專利名稱：光柵測長閉環(huán)控制精密分度臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密工作臺(tái)，特別是涉及對(duì)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)、光柵測長定位和閉環(huán)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
砂輪劃片機(jī)除在IC封裝線使用外，在光電器件分割，陶瓷、寶石等硬脆材料的微細(xì)加工中有著極其廣泛的用途。隨著我國加入WTO和經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，各種器件都面臨國際大流通的考驗(yàn)，元器件的內(nèi)在品質(zhì)和外觀質(zhì)量變得越來越重要，高精度劃片機(jī)是元器件內(nèi)在品質(zhì)和外觀質(zhì)量的根本保證。分度工作臺(tái)是劃片機(jī)的核心部件，由于空氣靜壓主軸，顯微鏡對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)都安裝在分度工作臺(tái)上。因此，分度工作臺(tái)的步進(jìn)定位精度決定著劃切印痕能否落在IC晶片的劃線槽內(nèi)；決定著器件外形的一致性。其運(yùn)行精度決定著IC晶片切割深度的一致性；決定著元器件的內(nèi)在品質(zhì)。過去6″劃片機(jī)分度工作臺(tái)均采用開環(huán)控制，步進(jìn)定位精度低，無法在高精度器件行業(yè)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡結(jié)明快，運(yùn)行精度、步進(jìn)定位精度高，裝配方便，控制可靠且實(shí)用的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，以解決高精度器件的加工質(zhì)量問題。
本發(fā)明所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)包括工作臺(tái)下導(dǎo)軌、安裝于工作臺(tái)下導(dǎo)軌上的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、與直線滾動(dòng)導(dǎo)軌配合連接的工作臺(tái)上導(dǎo)軌、通過支承架和絲杠支撐座分別固定于工作臺(tái)下導(dǎo)軌上的向心軸承和角接觸軸承、兩端固定于向心軸承和角接觸軸承中的滾珠絲杠、通過聯(lián)軸器與所述的滾珠軸承一端固定連接的步進(jìn)電機(jī)、與工作臺(tái)上導(dǎo)軌連接的絲杠母、通過支架固定于執(zhí)行部件的固定零件上的光柵讀數(shù)頭和固定在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上的標(biāo)尺光柵。
如上所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，所述的光柵讀數(shù)頭由光源、透鏡、指示光柵、光電元件依次排列組成，光電元件與驅(qū)動(dòng)電路連接；所述標(biāo)尺光柵位于透鏡與指示光柵之間，被安裝在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上，所述標(biāo)尺光柵與指示光柵的尺面應(yīng)相互平行，并保證有0.5-0.1mm的間隙。
如上所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，采用兩套C36101型角接觸球軸承作為固定支點(diǎn)，一套C101型向心球軸承作為浮點(diǎn)支點(diǎn)。
如上所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌安裝于工作臺(tái)上。
如上所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，所述角接觸軸承上設(shè)有位置上存在高度差的外隔圈和內(nèi)隔圈。
如上所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，在工作臺(tái)的固定與移動(dòng)的上、下導(dǎo)軌對(duì)應(yīng)位置處，分別設(shè)有光電限位開關(guān)和限位板。
如上所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，電機(jī)依次與驅(qū)動(dòng)器、脈沖發(fā)生器和PID調(diào)節(jié)電路連接，光柵讀數(shù)頭輸出通過分頻器與比較器的一個(gè)輸入端連接，比較器的另一個(gè)輸入端通過分頻器、數(shù)據(jù)解碼電路與上位機(jī)相連，所述PID調(diào)節(jié)電路通過平滑濾波電路與比較器的輸出端相連，所述脈沖發(fā)生器分別與速度設(shè)定、加速度設(shè)定和速度圖形發(fā)生器相連接。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向，C0級(jí)滾珠絲杠定位，光柵測長，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在保證工作臺(tái)0.003mm的定位精度，運(yùn)行直線度0.003mm/160mm的同時(shí)，提高了設(shè)備的運(yùn)行速度和劃切效率。
2、閉環(huán)給進(jìn)系統(tǒng)的位移精度主要取決于檢測裝置的分辨率和精度，閉環(huán)給進(jìn)系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.005-0.01mm，最先進(jìn)的可以達(dá)到±0.1祄；采用直流或交流伺服電機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)，執(zhí)行部件的移動(dòng)速度一般可達(dá)1~300mm/min；采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閉環(huán)控制，在嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)指標(biāo)的同時(shí)將執(zhí)行部件的運(yùn)行速度提高到1200mm/min，加速度提高至50mm/s2。
3、在結(jié)構(gòu)上采用兩套C36101型角接觸球軸承作為固定支點(diǎn)，一套C101型向心球軸承作為浮點(diǎn)支點(diǎn)，消除了環(huán)境溫度變化，執(zhí)行部件高速運(yùn)行造成的系統(tǒng)飄動(dòng)，保證系統(tǒng)高速、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)右視圖。
圖3是圖1的內(nèi)部剖視圖。
圖4是本發(fā)明的光柵檢測裝置的光學(xué)原理圖。
圖5是本發(fā)明的電機(jī)閉環(huán)控制電路原理框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)可以參見圖1至圖3它包括工作臺(tái)下導(dǎo)軌1、安裝于工作臺(tái)下導(dǎo)軌1上的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌2、與直線滾動(dòng)導(dǎo)軌2配合連接的工作臺(tái)上導(dǎo)軌3、通過支承架17和絲杠支撐座10分別固定于工作臺(tái)下導(dǎo)軌1上的向心軸承18和角接觸軸承12、兩端固定于向心軸承18和角接觸軸承12中的滾珠絲杠15、通過聯(lián)軸器11與所述的滾珠絲杠15一端固定連接的步進(jìn)電機(jī)9、與工作臺(tái)上導(dǎo)軌3連接的絲杠母16、通過連接板7、檢測頭安裝板5被固定于固定部件上的閉式光柵尺檢測頭4、通過光柵尺安裝板8固定于執(zhí)行部件上的閉式光柵尺6。在工作臺(tái)的固定與移動(dòng)部件上對(duì)應(yīng)位置處，分別設(shè)有光電限位開關(guān)19和限位板20。圖1中21是導(dǎo)軌壓板。
光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)的光柵讀數(shù)頭見圖4，它由光源4-1、透鏡4-2、指示光柵4-3、光電元件4-4依次排列組成，光電元件4-4與驅(qū)動(dòng)電路4-5連接；所述標(biāo)尺光柵6位于透鏡4-2與指示光柵4-3之間，被安裝在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上，所述標(biāo)尺光柵6與指示光柵4-3的尺面應(yīng)相互平行，并保證有0.5-0.1mm的間隙。光源4-1、透鏡4-2、指示光柵4-3、光電元件4-4和驅(qū)動(dòng)電路4-5安裝在同一個(gè)支架上，構(gòu)成光柵讀數(shù)頭，它固定在執(zhí)行部件的固定零件上，標(biāo)尺光柵則安裝在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上。標(biāo)尺光柵與指示光柵的尺面應(yīng)相互平行，并保證有0.05-0.1mm的間隙。執(zhí)行部件帶著標(biāo)尺光柵相對(duì)指示光柵移動(dòng)，通過讀數(shù)頭的光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送出與位移量對(duì)應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，用作位置反饋信號(hào)或位置顯示信號(hào)。
在該分度臺(tái)上，采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，C0級(jí)滾珠絲杠定位，光柵測長。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)靜磨擦系數(shù)很小，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確，可通過光柵測長將定位精度設(shè)定到超微米。滾珠絲杠利用滾珠的滾動(dòng)接觸和滾道的預(yù)過盈，取得很高的傳動(dòng)效率，消除絲杠與絲杠母的間隙。將激光測長技術(shù)用于刻制光柵，可以制造出精度很高的光柵尺，因而使光柵檢測的分辨率與精度有了很大的提高，光柵檢測的分辨可達(dá)微米級(jí)，通過細(xì)分電路細(xì)分可達(dá)0.1μm，甚至更高水平。
滾珠絲杠會(huì)因環(huán)境溫度改變或高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量，造成滾珠絲杠微量變化，引起系統(tǒng)飄動(dòng)，本發(fā)明利用該軸承組合來固定，支承滾珠絲杠消除系統(tǒng)飄動(dòng)，且結(jié)構(gòu)簡潔明快，制造裝配很方便。它是采用兩套C36101型角接觸球軸承作為固定支點(diǎn)，一套C101型向心球軸承作為浮點(diǎn)支點(diǎn)。
由于采用VRMD3910/50LWA型步進(jìn)電機(jī)，GS13型直線光柵尺通過10000細(xì)分電路實(shí)現(xiàn)0.0002mm的分辨率和0.003mm的步進(jìn)定位精度。
利用件外隔圈、內(nèi)隔圈的高度差消除角接觸軸承C36101的游隙。裝配時(shí)在絲杠支成座10和支承架17的軸承孔裝檢測試棒，用杠桿千分表檢測，待絲杠中心與導(dǎo)軌運(yùn)行方向的平行度在0.01mm內(nèi)后，方可進(jìn)行軸承及絲杠的安裝，用量化手段保證裝配精度。
由于采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，所以實(shí)現(xiàn)0.003mm/160mm的直線度要求。
電機(jī)閉環(huán)控制的電路原理框圖參見圖5，電機(jī)依次與驅(qū)動(dòng)器、脈沖發(fā)生器和PID調(diào)節(jié)電路連接，光柵讀數(shù)頭輸出通過分頻器與比較器的一個(gè)輸入端連接，比較器的另一個(gè)輸入端通過分頻器、數(shù)據(jù)解碼電路等與上位機(jī)相連，所述PID調(diào)節(jié)電路通過平滑濾波電路與比較器的輸出端相連，所述脈沖發(fā)生器分別與速度設(shè)定、加速度設(shè)定和速度圖形發(fā)生器相連接。由上述驅(qū)動(dòng)器、脈沖發(fā)生器、PID調(diào)節(jié)電路、分頻器、比較器、數(shù)據(jù)解碼電路、平滑濾波電路、速度設(shè)定、加速度設(shè)定和速度圖形發(fā)生器等組成下位控制機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于它的結(jié)構(gòu)包括工作臺(tái)下導(dǎo)軌、安裝于工作臺(tái)下導(dǎo)軌上的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、與直線滾動(dòng)導(dǎo)軌配合連接的工作臺(tái)上導(dǎo)軌、通過支承架和絲杠支撐座分別固定于工作臺(tái)下導(dǎo)軌上的向心軸承和角接觸軸承、兩端固定于向心軸承和角接觸軸承中的滾珠絲杠、通過聯(lián)軸器與所述的滾珠軸承一端固定連接的步進(jìn)電機(jī)、與工作臺(tái)上導(dǎo)軌連接的絲杠母、通過支架固定于執(zhí)行部件的固定零件上的光柵讀數(shù)頭和固定在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上的標(biāo)尺光柵。
2.如權(quán)利要求1所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于所述的光柵讀數(shù)頭由光源、透鏡、指示光柵、光電元件依次排列組成，光電元件與驅(qū)動(dòng)電路連接；所述標(biāo)尺光柵位于透鏡與指示光柵之間，被安裝在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上，所述標(biāo)尺光柵與指示光柵的尺面應(yīng)相互平行，并保證有0.5-0.1mm的間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于采用兩套C36101型角接觸球軸承作為固定支點(diǎn)，一套C101型向心球軸承作為浮點(diǎn)支點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于采用SR25W2SSC1+480LUP-II型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌安裝于工作臺(tái)上。
5.如權(quán)利要求1所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于所述角接觸軸承上設(shè)有位置上存在高度差的外隔圈和內(nèi)隔圈。
6.如權(quán)利要求1所述的光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于在工作臺(tái)的固定與移動(dòng)的上、下導(dǎo)軌對(duì)應(yīng)位置處，分別設(shè)有光電限位開關(guān)和限位板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光柵測長閉環(huán)控制精密分度工作臺(tái)，其特征在于它的結(jié)構(gòu)包括工作臺(tái)下導(dǎo)軌、安裝于工作臺(tái)下導(dǎo)軌上的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、與直線滾動(dòng)導(dǎo)軌配合連接的工作臺(tái)上導(dǎo)軌、通過支承架和絲杠支撐座分別固定于工作臺(tái)下導(dǎo)軌上的向心軸承和角接觸軸承、兩端固定于向心軸承和角接觸軸承中的滾珠絲杠、通過聯(lián)軸器與所述的滾珠軸承一端固定連接的步進(jìn)電機(jī)、與工作臺(tái)上導(dǎo)軌連接的絲杠母、通過支架固定于執(zhí)行部件的固定零件上的光柵讀數(shù)頭和固定在執(zhí)行部件的被測移動(dòng)零件上的標(biāo)尺光柵。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果提高了設(shè)備的定位、運(yùn)行的精確性和劃切效率，保證系統(tǒng)高速、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)B23Q17/24GK1748937SQ20051020064
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者王宏智, 王明權(quán), 王定臨 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所