带有直线编码器的闭环步进模组系统的制作方法

本实用新型涉及一种闭环步进模组系统及其控制方法，尤其是涉及一种带有直线编码器的闭环步进模组系统。

背景技术：

步进电机(steppingmotor)由于其较好的低速运动响应特性，经常被和一些直线传动机构、导轨等连接在一起，在各种机器和设备中得以大量运用，用来作为直线运动的执行机构，将控制信号转换为直线运动，从而达到控制执行机构运动给定的距离，并产生能够有效带动负载的推力。

但这种惯用的整合方式及机构设计存在较大的缺陷：一方面由于步进电机通常是开环的方式进行控制，难以发现这种机构在运动过程中产生的失步，过冲，堵转等问题，其开环的方式动态响应能力也很低。另外由于整个模组系统中存在例如丝杆、螺母，导轨等传动机构，这些传动机构不免带有不同程度的间隙，也会存在不同程度的直线运动累计误差，从而导致整体系统的直线运动精度不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，该方法能够有效克服上述缺点，在精度、平稳性和系统动态响应方面都有比较大的提升。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，包括电机驱动器和电机控制器、电机安装支架及底座以及分别安装在电机安装支架及底座上的步进电机、丝杆、螺母、导轨和负载滑块，所述的电机控制器通过电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机通过丝杆与螺母传动连接，所述的螺母带动负载滑块在导轨运动，所述的系统还包括直线编码器磁条和直线编码器模块，所述的直线编码器磁条安装在电机安装支架及底座的外壳内侧壁上，所述的直线编码器模块与直线编码器磁条相对设置并与螺母连接。

优选地，所述的电机安装支架及底座的外壳内侧壁上设有用于直线编码器磁条安装的沟槽。

优选地，由所述的沟槽定位的直线编码器磁条的中心与编码器模块中心距离小于0.3mm。

优选地，所述的系统还包括编码器安装端块，所述的直线编码器模块嵌入编码器安装端块内，所述的编码器安装端块通过螺丁与螺母连接。

优选地，所述的丝杆为梯形丝杆或者滚珠丝杆。

优选地，所述的螺母为梯形螺母或者滚珠螺母。

优选地，所述的直线编码器模块采用磁性直线传感器芯片，其内部由霍尔元件阵列构成。

优选地，所述的直线编码器磁条的安装底座为铝材或其他不导磁材料制作而成的底座。

优选地，所述的直线编码器模块的安装底座为铝材或其他不导磁材料制作而成的底座。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型大幅提升了直线步进模组的运动精度，从0.1mm左右的重复定位精度提高到了0.01mm以内，将应用的精度提高了一个数量级，在消费电子和自动化等领域带来了巨大的价值。

2.本实用新型能够使得使用者在系统运动的过程中实时知晓直线运动模块的运行状态，从而避免了机构在运动过程中产生的失步，过冲，堵转等问题。

附图说明

图1为本实用新型的内部结构示意图；

图2为本实用新型的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，包括电机驱动器9和电机控制器10、电机安装支架及底座4以及分别安装在电机安装支架及底座4上的步进电机1、丝杆2、螺母3、导轨5和负载滑块6，所述的电机控制器10通过电机驱动器9与步进电机1连接，所述的步进电机1通过丝杆2与螺母3传动连接，所述的螺母3带动负载滑块6在导轨5运动，所述的系统还包括直线编码器磁条7和直线编码器模块8，所述的直线编码器磁条7安装在电机安装支架及底座4的外壳内侧壁上，所述的直线编码器模块8与直线编码器磁条7相对设置并与螺母3连接。

所述的电机驱动器9和电机控制器10可以为一个整体，也可以为分开的两部分；所述的电机安装支架及底座4的外壳内侧壁上设有用于直线编码器磁条7安装的沟槽11。所述的沟槽11的中心与编码器模块8中心距离小于0.3mm，沟槽11可以帮助确定直线编码器磁条7的相对位置。其中直线编码器模块8可以在直线模组内部沿着导轨5上面的负载滑块6进行直线滑动。

如图2所示，所述的系统还包括编码器安装端块12，所述的直线编码器模块8嵌入编码器安装端块12内，所述的编码器安装端块12通过两颗螺丝与螺母3连接。

所述的丝杆2为梯形丝杆或者滚珠丝杆；所述的螺母3为梯形螺母或者滚珠螺母。

所述的直线编码器模块8采用磁性直线传感器芯片，其内部由霍尔元件阵列构成。

所述的直线编码器磁条7的安装底座为铝材或其他不导磁材料制作而成的底座；所述的直线编码器模块8的安装底座为铝材或其他不导磁材料制作而成的底座。

直线编码器磁条安装在模组内部的外壳内壁上，在磁条相对的地方安装直线编码器模块，且由机械结构保证在整个直线行程的范围，所述的直线编码器磁条7和直线编码器模块8之间的间隙变化范围为0.02～0.2mm，所述的直线编码器磁条7的安装底座平面度小于0.15，所述的直线编码器磁条7和直线编码器模块8之间的间隙公差小于+/-0.1mm。

本实用新型的工作原理：控制器在系统工作过程中产生控制信号，控制信号给到驱动电路从而驱动步进电机旋转，步进电机根据控制器信号，由驱动器带动，在一定的速度下旋转制定的角度，同时带动丝杆旋转制定的角度，由传动副同时带动螺母在给定的速度下，直线运动指定距离长度。系统的功能目标是由螺母带动负载在客户给定的运动轨迹规划下进行实际运动的执行，最终系统工作性能是否良好取决于直线运动的动态特性及运动精度。在系统直线运动的过程中，直线编码器模块8通过感应直线编码器磁条7的磁场信号，从而将实时的位置信息反馈给电机控制器10或者电机驱动器9，电机控制器10或者电机驱动器9根据直线编码器模块8反馈的位置信号，形成闭环控制，其中闭环控制范围包括速度环和位置环，从而达到较高的控制精度和闭环控制性能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，包括电机驱动器(9)和电机控制器(10)、电机安装支架及底座(4)以及分别安装在电机安装支架及底座(4)上的步进电机(1)、丝杆(2)、螺母(3)、导轨(5)和负载滑块(6)，所述的电机控制器(10)通过电机驱动器(9)与步进电机(1)连接，所述的步进电机(1)通过丝杆(2)与螺母(3)传动连接，所述的螺母(3)带动负载滑块(6)在导轨(5)运动，其特征在于，所述的系统还包括直线编码器磁条(7)和直线编码器模块(8)，所述的直线编码器磁条(7)安装在电机安装支架及底座(4)的外壳内侧壁上，所述的直线编码器模块(8)与直线编码器磁条(7)相对设置并与螺母(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的电机安装支架及底座(4)的外壳内侧壁上设有用于直线编码器磁条(7)安装的沟槽(11)。

3.根据权利要求2所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，由所述的沟槽(11)定位的直线编码器磁条(7)的中心与编码器模块(8)中心距离小于0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的系统还包括编码器安装端块(12)，所述的直线编码器模块(8)嵌入编码器安装端块(12)内，所述的编码器安装端块(12)通过螺丁与螺母(3)连接。

5.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的丝杆(2)为梯形丝杆或者滚珠丝杆。

6.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的螺母(3)为梯形螺母或者滚珠螺母。

7.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的直线编码器模块(8)采用磁性直线传感器芯片，其内部由霍尔元件阵列构成。

8.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的直线编码器磁条(7)的安装底座为铝材制作而成的底座。

9.根据权利要求1所述的一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，其特征在于，所述的直线编码器模块(8)的安装底座为铝材制作而成的底座。

技术总结
本实用新型涉及一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，系统包括电机驱动器和电机控制器、电机安装支架及底座以及分别安装在电机安装支架及底座上的步进电机、丝杆、螺母、导轨和负载滑块，所述的电机控制器通过电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机通过丝杆与螺母传动连接，所述的螺母带动负载滑块在导轨运动，所述的系统还包括直线编码器磁条和直线编码器模块，所述的直线编码器磁条安装在电机安装支架及底座的外壳内侧壁上，所述的直线编码器模块与直线编码器磁条相对设置并与螺母连接。与现有技术相比，本实用新型具有大幅提升了直线步进模组的运动精度等优点。

技术研发人员：曾凯;张亚辉;张栋
受保护的技术使用者：上海鸣志派博思自动化技术有限公司
技术研发日：2019.12.24
技术公布日：2020.08.14