專利名稱：諧振式高速高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，特別是對(duì)速度和精度有高要求場(chǎng)合下的多 工位轉(zhuǎn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
多工位轉(zhuǎn)臺(tái)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中的裝置。其原理是通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋 轉(zhuǎn)，將產(chǎn)品依次送往每一道工位，接受加工，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
在許多精密產(chǎn)品的生產(chǎn)中，往往要求多工位轉(zhuǎn)臺(tái)擁有極高的工位轉(zhuǎn)換速度(工 位轉(zhuǎn)換次數(shù)》10次/秒)，以及十分精確的定位精度(工位定位誤差《10um)。這種 高速、高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)的制造十分困難。傳統(tǒng)的方法是通過(guò)使用大功率、高精 度的步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種高性能的電機(jī)目前主要依靠 進(jìn)口，價(jià)格昂貴。并且由于轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的加速和減速是在很短的時(shí)間內(nèi)頻繁完成的， 需要電機(jī)具有極大的啟動(dòng)和制動(dòng)力矩。同時(shí)電機(jī)的功耗巨大，造成了設(shè)備和電能 的大量浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提出一種實(shí)現(xiàn)高速、高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)，無(wú)需使 用大功率、高精度電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。能耗小、速度快、精度高，且僅使用常見(jiàn)元件 與技術(shù)。成本相對(duì)與傳統(tǒng)方案大大降低。
技術(shù)方案本發(fā)明為一種實(shí)現(xiàn)高速、高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)的新設(shè)計(jì)方案。轉(zhuǎn)臺(tái) 主體由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成。兩者通過(guò)彈簧連接。主動(dòng)輪通過(guò)軸連接在電機(jī)上。 與傳統(tǒng)方案不同，電機(jī)在速度和精度上沒(méi)有太高的要求，只需要能夠提供主動(dòng)輪 轉(zhuǎn)矩即可。
諧振式高速高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)包括基座、電機(jī)、金屬軸、彈簧、安裝孔、 主動(dòng)輪、從動(dòng)輪左剎車、從動(dòng)輪右剎車、光柵尺、機(jī)械手的定位孔、軸承、從動(dòng) 輪定連接、操作裝置、控制器、支架、金屬軸、主動(dòng)輪左剎車、主動(dòng)輪右剎車、
光柵尺；電機(jī)的外殼固定在基座上，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過(guò)金屬軸與主動(dòng)輪固定連接， 主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過(guò)彈簧連接，彈簧的安裝孔、固定從動(dòng)輪的軸承、第一光柵尺、 機(jī)械手的定位孔安裝在從動(dòng)輪上，從動(dòng)輪通過(guò)軸承與金屬軸相連，第二光柵尺安 裝在主動(dòng)輪上，支架上固定有從動(dòng)輪左剎車、從動(dòng)輪右剎車、主動(dòng)輪左剎車、主 動(dòng)輪右剎車；操作裝置為對(duì)工件進(jìn)行操作的裝置，控制器的數(shù)據(jù)輸入端接第一光 柵尺、第二光柵尺，接受來(lái)自光柵尺的數(shù)據(jù)，計(jì)算出主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 做出相應(yīng)控制決策，控制器的控制信號(hào)輸出端接從動(dòng)輪左剎車、從動(dòng)輪右剎車、 主動(dòng)輪左剎車、主動(dòng)輪右剎車，控制其的工作。 .有益效果本發(fā)明擁有以下優(yōu)點(diǎn)。
1、 驅(qū)動(dòng)裝置由普通的電機(jī)構(gòu)成，對(duì)電機(jī)的速度、精度沒(méi)有過(guò)于苛刻的要求， 增加了電機(jī)選擇的自由度。
2、 由于剎車的開合速度很快，工位切換速度可以輕松做到很快。
3、 對(duì)工位的定位精度由剎車保證，并且在本質(zhì)上由測(cè)速裝置決定。而測(cè)速裝 置的精度可以容易做到lum以下，從而使本發(fā)明的工位定位誤差《10um。
4、 將傳統(tǒng)方案中消耗在電機(jī)減速上的一部分能量以彈性勢(shì)能的形式存儲(chǔ)在彈 簧中，從而降低了電能的消耗，也降低了對(duì)電機(jī)功率的要求。


圖l為為諧振式高速、高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為從動(dòng)輪12上表面結(jié)構(gòu)圖。
圖3為為從動(dòng)輪12下表面結(jié)構(gòu)圖。
其中有基座l、電機(jī)2、金屬軸3、彈簧4、安裝孔5、主動(dòng)輪6、從動(dòng)輪左 剎車7、從動(dòng)輪右剎車8、第一光柵尺9、機(jī)械手的定位孔10、軸承11、從動(dòng)輪 12、定連接、操作裝置13、控制器14、支架15、金屬軸16、主動(dòng)輪左剎車17、 主動(dòng)輪右剎車18、第二光柵尺19。
具體實(shí)施例方式
從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的開合，控制了從動(dòng)輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)從動(dòng) 輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8閉合時(shí)，從動(dòng)輪12由于受到切向的阻力而迅速停止 運(yùn)動(dòng)。通過(guò)從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的加力和開合時(shí)間，可以將從動(dòng)輪
12精確定位在某一轉(zhuǎn)角位置。此時(shí)，從動(dòng)輪12上抓取產(chǎn)品的機(jī)械手定位孔10處 在相應(yīng)的工位上，從而使得產(chǎn)品正好對(duì)準(zhǔn)了實(shí)施加工的操作裝置13。當(dāng)從動(dòng)輪12 完全靜止后，操作裝置13對(duì)處于靜止的產(chǎn)品做相應(yīng)的操作。此時(shí)，主動(dòng)輪6在電 機(jī)2的驅(qū)動(dòng)和彈簧的恢復(fù)力下做變加速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于從動(dòng)輪完全靜止，連接主、從 輪的彈簧4將發(fā)生形變，釋放儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能。主動(dòng)輪超出平衡位置之后，到達(dá) 下一預(yù)定位置之前這段時(shí)間內(nèi)，主動(dòng)輪6仍在電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，但受彈簧4 拉伸的影響，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越來(lái)越慢，彈簧4則通過(guò)拉伸儲(chǔ)存彈性勢(shì)能。當(dāng)加工裝置 13完成當(dāng)前工位的操作且主動(dòng)輪達(dá)到下一預(yù)定位置，從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右 剎車8打開，從動(dòng)輪12受彈簧4釋放彈性勢(shì)能的作用，做變加速轉(zhuǎn)動(dòng)，迅速追上 主動(dòng)輪6，并在慣性的作用下，最終超過(guò)平衡位置，達(dá)到下一工位。此時(shí)剎車7、 8再次閉合，通過(guò)與前面所述相同的原理，將從動(dòng)輪準(zhǔn)確制動(dòng)在下一工位上。如此 反復(fù)，就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)在各個(gè)工位間的快速轉(zhuǎn)動(dòng)。
值得注意的是，當(dāng)從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8打開，從動(dòng)輪12在彈簧 4釋放彈性勢(shì)能作用下追趕主動(dòng)輪這一過(guò)程中，主動(dòng)輪受到來(lái)自彈簧4、安裝孔5 的一個(gè)巨大的反作用力。對(duì)于一些小功率電機(jī)，這有可能造成電機(jī)的反轉(zhuǎn)。解決 的方法是在主動(dòng)輪6的兩側(cè)也加裝主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng)輪右剎車18。在從動(dòng)輪 12追趕主動(dòng)輪這一過(guò)程中，主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng)輪右剎車18閉合，將主動(dòng)輪6 固定住，防止電機(jī)反轉(zhuǎn)的發(fā)生。
可見(jiàn)，通過(guò)這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，多工位轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度就變得與電機(jī)2無(wú)關(guān)了， 電機(jī)2只需要在轉(zhuǎn)動(dòng)速度上能夠滿足工位切換的平均速度，在功率上擁有能夠抵 消剎車摩擦所損耗的能量，就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的需求。而轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度實(shí)際上完 全由從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的控制精度來(lái)決定。由于從動(dòng)輪左剎車7、 從動(dòng)輪右剎車8對(duì)從動(dòng)輪12的控制是通過(guò)切向的摩擦力實(shí)現(xiàn)的，而該摩擦力與從 動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的加力大小以及從動(dòng)輪12的速度有關(guān)。因此，即 使從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的加力恒定，從動(dòng)輪12的減速過(guò)程也是一個(gè) 變減速運(yùn)動(dòng)。為了提高從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的控制精度，有必要實(shí)時(shí) 測(cè)量主動(dòng)輪6、從動(dòng)輪12的運(yùn)動(dòng)速度和加速度。測(cè)速裝置19安裝在主動(dòng)輪6上， 將主動(dòng)輪6的運(yùn)動(dòng)信息傳給控制器14。測(cè)速裝置9安裝在從動(dòng)輪12上，將從動(dòng)輪 12的運(yùn)動(dòng)信息傳給控制器14?？刂破?4處理主動(dòng)輪6和從動(dòng)輪12的運(yùn)動(dòng)信息， 做出控制決策，調(diào)節(jié)從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8的狀態(tài)。
從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8、主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng)輪右剎車18，加 工裝置13以及控制器14均固定在支架15上，從動(dòng)輪12通過(guò)軸承11與金屬軸16 相連，軸16通過(guò)螺栓固定在支架15上。主動(dòng)輪6通過(guò)金屬軸3固定在電機(jī)2上。 支架15連同電機(jī)2直接安裝在基座1上。
結(jié)合圖1、 2、 3介紹具體實(shí)施。這里我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高速半導(dǎo)體元件測(cè)試臺(tái)。 使用鑄鐵配重塊構(gòu)成平臺(tái)的基座l。電機(jī)2選用小功率伺服電機(jī)。電機(jī)2通過(guò)金屬 軸3和主動(dòng)輪6做固定連接。主動(dòng)輪6由鋼鑄造，從動(dòng)輪12由鋁合金通過(guò)切削得 到，兩者的質(zhì)量基本相當(dāng)。主動(dòng)輪6和從動(dòng)輪12通過(guò)彈簧4連接。彈簧的安裝孔 分別加工在主動(dòng)輪6的上表面和從動(dòng)輪12的下表面，可以保證主動(dòng)輪6和從動(dòng)輪 12做同軸運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)輪6的下表面結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中為從動(dòng)輪12，安裝孔 5為彈簧4的安裝孔，ll為固定從動(dòng)輪的軸承。第一光柵尺9、第二19光柵尺， 可以測(cè)量從動(dòng)輪12和主動(dòng)輪6轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，其角度分辨率為1秒。從動(dòng)輪6的上 表面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其中IO為機(jī)械手的定位孔，用來(lái)固定抓取元件的夾具。 當(dāng)從動(dòng)輪靜止時(shí)，定位孔10的中心正對(duì)操作裝置13，從而保證工位定位的精度。
支架15使用鋁合金加工得到。其上固定有從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8、 主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng)輪右剎車18，操作裝置13，金屬軸16以及控制器14。從動(dòng) 輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8、主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng)輪右剎車18選用電磁剎車， 速度快、加力大。并且加力大小與驅(qū)動(dòng)電流近似成正比，方便了控制。操作裝置 為一組鍍金的探針，當(dāng)從動(dòng)輪12靜止時(shí)，探針搭在下方半導(dǎo)體工件的引腳上，進(jìn) 行測(cè)試，篩選出不合格的產(chǎn)品。控制器14接受來(lái)自第一光柵尺9、第二19光柵尺的 數(shù)據(jù)，計(jì)算出主動(dòng)輪6和從動(dòng)輪12的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，做出相應(yīng)控制決策，控制從動(dòng)輪左 剎車7、從動(dòng)輪右剎車8、主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng)輪右剎車18的工作。為了保證控 制精度，要求控制器的運(yùn)算速度越快越好。這樣的控制器可以是通用的高速處理 器、也可以由設(shè)計(jì)者通過(guò)高速FPGA或CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里使用了TI的TMS320VC5470， 該處理器為16位，IOOM主頻的高速DSP，擁有基于ARM7的精簡(jiǎn)指令集內(nèi)核。由于該 處理器性能強(qiáng)大，不僅從動(dòng)輪左剎車7、從動(dòng)輪右剎車8、主動(dòng)輪左剎車17、主動(dòng) 輪右剎車18受其控制，操作裝置13也由其一并控制，完成整個(gè)測(cè)試流程。
實(shí)測(cè)顯示，該裝置的檢測(cè)速度可以達(dá)到每秒8只工件，并且還有進(jìn)一步提升的 空間。
權(quán)利要求
1、一種諧振式高速高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)，其特征在于該多工位轉(zhuǎn)臺(tái)包括基座(1)、電機(jī)(2)、金屬軸(3)、彈簧(4)、安裝孔(5)、主動(dòng)輪(6)、從動(dòng)輪左剎車(7)、從動(dòng)輪右剎車(8)、第一光柵尺(9)、機(jī)械手的定位孔(10)、軸承(11)、從動(dòng)輪(12)定連接、操作裝置(13)、控制器(14)、支架(15)、金屬軸(16)、主動(dòng)輪左剎車(17)、主動(dòng)輪右剎車(18)、第二光柵尺(19)；電機(jī)(2)的外殼固定在基座(1)上，電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)軸通過(guò)金屬軸(3)與主動(dòng)輪(6)固定連接，主動(dòng)輪(6)與從動(dòng)輪(12)通過(guò)彈簧(4)連接，彈簧(4)的安裝孔(5)、固定從動(dòng)輪(12)的軸承(11)、第一光柵尺(9)、機(jī)械手的定位孔(10)安裝在從動(dòng)輪(12)上，從動(dòng)輪(12)通過(guò)軸承(11)與金屬軸(16)相連，第二光柵尺(19)安裝在主動(dòng)輪(6)上，支架(15)上固定有從動(dòng)輪左剎車(7)、從動(dòng)輪右剎車(8)、主動(dòng)輪左剎車(17)、主動(dòng)輪右剎車(18)；操作裝置(13)為對(duì)工件進(jìn)行操作的裝置，控制器(14)的數(shù)據(jù)輸入端接第一光柵尺(9)、第二光柵尺(19)，接受來(lái)自光柵尺的數(shù)據(jù)，計(jì)算出主動(dòng)輪(6)和從動(dòng)輪(12)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，做出相應(yīng)控制決策，控制器(14)的控制信號(hào)輸出端接從動(dòng)輪左剎車(7)、從動(dòng)輪右剎車(8)、主動(dòng)輪左剎車(17)、主動(dòng)輪右剎車(18)，控制其的工作。
全文摘要
諧振式高速高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)是一種應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，特別是對(duì)速度和精度有高要求場(chǎng)合下的多工位轉(zhuǎn)臺(tái)，該多工位轉(zhuǎn)臺(tái)包括基座(1)、電機(jī)(2)、金屬軸(3)、彈簧(4)、安裝孔(5)、主動(dòng)輪(6)、從動(dòng)輪左剎車(7)、從動(dòng)輪右剎車(8)、第一光柵尺(9)、機(jī)械手的定位孔(10)、軸承(11)、從動(dòng)輪(12)定連接、操作裝置(13)、控制器(14)、支架(15)、金屬軸(16)、主動(dòng)輪左剎車(17)、主動(dòng)輪右剎車(18)、第二光柵尺(19)，該多工位轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)高速、高精度多工位轉(zhuǎn)臺(tái)，無(wú)需使用大功率、高精度電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。能耗小、速度快、精度高，且僅使用常見(jiàn)元件與技術(shù)。成本相對(duì)與傳統(tǒng)方案大大降低。
文檔編號(hào)B65G47/80GK101177199SQ20071019103
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者張益昕, 順 王 申請(qǐng)人:南京大學(xué)