发明名称 4轴XY工作台及其控制方法
摘要 本发明系一种4轴XYθ工作台及其控制方法,用来解消在X、Y、θ三方向上能够定位、由3个直线驱动轴驱动的3轴XYθ工作台中,其在一个方向上惟一远离直线驱动轴的位置的定位精度差和相对于水平负荷刚性低的问题。其解决方法,4个支持手段支持移动工作台与工作台基准面平行;4个线性驱动手段分别直线驱动各个支持手段,使移动工作台相对于工作台机座进行相对移动;然后,控制装置计算与移动工作台在工作台基准面上的任意指定位置时所给予的X、Y和θ方向的移动指令对应的4个线性驱动手段的轴移动目标值,使4个支持手段的移动开始时点和结束时点一致,将4个支持手段的移动速度与轴移动目标值成比例,同时驱动4个线性驱动手段,从而使移动工作台移动至目标位置上的。
申请公布号 TWI265839 申请公布日期 2006.11.11
申请号 TW093113423 申请日期 2004.05.13
申请人 法视特股份有限公司 发明人 山田稔;增田胜利
分类号 B23Q1/01(2006.01);B23Q15/22(2006.01) 主分类号 B23Q1/01(2006.01)
代理机构 代理人 林镒珠 台北市中山区长安东路2段112号9楼
主权项 1.一种4轴XY工作台,其设有: 移动工作台; 工作台机座; 能够支持使上述移动工作台,在与工作台基准面平 行的方向上,相对于上述工作台机座进行相对移动 的4个支持手段; 分别直线驱动上述各个支持手段,使上述移动工作 台相对于上述工作台机座进行相对移动的4个线性 驱动手段; 计算对应于上述移动工作台在工作台基准面上的 任意指定位置时所给予的X、Y和方向的移动指 令的4个线性驱动手段的轴移动目标値,使上述4个 支持手段的移动开始时间点和结束时间点一致,将 上述4个支持手段的移动速度与轴移动目标値成比 例,同时驱动上述4个线性驱动手段,从而使上述移 动工作台移动至目标位置上的控制装置。 2.如申请专利范围第1项所述的4轴XY工作台,其特 征在于所说的控制装置,能够在到达目标位置之前 ,一边使上述线性驱动手段的移动速度与轴移动目 标値成比例,一边根据规定的曲线改变上述移动速 度。 3.如申请专利范围第1或2项所述的4轴XY工作台, 其特征在于所说的支持手段分别设有: 由第1直动部件,和固定在上述工作台机座上的、 以直线方式引导第1直动部件的第1直动引导手段 组成的第1直动装置; 由第2直动部件,和固定在上述第1直动部件上的、 以直线方式引导第2直动部件的第2直动引导手段 组成的第2直动装置; 由旋转部件,固定在上述第2直动部件上、并引导 该旋转部件在与上述工作台基准面平行的情况下 进行旋转的旋转引导手段,和设置在上述移动工作 台上的规定位置的、把持旋转部件自由旋转的把 持手段组成的旋转装置; 另外,所说的线性驱动手段分别直线驱动各个支持 手段的第1直动装置的直动部件, 所说的4个支持手段的设置如下作为4个支持手段 中第1组的2个支持手段,其第2直动装置的直动方向 是相互平行的;作为第2组的另2个支持手段,其第2 直动装置的直动方向相互平行;且,上述第1组的第2 直动装置的直动方向与第2组的第2直动装置的直 动方向所形成的角度为规定角度; 所说的4个支持手段中的4个把持手段的设置是,连 接上述第1组中2个把持手段中心的直线、与连接 第2组中2个把持手段中心的直线所形成的角度等 于上述规定角度。 4.如申请专利范围第3项所述的4轴XY工作台,其特 征在于所说的与上述4个支持手段相对应的4个第1 直动装置的设置是,与属于上述第1组的2个支持手 段中的2个第1直动装置相互平行,且,属于上述第2 组的2个支持手段中的2个第1直动部件相互平行,且 ,与上述第1组相对应的第1直动装置、和与第2组相 对应的第1直动装置所形成的角度等于上述规定角 度値。 5.如申请专利范围第3项所述的4轴XY工作台,其特 征在于所说的规定角度的値是90。 6.如申请专利范围第4项所述的4轴XY工作台,其特 征在于所说的规定角度的値是90。 7.如申请专利范围第3项所述的4轴XY工作台,其特 征在于所说的旋转引导手段的中心线与上述第2直 动装置的直动中心线交叉。 8.如申请专利范围第4项所述的4轴XY工作台,其特 征在于所说的旋转引导手段的中心线与上述第2直 动装置的直动中心线交叉。 9.如申请专利范围第1或2项所述的4轴XY工作台, 其特征在于所说的支持手段分别设有: 由第1直动部件,和固定在上述工作台机座上的、 以直线方式引导第1直动部件的第1直动引导手段 组成的第1直动装置; 由第2直动部件,和固定在上述第1移动工作台上的 、以直线方式引导第2直动部件的第2直动引导手 段组成的第2直动装置; 由沿第2直动引导手段、并与第2直动部件成一体 移动的旋转部件,和固定在上述第1直动部件上、 并引导该旋转部件在与上述工作台基准面平行的 情况下进行旋转的旋转引导手段所组成的旋转装 置; 另外,所说的4个线性驱动手段分别直线驱动上述4 个支持手段的第1直动部件; 所说的4个支持手段的设置如下作为4个支持手段 中第1组的2个支持手段,其2个第2直动装置的直动 方向线一致或者相互平行;作为第2组的另2个支持 手段,其2个第2直动装置的直动方向线一致或相互 平行;且,上述第1组的第2直动装置的直动方向与第 2组的第2直动装置的直动方向所形成的角度为直 角; 所说的4个第1直动装置的设置是,上述第1组的2个 第1直动装置的直动方向相互平行;上述第2组的2个 第1直动装置的直动方向相互平行;且,上述第1组中 的第1直动装置的直动方向、与第2组中的第1直动 装置的直动方向所形成的角度为直角。 10.如申请专利范围第1或2项所述的4轴XY工作台, 其特征在于所说的支持手段分别设有:使上述移动 工作台相对于工作台机座进行移动的移动手段,和 为了使上述移动工作台相对于该工作台机座以平 行于工作台基准面的状态下进行移动的、介于上 述移动工作台和工作台机座之间的第2支持手段; 所说的移动手段设有 由第1直动部件,和固定在上述工作台机座上的、 以直线方式引导第1直动部件的第1直动引导手段 组成的第1直动装置; 由第2直动部件,和设置在上述第1移动工作台上的 、以直线方式引导第2直动部件的第2直动引导手 段组成的第2直动装置; 由沿第2直动引导手段、并与第2直动部件成一体 移动的旋转部件,和固定在上述第1直动部件上、 并引导该旋转部件在与上述工作台基准面平行的 情况下进行旋转的旋转引导手段所组成的旋转装 置; 另外,所说的4个线性驱动手段分别直线驱动上述4 个移动手段的第1直动部件; 所说的4个移动手段的设置如下作为4个移动手段 中第1组的2个移动手段,其2个第2直动装置的直动 方向线一致或者相互平行;作为第2组的另2个移动 手段,其2个第2直动装置的直动方向线一致或相互 平行;且,上述第1组的第2直动装置的直动方向与第 2组的第2直动装置的直动方向所形成的角度为直 角; 所说的4个第1直动装置的设置是,上述第1组的2个 第1直动装置的直动方向相互平行;上述第2组的2个 第1直动装置的直动方向相互平行;且,上述第1组中 的第1直动装置的直动方向、与第2组中的第1直动 装置的直动方向所形成的角度为直角。 11.如申请专利范围第9项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的旋转引导手段的中心线与上述第2 直动装置的直动中心线交叉。 12.如申请专利范围第10项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的旋转引导手段的中心线与上述第2 直动装置的直动中心线交叉。 13.如申请专利范围第1或2项所述的4轴XY工作台, 其特征在于所说的控制装置,在原点复位的状态下 ,上述4个线性驱动手段中,1个线性驱动手段处于伺 服系统关闭、由外力进行自由变位的状态,由其他 3个线性驱动手段进行原点复位;在由上述3个线性 驱动手段完成原点复位后,由第4个线性驱动手段 进行原点复位的调整处理。 14.如申请专利范围第13项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的控制装置,作为原点复位的调整处 理,将伺服系统关闭状态下的上述1个线性驱动手 段的当前位置作为原点。 15.如申请专利范围第13项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的控制装置,作为原点复位的调整处 理,将在伺服系统关闭状态下的上述1个线性驱动 手段的位置基础上,附加有空运转的一半量的修正 量的位置作为原点。 16.如申请专利范围第13项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的控制装置,作为原点复位的调整处 理,使用用来检测在伺服系统关闭状态下的上述1 个线性驱动手段的绝对位置的编码器,探测出绝对 原点的位置,并以该位置作为原点。 17.如申请专利范围第13项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的控制装置,作为原点复位的调整处 理,在伺服系统关闭状态下的上述1个线性驱动手 段的位置基础上、附加有空运转的一半量的修正 量、并且、使用用来检测上述线性驱动手段的绝 对位置的编码器、探测出绝对原点的位置,然后以 该位置作为原点。 18.如申请专利范围第1项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的线性驱动手段设有能够控制位置 的电动机,和与该电动机连接、并通过该电动机将 旋转运动转换为直线运动的旋转直动变换驱动 装置。 19.如申请专利范围第2项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的线性驱动手段设有能够控制位置 的电动机,和与该电动机连接、并通过该电动机将 旋转运动转换为直线运动的旋转直动变换驱动 装置。 20.如申请专利范围第18或19项所述的4轴XY工作台 ,其特征在于所说的控制装置,在原点复位的状态 下,上述4个电动机中,1个电动机处于伺服系统关闭 、由外力进行自由旋转的状态,由其他3个电动机 进行原点复位;在由上述3个电动机完成原点复位 后,由第4个电动机进行原点复位调整处理。 21.如申请专利范围第20项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的控制装置,作为原点复位的调整处 理,将伺服系统关闭状态下的上述1个的电动机的 当前位置作为原点。 22.如申请专利范围第20项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的控制装置,作为原点复位的调整处 理,将在伺服系统关闭状态下的上述1个的电动机 的位置基础上,附加有空运转的一半量的修正量的 位置作为原点。 23.如申请专利范围第20项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的电动机设有,含用来得到上述电动 机1转以内的绝对位置的频道的编码器; 所说的控制装置,作为原点复位的调整处理,使用 用来得到上述编码器中电动机的1转以内的绝对位 置的频道,探测出相对于关闭伺服系统状态下的上 述电动机位置的绝对原点位置,并以该位置作为原 点。 24.如申请专利范围第20项所述的4轴XY工作台,其 特征在于所说的电动机设有,含用来得到上述电动 机1转以内的绝对位置的频道的编码器; 所说的控制装置,作为原点复位的调整处理,将在 伺服系统关闭状态下的上述电动机的位置基础上, 附加有空运转的一半量的修正量,并且,使用用来 得到上述编码器中电动机的1转以内的绝对位置的 频道,探测出绝对原点的位置,以该位置作为原点 。 25.如申请专利范围第18或19项所述的4轴XY工作台 ,其特征在于所说的4个电动机中,至少在1个电动机 和上述旋转直动变换驱动装置之间设离合装置; 所说的控制装置,在原点复位时,4个电动机中的1个 电动机,通过离合装置切断电动机和旋转直动转 换装置,使用其他3个电动机进行原点复位动作,在 由上述3个电动机进行原点复位完成后,使用第4个 电动机进行原点复位的调整处理。 26.一种控制方法,其是4轴XY工作台的控制方法, 该4轴XY工作台设有;移动工作台; 工作台机座; 设置在该工作台机座上,能够支持使上述移动工作 台在与工作台基准面平行的方向上,相对于上述工 作台机座进行相对移动的4个支持手段; 分别直线驱动上述各个支持手段,使上述移动工作 台相对于上述工作台机座进行相对移动的4个线性 驱动手段; 其中,该控制方法是,计算对应于上述移动工作台 在工作台基准面上的任意指定位置时所给予的X、 Y和方向的移动指令的4个线性驱动手段的轴移 动目标値, 为了使上述4个支持手段的移动开始时间点和结束 时间点一致,将上述4个支持手段的移动速度与轴 移动目标値成比例,同时驱动上述4个线性驱动手 段,从而使上述移动工作台移动至目标位置上。 27.如申请专利范围第26项所述的控制方法,其特征 在于在到达所说的目标位置之前,一边使上述线性 驱动手段的移动速度与轴移动目标値成比例,一边 根据规定的曲线改变上述移动速度。 图式简单说明: 第一图是本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实施 例1)中工作台机械装置的平面图。 第二图是本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实施 例1)中工作台机械装置的移动工作台下部平面图 。 第三图是本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实施 例1)中工作台机械装置支援手段部分的侧面图。 第四图是用来对本发明4轴XY工作台最佳实施形 态(实施例1)的理论进行说明的坐标关联图。 第五图是与本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实 施例1)相似的其他实施形态中工作台机械装置的 移动工作台下部平面图。 第六图是用来对与本发明4轴XY工作台最佳实施 形态(实施例1)相似的其他实施形态下工作台机械 装置的理论进行说明的坐标关联图。 第七图是本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实施 例2)中工作台机械装置的移动工作台下部平面图 。 第八图是本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实施 例2)中工作台机械装置支持手段部分的侧面图。 第九图是与本发明4轴XY工作台最佳实施形态(实 施例2)相类似其他推荐实施装置中工作台机械装 置支持部分的侧面图。 第十图是用来对与本发明4轴XY工作台最佳实施 形态(实施例2及相似的其他实施装置的理论进行 说明的坐标关联图。 第十一图是表示本发明4轴XY工作台机械装置和 本机械装置控制装置之间关系的部分图。 第十二图是现有技术下3轴XY工作台的机械装置 及移动工作台下部的平面图。
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