專利名稱：一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)備安裝或者裝配領(lǐng)域，尤其涉及一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在一些大中型設(shè)備裝配及安裝過程中，有時需要對某些大中型零部件的位置進(jìn)行精確調(diào)整。在某些情況下，需要調(diào)整的零部件尺度可達(dá)數(shù)米，質(zhì)量可達(dá)數(shù)百千克乃至數(shù)噸，調(diào)整時要求零部件整體向某個指定方向移動很小的距離，調(diào)整位置精度要求達(dá)0.01mm，且這種調(diào)整過程可能需要反復(fù)多次。市場上雖有實驗室用三自由度精密平臺，但其尺度和承 載力都較小，無法滿足調(diào)整大中型零部件位置的要求。目前，為了實現(xiàn)這種功能，往往在現(xiàn)場安裝專用工裝，通過螺旋式千斤頂或原理近似的工裝移動零部件，通過百分表或千分表測量移動量。采用專用工裝移動零部件往往精度較差，而且三個平動自由度往往相互影響，難于實現(xiàn)單獨一個自由度的移動。移動過程一般需要人工操作，移動量不易控制。在很多情況下，由于受結(jié)構(gòu)限制，百分表或千分表的測量位置與移動操作部位不同，移動時需要多個人同時操作與讀數(shù)，協(xié)調(diào)困難，操作費(fèi)時。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術(shù)問題本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中移動精度低、移動量難以控制、難以測量、操作費(fèi)時等問題。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于包括兩套電控三自由度精密工作臺和控制計算單元，其中，兩套電控三自由度精密工作臺用于分別根據(jù)外部指令在一定范圍內(nèi)做三自由度平動，并可將位置信號實時地輸出；所述控制計算單元用于分別接收兩套電控三自由度精密工作臺的位置信號，并根據(jù)所述位置信號和用戶輸入?yún)?shù)輸出指令信號給第一電控三自由度精密工作臺和第二電控三自由度精密工作臺；當(dāng)需要移動工件時，由所述控制計算單元向兩套電控三自由度精密工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離?？蛇x的，所述兩套電控三自由度精密工作臺均分為上下兩部分，上部分包括上X方向?qū)к壓蜕蟈方向伺服機(jī)構(gòu)、上Y方向?qū)к壓蜕蟉方向伺服機(jī)構(gòu)、上Z方向?qū)к壓蜕蟌方向伺服機(jī)構(gòu)、上夾具、上工作臺電控箱以及上支承構(gòu)件；下部分包括下X方向?qū)к壓拖耎方向伺服機(jī)構(gòu)、下Y方向?qū)к壓拖耏方向伺服機(jī)構(gòu)、下Z方向?qū)к壓拖耑方向伺服機(jī)構(gòu)、下夾具、下工作臺電控箱以及下支承構(gòu)件；每套電控三自由度精密工作臺的上部分和下部分同軸設(shè)置，且上部分中的上夾具和下部分中的下夾具用來夾取工件；所述X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述X、Y、Z方向?qū)к夁\(yùn)動，所述上、下工作臺電控箱分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，上述上、下部分分別通過上、下支承構(gòu)件進(jìn)行固定?？蛇x的，所述兩套電控三自由度精密工作臺相互分離?？蛇x的，每套電控三自由度精密工作臺中，除了上、下支承構(gòu)件，所述上、下部分的組件關(guān)于所述上、下夾具之間在軸線上的中點對稱。本發(fā)明還提供一種利用上述三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)的三自由度位置調(diào)整方法，其包括如下步驟I)將兩套電控三自由度精密工作臺通過支承組件進(jìn)行固定；2 )兩套電控三自由度精密工作臺接收控制計算機(jī)發(fā)出的初始化指令信號，并根據(jù)所述初始化指令信號回歸零位；·3)調(diào)整支承組件的位置，使所述工作臺中的兩套夾具的對中誤差小于0. 01mm，所述工作臺中的兩套夾具的距離等于工件裝卡部位的距離；4 )將工件裝卡在夾具上；5)當(dāng)需要移動工件時，由控制計算機(jī)向兩套工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離?？蛇x的，上述方法中，所述兩套電控三自由度精密工作臺均分為上下兩部分，上部分包括上X方向?qū)к壓蜕蟈方向伺服機(jī)構(gòu)、上Y方向?qū)к壓蜕蟉方向伺服機(jī)構(gòu)、上Z方向?qū)к壓蜕蟌方向伺服機(jī)構(gòu)、上夾具、上工作臺電控箱以及上支承構(gòu)件；下部分包括下X方向?qū)к壓拖耎方向伺服機(jī)構(gòu)、下Y方向?qū)к壓拖耏方向伺服機(jī)構(gòu)、下Z方向?qū)к壓拖耑方向伺服機(jī)構(gòu)、下夾具、下工作臺電控箱以及下支承構(gòu)件；每套電控三自由度精密工作臺的上部分和下部分同軸設(shè)置，且上部分中的上夾具和下部分中的下夾具用來夾取工件；所述X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述X、Y、Z方向?qū)к夁\(yùn)動，所述上、下工作臺電控箱分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，上述上、下部分分別通過上、下支承構(gòu)件進(jìn)行固定；所述步驟2)進(jìn)一步包括所述上、下工作臺電控箱根據(jù)所述初始化指令信號分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，所述上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動上、下部分中的所述X、Y、Z方向?qū)к墯w零。(三)技術(shù)效果本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大中型零部件在一定范圍內(nèi)三自由度的高精度移動。


圖I表示本發(fā)明的三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式實施例I :本發(fā)明提供一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，包括兩套電控三自由度精密工作臺，兩套夾具，一套控制計算機(jī)，兩套支承組件。所述電控三自由度精密工作臺可根據(jù)外部指令在一定范圍內(nèi)做三自由度平動，并可將位置信號實時地輸出，平動位置精度優(yōu)于0. 01mm，位置輸出分辨率優(yōu)于0. 001mm，承載力大于5000kg。所述電控三自由度精密工作臺上標(biāo)有三個方向移動的軸線的方向，便于裝配時找正。每套電控工作臺與一套夾具機(jī)械固聯(lián)，每套電控工作臺與一套支承組件機(jī)械固聯(lián)，兩套電控工作臺的位置信號電連接到控制計算機(jī)，控制計算機(jī)的指令信號電連接到兩套電控工作臺。使用本發(fā)明移動零部件(以下稱工件)的步驟如下將支承組件安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上；通過控制計算機(jī)使兩套工作臺都回到零位，調(diào)整支承組件位置，保證兩套夾具的對中誤差小于0.01mm，兩套工作臺的對應(yīng)軸線的平行度小于0. 1/100，兩套夾具的距離等于工件裝卡部位的距離。將工件裝卡在夾具上；當(dāng)需要移動工件時，由控制計算機(jī)向兩套工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同 的方向移動相同的距離。實施例2 本發(fā)明還提供一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于包括兩套電控三自由度精密工作臺和控制計算單元，其中，兩套電控三自由度精密工作臺用于分別根據(jù)外部指令在一定范圍內(nèi)做三自由度平動，并可將位置信號實時地輸出；所述控制計算單元用于分別接收兩套電控三自由度精密工作臺的位置信號，并根據(jù)所述位置信號和用戶輸入?yún)?shù)輸出指令信號給第一電控三自由度精密工作臺和第二電控三自由度精密工作臺；當(dāng)需要移動工件時，由所述控制計算單元向兩套電控三自由度精密工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離。可選的，所述兩套電控三自由度精密工作臺均分為上下兩部分，上部分包括上X方向?qū)к?2)和上X方向伺服機(jī)構(gòu)(13)、上Y方向?qū)к?I)和上Y方向伺服機(jī)構(gòu)(18)、上Z方向?qū)к?16)和上Z方向伺服機(jī)構(gòu)(15)、上夾具(12)、上工作臺電控箱(17)以及上支承構(gòu)件(14);下部分包括下X方向?qū)к?9)和下X方向伺服機(jī)構(gòu)(3)、下Y方向?qū)к?8)和下Y方向伺服機(jī)構(gòu)(19)、下Z方向?qū)к?7)和下Z方向伺服機(jī)構(gòu)(4)、下夾具(10)、下工作臺電控箱(5)以及下支承構(gòu)件(6);每套電控三自由度精密工作臺的上部分和下部分同軸設(shè)置，且上部分中的上夾具和下部分中的下夾具用來夾取工件(11);所述X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述X、Y、Z方向?qū)к夁\(yùn)動，所述上、下工作臺電控箱分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，上述上、下部分分別通過上、下支承構(gòu)件進(jìn)行固定?？蛇x的，所述兩套電控三自由度精密工作臺相互分離?？蛇x的，每套電控三自由度精密工作臺中，除了上、下支承構(gòu)件，所述上、下部分的組件關(guān)于所述上、下夾具之間在軸線上的中點對稱本發(fā)明還提供一種利用上述三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)的三自由度位置調(diào)整方法，其包括如下步驟I)將兩套電控三自由度精密工作臺通過支承組件進(jìn)行固定；2)兩套電控三自由度精密工作臺接收控制計算機(jī)發(fā)出的初始化指令信號，并根據(jù)所述初始化指令信號回歸零位；3)調(diào)整支承組件的位置，使所述工作臺中的兩套夾具的對中誤差小于0. 01mm，所述工作臺中的兩套夾具的距離等于工件裝卡部位的距離；4)將工件裝卡在夾具上；5)當(dāng)需要移動工件時，由控制計算機(jī)向兩套工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離。可選的，上述方法中，所述兩套電控三自由度精密工作臺均分為上下兩部分，上部分包括上X方向?qū)к壓蜕蟈方向伺服機(jī)構(gòu)、上Y方向?qū)к壓蜕蟉方向伺服機(jī)構(gòu)、上Z方向?qū)к壓蜕蟌方向伺服機(jī)構(gòu)、上夾具、上工作臺電控箱以及上支承構(gòu)件；下部分包括下X方向?qū)к壓拖耎方向伺服機(jī)構(gòu)、下Y方向?qū)к壓拖耏方向伺服機(jī)構(gòu)、下Z方向?qū)к壓拖耑方向伺服機(jī)構(gòu)、下夾具、下工作臺電控箱以及下支承構(gòu)件；每套電控三自由度精密工作臺的上部分和下部分同軸設(shè)置，且上部分中的上夾具和下部分中的下夾具用來夾取工件；所述X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述X、Y、Z方向?qū)к夁\(yùn)動，所述上、下工作臺電控箱分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，上述上、下部分分別通過上、下支承構(gòu)件進(jìn)行固定；所述步驟2)進(jìn)一步包括所述上、下工作臺電控箱根據(jù)所述初始化指令信號分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，所述上、下部分中的X、Y、Z方向伺服·機(jī)構(gòu)驅(qū)動上、下部分中的所述X、Y、Z方向?qū)к墯w零。本發(fā)明可以實現(xiàn)大中型零部件的三自由度的精確位置調(diào)整，由于采用電控平臺，并采用控制計算機(jī)集中控制，因此移動操作簡單，精度高，速度快，在一定范圍內(nèi)可移動到任意指定位置。本發(fā)明承載力由工作臺性能決定，通?？蛇_(dá)數(shù)噸。本發(fā)明可采用不同形狀、尺寸的夾具，可適應(yīng)不同形狀、尺寸的工件，通用性好。本發(fā)明兩工作臺采用分離式設(shè)計，原則上可夾持任意長度的工件。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于包括兩套電控三自由度精密工作臺和控制計算單元，其中，兩套電控三自由度精密工作臺用于分別根據(jù)外部指令在一定范圍內(nèi)做三自由度平動，并可將位置信號實時地輸出；所述控制計算單元用于分別接收兩套電控三自由度精密工作臺的位置信號，并根據(jù)所述位置信號和用戶輸入?yún)?shù)輸出指令信號給第一電控三自由度精密工作臺和第二電控三自由度精密工作臺；當(dāng)需要移動工件時，由所述控制計算單元向兩套電控三自由度精密工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離。
2.如權(quán)利要求I所述的三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其特征還在于所述兩套電控三自由度精密工作臺均分為上下兩部分，上部分包括上X方向?qū)к壓蜕蟈方向伺服機(jī)構(gòu)、上Y方向?qū)к壓蜕蟉方向伺服機(jī)構(gòu)、上Z方向?qū)к壓蜕蟌方向伺服機(jī)構(gòu)、上夾具、上工作臺電控箱以及上支承構(gòu)件；下部分包括下X方向?qū)к壓拖耎方向伺服機(jī)構(gòu)、下Y方向?qū)к壓拖耏方向伺服機(jī)構(gòu)、下Z方向?qū)к壓拖耑方向伺服機(jī)構(gòu)、下夾具、下工作臺電控箱以及下支承構(gòu)件；每套電控三自由度精密工作臺的上部分和下部分同軸設(shè)置，且上部分中的上夾具和下部分中的下夾具用來夾取工件；所述x、Y、z方向伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述X、Y、Z方向?qū)к夁\(yùn)動，所述上、下工作臺電控箱分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，上述上、下部分分別通過上、下支承構(gòu)件進(jìn)行固定。
3.如權(quán)利要求2所述的三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其特征還在于，所述兩套電控三自由度精密工作臺相互分離。
4.如權(quán)利要求2所述的三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其特征還在于，每套電控三自由度精密工作臺中，除了上、下支承構(gòu)件，所述上、下部分的組件關(guān)于所述上、下夾具之間在軸線上的中點對稱。
5.一種利用權(quán)利要求I所述的三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)的三自由度位置調(diào)整方法，其包括如下步驟 1)將兩套電控三自由度精密工作臺通過支承組件進(jìn)行固定； 2)兩套電控三自由度精密工作臺接收控制計算機(jī)發(fā)出的初始化指令信號，并根據(jù)所述初始化指令信號回歸零位； 3)調(diào)整支承組件的位置，使所述工作臺中的兩套夾具的對中誤差小于O.01mm，所述工作臺中的兩套夾具的距離等于工件裝卡部位的距離； 4)將工件裝卡在夾具上； 5)當(dāng)需要移動工件時，由控制計算機(jī)向兩套工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離。
6.如權(quán)利要求5所述的三自由度位置調(diào)整方法，其特征還在于，所述兩套電控三自由度精密工作臺均分為上下兩部分，上部分包括上X方向?qū)к壓蜕蟈方向伺服機(jī)構(gòu)、上Y方向?qū)к壓蜕蟉方向伺服機(jī)構(gòu)、上Z方向?qū)к壓蜕蟌方向伺服機(jī)構(gòu)、上夾具、上工作臺電控箱以及上支承構(gòu)件；下部分包括下X方向?qū)к壓拖耎方向伺服機(jī)構(gòu)、下Y方向?qū)к壓拖耏方向伺服機(jī)構(gòu)、下Z方向?qū)к壓拖耑方向伺服機(jī)構(gòu)、下夾具、下工作臺電控箱以及下支承構(gòu)件；每套電控三自由度精密工作臺的上部分和下部分同軸設(shè)置，且上部分中的上夾具和下部分中的下夾具用來夾取工件；所述x、Y、z方向伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述X、Y、Z方向?qū)к夁\(yùn)動，所述上、下工作臺電控箱分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，上述上、下部分分別通過上、下支承構(gòu)件進(jìn)行固定； 所述步驟2)進(jìn)一步包括所述上、下工作臺電控箱根據(jù)所述初始化指令信號分別為上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動指令，所述上、下部分中的X、Y、Z方向伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動上、下部分中的所述X、Y、Z方向?qū)к墯w零。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三自由度位置調(diào)整系統(tǒng)，其包括兩套電控三自由度精密工作臺和控制計算單元，其中，兩套電控三自由度精密工作臺用于分別根據(jù)外部指令在一定范圍內(nèi)做三自由度平動，并實時地輸出位置信號；所述控制計算單元用于分別接收兩套電控三自由度精密工作臺的位置信號，并根據(jù)所述位置信號和用戶輸入?yún)?shù)輸出指令信號給第一電控三自由度精密工作臺和第二電控三自由度精密工作臺；當(dāng)需要移動工件時，由所述控制計算單元向兩套電控三自由度精密工作臺發(fā)出指令，使兩套工作臺向相同的方向移動相同的距離。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中移動精度低、移動量難以控制、難以測量、操作費(fèi)時等技術(shù)問題，實現(xiàn)大中型零部件在一定范圍內(nèi)三自由度的高精度移動。
文檔編號B23P19/10GK102785077SQ20121030114
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者劉興男, 周燕, 孫喆, 李悅, 趙晶晶 申請人:清華大學(xué)