A:设置在所述调整板左右两侧的驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，控制调节所述调整板在所述X方向上的位置； B:设置在所述调整板上下两侧的驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，控制调节所述调整板在所述Y方向上的位置以及控制调节所述调整板沿U方向的旋转角度。
6.根据权利要求5所述的XYU三自由度调节装置的调节方法，其特征在于，所述驱动装置包括:分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一主驱动装置、第二主驱动装置、第三主驱动装置，分别设置在所述底板上并且与所述调整板活动连接的第一从驱动装置、第二从驱动装置、第三从驱动装置； 所述第一主驱动装置、第一从驱动装置在所述地板上的位置分别与所述调整板左右两侧边的中间位置相对应； 所述第二主驱动装置、第三主驱动装置对称设置在所述调整板的下侧边，所述第二从驱动装置、第三从驱动装置对称设置在所述调整板的上侧边。
7.根据权利要求6所述的XYU三自由度调节装置的调节方法，其特征在于，所述A步骤包括:所述第一主驱动装置接收所述控制装置的驱动指令，当达到预设驱动量时，所述第一主驱动装置停止驱动所述调整板，实现所述调整板在所述X方向上的位置的调节。
8.根据权利要求6所述的XYU三自由度调节装置的调节方法，其特征在于，所述B步骤包括:所述第二主驱动装置、第三主驱动装置分别接收所述控制装置的驱动指令，所述第二主驱动装置、第三主驱动装置同步驱动所述调整板，当达到预设驱动量并且所述第二主驱动装置、第三主驱动装置的驱动量相等时，所述第一主驱动装置停止驱动所述调整板，实现所述调整板在所述Y方向上的位置的调节。
9.根据权利要求6所述的XYU三自由度调节装置的调节方法，其特征在于，所述B步骤还包括:所述第二主驱动装置、第三主驱动装置分别接收所述控制装置的驱动指令，当达到预设驱动量并且所述第二主驱动装置、第三主驱动装置的驱动量不相等时，所述第一主驱动装置停止驱动所述调整板，实现所述调整板在所述U方向上的位置的调节。
10.根据权利要求5至9任一所述的XYU三自由度调节装置的调节方法，其特征在于，所述驱动装置为直线电机驱动装置。
【文档编号】G05B19/402GK103809515SQ201310600942
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】李阳林 申请人:深圳科瑞技术股份有限公司