[发明专利]一种线性模组闭环系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种线性模组闭环系统及其控制方法，该闭环系统包括滚珠丝杆、滑块、电机架、步进电机、光栅编码器和控制器，滑块安装在滚珠丝杆上，步进电机固定在机架上，步进电机的转轴的一端与滚珠丝杆连接，光栅编码器与步进电机的转轴的另一端连接，控制器与步进电机和光栅编码器均具有信号连接。本发明在现有的线性模组(由步进电机和模组的组合)基础上添加一个光栅编码器构成闭环的线性模组，实现线性模组的精度可控性。

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种线性模组闭环系统及其控制方法。

背景技术

线性模组也称为定位模组，是一种直线传动装置，它的构成可以通过两种方式实现。一种是滚珠丝杆和直线导轨组成，另一种是用同步带及同步带轮组成。其使用范围广，安装方便，精度高，以为广大的用户所接受！省去了自己制作直线运动的机构的具体环节。

常见的线性模组驱动方式有两种：手动机械式和电动驱动式。手动机械式属于比较陈旧的应用方式，靠人的肉眼观察对比标尺来确定模组的定位。这种方式在精度和效率方面都非常的低。随着科技的发展，生产机械、模拟仿真、分类机械、上料机械、往复机械、喷涂机械、抓取机械、移载机械等各个领域对生产效率和制造精度要求的不断提高，传统手动式线性模组已经逐渐的退出历史舞台。电动式驱动的线性模组在这种强烈需求下应运而生。它由步进电机驱动模组直线运动，加上智能控制器，其精度和效率都得到了极大的提升。电动式线性模组结构如图1所示。该线性模组由滚珠丝杆6、滑块7、电机架8、电机9等构成。其动作原理为：电机固定在电机架上，转动时带动丝杆一起转动。丝杆的转动又带动滑块进行线性移动。丝杆转动一周，滑块线性移动一个螺距。

该线性模组虽然极大的提高了工作效率，但是在应用的过程中仍然存在精度不可控的时候。例如3D打印机由3个线性模组构成X,Y,Z。三个坐标轴，当其中一个线性模组产生丢步的时候系统却无法捕获该错误的产生，其余两个轴依然继续运行，导致打印的配件不能符合生产的要求。又例如一个线性抓取的机械臂，在控制器发送出对应位置的脉冲后，步进电机因为启动瞬间丢步而无法将滑动块送到对应的位置上导致抓取失败或抓取错误而产生不可估量的损失。导致这些问题出现的原因在于当前应用在线性模组上的步进电机都是开环的运动控制系统。控制器在送出相应脉冲数后就主观的认为滑块已经运动到了对应位置，然而在某些特殊情况下滑块是有可能没有在对应的位置上的，比如滑块卡住或过载导致步进电机丢步。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种线性模组闭环系统，在现有的线性模组(由步进电机和模组的组合)基础上添加一个光栅编码器构成闭环的线性模组，实现线性模组的精度可控性。

本发明提供的一种线性模组闭环系统，包括滚珠丝杆、滑块、电机架、步进电机、光栅编码器和控制器，滑块安装在滚珠丝杆上，步进电机固定在机架上，步进电机的转轴的一端与滚珠丝杆连接，光栅编码器与步进电机的转轴的另一端连接，控制器与步进电机和光栅编码器均具有信号连接。

进一步，所述光栅编码器为反射式光栅编码器，该反射式光栅编码器包括反射式光栅码盘和信号处理芯片，反射式光栅码盘上刻有用于产生信号的码道；信号处理芯片封装在电路板上，信号处理芯片集成有发射光源、主信号接收和零位信号接收；反射式光栅码盘安装在微型步进电机转轴后端托盘上，电路板与反射式光栅码盘对应设置，且反射式光栅码盘上的码道正对着信号处理芯片的反射光线接收窗口；所述主信号为发射光源发射的光线照射到码道后反射回接收窗口的信号，所述零位信号为发射光源发射的光线照射到零位后反射回接收窗口的信号。

进一步，反射式光栅码盘与电路板的垂直距离在1.5mm以内。

进一步，信号处理芯片为4mm×4mm的QFN封装。

进一步，反射式光栅码盘上的码道包括360个刻线，每线1°，刻线宽度为91um。

进一步，还包括报警器，该报警器与控制器具有信号连接。