无尘室高速线性传输装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及无尘室装置，特别涉及一种无尘室高速线性传输装置及其控制方法。

背景技术

高速直线电机传输在自动化处理和制造方面有突出贡献，尤其是在工艺优化和制造效率方面有重大意义。与现有的伺服传输系统相比，高速直线电机传输具有较高的精度和准确度。高速直线电机传输的目的是移动部件或项目，并将他们准确地定位或安装在需要的位置。

对于无尘室应用，线性驱动器在市场上得到了广泛应用。一般，线性驱动器是自驱动驱动器，具有长条形的外壳，用于容纳驱动滑块在外壳内滑动的滚珠丝杠，滑块通过中间链环连接到滑块固定基。在操作上，滚珠丝杠旋转以驱动滑块沿外壳的长度方向直线滑动，从而使滑块随之移动。但滚珠丝杠有共振，限制线性驱动器的速度和行程。

管状直线电机，也被称为直线轴电机，是直接驱动运动系统的一种类型，包括活塞，活塞设有设置在永磁轴周围的线圈。磁轴由小圆盘形磁铁组成，产生磁极方向相对于线圈90度的磁通量。直线轴电机提供高精度和高速控制。然而，众所周知，当活塞沿磁轴高速横向移动时，会发生振动，这种振动可能导致活塞与磁轴接触。

由Katahira提交的公开号为4955244A的美国专利公开了一种用于无尘室的操作装置，以在无尘室环境中线性移动待操作的构件。Katahira公开的该操作装置考虑了真空抽气和向操作装置涂敷润滑油的问题，并在一个高度无尘室的环境下操作，尽管其结构简单，但精度高。操作装置包括用于在无尘室环境中直线移动构件的滚珠丝杠装置，所述滚珠丝杠装置具有与滚珠丝杠装置的驱动旋转轴啮合的螺母，所述螺母中的进料油孔。该操作装置还包括用于吸除滚珠丝杠装置中产生的粉尘的吸除装置。所述操作装置还包括所述吸除装置的吸入管，该吸入管连接到形成在螺母的进料油孔上。然而，Katahira公开的滚珠丝杠装置具有共振，不能提高速度和行程。

由Etel Sa申请的公开号为EP 2318156 B的欧洲专利公开了一种适用于无尘室的线性导轨，包括导轨和滑架。滑架通过螺钉连接到应用平台上。其中一个螺钉具有轴向通道的真空螺杆，通过该轴向通道可以从导轨和滑架之间的气隙中抽吸颗粒。然而，在Etel Sa公开专利中的螺钉不能有效地提供所需的速度和更长的行程。

因此，有必要提供一种一种无尘室高速线性传输装置及其控制方法以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

在本发明的一个方面，本发明提供了一种无尘室高速线性传输装置，包括非接触式轴电机和线性驱动器，所述非接触式轴电机包括固定磁性轴和磁线圈，所述固定磁性轴安装在线性传输装置两侧的夹具上；所述线性驱动器与所述非接触式轴电机连接，所述磁线圈为所述非接触式轴电机提供动力以纵向驱动所述线性驱动器实现预设速度、预设加速度和预定的行程。

本发明所述无尘室高速线性传输装置的有益效果在于：通过所述非接触式轴电机包括固定磁性轴和磁线圈，所述固定磁性轴安装在线性传输装置两侧的夹具上；所述线性驱动器与所述非接触式轴电机连接，以给所述磁线圈提供坚固的滑动支持以使所述磁线圈与所述固定磁性轴保持非接触运动，使得所述固定磁性轴和所述磁线圈构成的所述非接触式轴电机之间非接触，没有摩擦，减少了因摩擦产生的粉尘及等颗粒，构建了一个无尘环境以驱动所述线性驱动器，而且所述磁线圈保持与所述固定轴保持非接触运动，避免了共振，使得所述线性驱动器能实现较高的速度和较长的行程；通过所述磁线圈为所述非接触式轴电机提供动力以纵向驱动所述线性驱动器实现预设速度、预设加速度和预定的行程，因为本发明的没有振动源，使得所述线性驱动器在所述非接触式轴电机的驱动下能达到理想的速度，实现高速和长距离线性运行，即所述线性驱动器实现了在无尘室环境下进行高速和高精度运动，避免了传统技术中线性驱动器以滚珠丝杠旋转驱动，滚珠丝杠有共振，限制线性驱动器的速度和行程的问题。

在一个实施例中，所述磁线圈设置于所述固定磁性轴的外环面。

在一个实施例中，所述预设速度为0-4米/秒。

在一个实施例中，所述预设加速度为4G。

在一个实施例中，所述非接触式轴电机和所述线性驱动器的位置设置为垂直设置和水平设置中的至少一种。

在一个实施例中，所述线性驱动器设置有多个负压吸尘口，以减少粉尘颗粒的产生。

本发明的另一个方面涉及一种无尘室高速线性传输装置的控制方法，包括步骤：

S0：提供非接触式轴电机和线性驱动器，所述非接触式轴电机包括固定磁性轴和磁线圈，所述固定磁性轴安装在线性传输装置两侧的夹具上，所述线性驱动器与所述非接触式轴电机连接；

S1：通过所述磁线圈为所述非接触式轴电机供电；

S2：通过所述非接触式轴电机纵向驱动一个或多个所述线性驱动器实现预设速度、预设加速度和预定的行程。

本发明所述无尘室高速线性传输装置的有益效果在于：通过S0：提供非接触式轴电机和线性驱动器，所述非接触式轴电机包括固定磁性轴和磁线圈，所述固定磁性轴安装在线性传输装置两侧的夹具上，所述线性驱动器与所述非接触式轴电机连接，以给所述磁线圈提供坚固的滑动支持以使所述磁线圈与所述固定磁性轴保持非接触运动，使得所述固定磁性轴和所述磁线圈构成的所述非接触式轴电机之间非接触，没有摩擦，减少了因摩擦产生的粉尘及等颗粒，构建了一个无尘环境以驱动所述线性驱动器，而且所述磁线圈保持与所述固定轴保持非接触运动，避免了共振，使得所述线性驱动器能实现较高的速度和较长的行程；通过S1：通过所述磁线圈为所述非接触式轴电机供电，S2：通过所述非接触式轴电机纵向驱动一个或多个所述线性驱动器实现预设速度、预设加速度和预定的行程，即所述线性驱动器在所述非接触式轴电机的驱动下能达到理想的速度，使得线性驱动器实现了在无尘室环境下进行高速和高精度运动，避免了传统技术中线性驱动器以滚珠丝杠旋转驱动，滚珠丝杠有共振，限制线性驱动器的速度和行程的问题。

在一个实施例中，所述步骤S2中，通过所述非接触式轴电机纵向驱动所述线性驱动器实现的预设速度为0-4米/秒，预设加速度为4G。

在一个实施例中，所述步骤S0中，将所述非接触式轴电机和所述线性驱动器的位置设置为垂直设置和水平设置中的至少一种。

因此，本发明的优点之一是它提供了高速、高精度定位直线电机传输与高精度直线编码器。

因此，本发明的一个优点是它为10级无尘室提供了一个低粉尘产生结构。

本发明实施例的其他特征将从附图和下面的详细描述中显而易见。

然而，本发明的其他目标和优点，在详细描述之后，对本领域的技术人员来说，将变得很容易地明显，其中，本发明的首选实施例将被展示和描述，简单地通过对本发明所设想的实施本发明的最佳模式进行说明。正如我们所认识到的，本发明可以使用其他不同的实施例，而且它的几个细节可以在各种明显的方面进行修改，所有这些都不偏离本发明。因此，附图及其说明应被视为是说明性的，而不是限制性的。

附图说明

图1为本发明的第一种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图；

图2为本发明的第二种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图；

图3为本发明的第三种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图；

图4为图3中无尘室高速线性传输装置在滑动状态下的结构示意图。

图5为本发明的第四种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图；

图6为本发明实施例的无尘室高速线性传输装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

图1为本发明的第一种实施例中无尘室传输装置的结构图。本发明的一些实施例中，所述无尘室高速线性传输装置采用垂直式线性传输装置实现，参考图1，所述垂直式线性传输装置100包括线性轴电机101和线性驱动器104，即所述非接触式轴电机采用所述线性轴电机101实现。所述线性轴电机101包括固定磁性轴102和圆柱绕组线圈滑块103，即所述线性轴电机101是由一个磁轴和一个电流控制的圆柱绕组线圈滑块组成的直驱式线性无刷伺服电机。所述圆柱绕组线圈滑块103采用圆柱形缠绕线圈，所述固定磁性轴102为包裹不锈钢外壳的永磁体轴，所述固定磁性轴102产生磁场使所述圆柱绕组线圈滑块103运动产生作用力以驱动所述线性轴电机101。所述固定磁性轴102安装在所述线性轴电机101两侧的夹具上。在一些实施例中，所述线性轴电机101是一种非接触式编码器，提供了一种紧凑、坚固的封装，没有离合器、轴承或密封件在操作中磨损。所述圆柱绕组线圈滑块103由控制器控制在所述固定磁性轴102中运动。

在一些实施例中，所述圆柱绕组线圈滑块103设置于所述固定磁性轴102的外环面。在实施例中，所述固定磁性轴102可以具有广泛的传感包络线以使所述圆柱绕组线圈滑块103平稳运动，即使所述圆柱绕组线圈滑块103与所述固定磁性轴102不对齐或偏移也可以起作用。

所述线性驱动器104包括长条形壳体和设置在所述长条形壳体内的线性导轨、沿着所述线性导轨设置的滑块、经由支撑臂附着于所述滑块的外部传输板和覆盖所述长条形壳体的导轨开口端的带状密封条，以充分的密封所述长条形壳体。所述线性导轨的开口端的边缘装有磁铁条，用来吸附固定柔性的所述带状密封条，防止其脱离，保证即使滑块在运行中壳体也一直处于封闭状态。所述滑块的支撑臂沿所述线性导轨移动时，所述带状密封条经由所述磁铁条附着于所述滑块上一起沿所述线性导轨移动，使得所述带状密封条动态密封所述长条形壳体，以防止所述长条形壳体内的粉尘及颗粒等泄漏出所述线性驱动器104，最大限度地减少了对无尘室的污染。

在一些优选实施例中，所述线性驱动器104是一种无轴和被动驱动的驱动器，不包含任何内轴和驱动电机。没有内轴使所述滑块沿所述线性轨道滑动，没有任何阻力。

在一些实施例中，所述长条形壳体连接于真空吸力装置以排出在壳体内产生的粉尘及颗粒等。

参照图1，所述线性驱动器104的滑块固定基板连接于所述线性轴电机101的所述圆柱绕组线圈滑块103。所述线性驱动器104提供了额外的支撑以使所述圆柱绕组线圈滑块103与所述固定磁性轴102保持工作不接触，从而使所述线性轴电机101零污染。在这种配置中，所述线性轴电机101提供驱动力和控制所附工具的线性运动，同时所述线性驱动器104提供坚固的滑动支持以保持所述圆柱绕组线圈滑块103与所述固定磁性轴102的非接触运动。

在一些实施例中，所述线性传输装置可以包括多个所述线性驱动器104，以用于支撑更高的负载的所述圆柱绕组线圈滑块103。

所述线性驱动器104从载体到活塞不包括任何机械连接，从而使其安装夹具易于移动以便安装灵活性。所述线性驱动器104提供简单、安全和无尘室的运动以实现最小甚至零污染的无尘室。所述线性驱动器104提供了垂直和水平多种安装选项，并提供低到中等负载承载能力。所述线性驱动器104是完全封闭以防止污染。所述线性驱动器104可以包括一个或多个可调座垫用于平稳减速。

在一些实施例中，所述线性驱动器104可以包括提供跟踪和负载支撑的可调承载支架。

在一些实施例中，所述圆柱绕组线圈滑块103为所述固定磁性轴102提供动力，以纵向驱动所述线性驱动器104实现预设速度、预设加速度和预定的行程。在一些实施例中，所述预设速度为0-4米/秒，所述预设速度根据实际应用的工艺参数来设置，即所述非接触式轴电机可以对所述线性驱动器实现高速驱动、低速驱动和恒速驱动，而且响应快，与光栅尺结合使用可取得停车位置精度高等优点。

在一些具体实施例中，所述预设速度为4米/秒。

在一些实施例中，所述预设加速度为4G。所述加速度被定义为“重力”。所述4G的加速度相当于重力加速度的4倍，其中4G为4x9.8m/s

在另一些实施例中，4G速度适用于相对较短的移动行程。对于稳定性，最合适的应用是2m/s

图2为本发明的第二种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图。在一些实施例中，所述线性轴电机101与所述线性驱动器104的设置位置为垂直位置(如图1所示)和水平位置(如图2所示)中的至少一种。本发明的另一些实施例中，所述无尘室传输装置采用水平式线性传输装置200实现，所述图2和图1的区别仅在于，所述水平式线性传输装置200中的所述线性轴电机101和所述线性驱动器104的位置设置为水平设置。

图3为本发明的第三种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图，图4为图3中无尘室高速线性传输装置在滑动状态下的结构示意图。本发明一些实施例中，参考图3和图4，无尘室高速线性传输装置(图中未标示)包括三个线性传输装置，且均为垂直式线性传输装置，分别为第一垂直式线性传输装置110、第二垂直式线性传输装置120和第三垂直式线性传输装置130，所述第一垂直式线性传输装置110、所述第二垂直式线性传输装置120和所述第三垂直式线性传输装置130中的线性轴电机和所述线性驱动器的位置均设置为垂直设置，所述第二垂直式线性传输装置120和所述第三垂直式线性传输装置130平行设置，所述第一垂直式线性传输装置110的两端通过安装板分别架设在所述第二垂直式线性传输装置120的线性轴电机和所述第三垂直式线性传输装置130的线性轴电机上，并在所述第二垂直式线性传输装置120的线性轴电机和所述第三垂直式线性传输装置130的线性轴电机进行线性运动时，所述第一垂直式线性传输装置110随之进行线性运动。所述第一垂直式线性传输装置110实现了所述非接触式轴电机在第一方向驱动所述线性驱动器运动，所述第二垂直式线性传输装置120和所述第三垂直式线性传输装置130实现了所述非接触式轴电机在第二方向驱动所述线性驱动器运动，所述第二垂直式线性传输装置120和所述第三垂直式线性传输装置130构成双驱动，可以提供高负荷动力。即可以通过设置多个无尘室传输装置进行组合，以实现了多方向的驱动，以及高负荷驱动。

在一些实施例中，参考图4，本装置通过在无尘室高速线性传输装置设置的滑动装置上装配终端执行器300，以进行高速运动和精确位置控制。在一些实施例中，滑动装置在尺寸上尽可能紧凑，并进一步提供适合于无尘室和高推进操作速度的位置控制机构。在实施例中，所述滑动装置可利用电缆载体、牵引链或电缆链包围并引导连接在一起的柔性电缆和液压或气动软管以移动所述无尘室高速线性传输装置。所述电缆载体可以减少电缆和软管的磨损和应力，防止缠绕，提高使用安全性。所述电缆载体可以设置为能够适应水平、垂直、旋转和三维运动。

在一些实施例中，所述线性驱动器104设置有多个负压吸尘口，以减少粉尘颗粒的产生。在一些具体实施例中，所述线性驱动器104的长条形壳体的两端分别设置负压吸尘口。负压吸尘口设置的数量和位置可依据实际应用做相应更动，如所述线性驱动器104的长条形壳体的长度较长时，可以设置多个负压吸尘口，以更快速的吸除长条形壳体内产生的粉尘。

在一个实施例中，所述圆柱绕组线圈滑块103是电导体，例如具有线圈形状的导线。所述圆柱绕组线圈滑块103可以增加给定电流所产生的磁场强度。要么电流通过所述圆柱绕组线圈滑块103的磁线圈产生磁场，要么反过来，外部时变磁场通过线圈内部在导体中产生电磁场(电压)。

图5为第四种实施例中无尘室高速线性传输装置的结构图。本发明一些实施例中，参考图5，无尘室高速线性传输装置(图中未标示)包括三个线性传输装置，分别为第一水平式线性传输装置210、第二水平式线性传输装置220和第四垂直式线性传输装置140，与图3和图4的区别在于，所述第一水平式线性传输装置210和所述第二水平式线性传输装置220的所述线性轴电机和所述线性驱动器的位置均设置为水平设置，所述第四垂直式线性传输装置140中的所述线性轴电机和所述线性驱动器的位置均设置为垂直设置，所述第一水平式线性传输装置210和所述第二水平式线性传输装置220平行设置。

本发明一些实施例中，所述第四垂直式线性传输装置140的两端通过安装板分别架设在所述第一水平式线性传输装置210的线性轴电机和所述第二水平式线性传输装置220的线性轴电机上，并在所述第一水平式线性传输装置210和所述第二水平式线性传输装置220的线性轴电机进行线性运动时，所述第四垂直式线性传输装置140随之进行线性运动。

图6为本发明实施例的无尘室高速线性传输装置的控制方法的流程图。所述方法包括步骤：

S0：提供非接触式轴电机和线性驱动器，所述非接触式轴电机包括固定磁性轴和磁线圈，所述固定磁性轴安装在线性传输装置两侧的夹具上，所述线性驱动器与所述非接触式轴电机连接；

S1：通过所述磁线圈为所述非接触式轴电机供电，所述磁线圈设置于所述固定磁性轴的外环面；

S2：通过所述非接触式轴电机纵向驱动一个或多个所述线性驱动器实现预设速度、预设加速度和预定的行程。

因此，本装置和方法提供了一种高效且简单的使用非接触式轴电机，所述非接触式轴电机使用包括具有多种特性的永磁体的磁路驱动。所述线性驱动器是全封闭的，在其外壳两端设置负压吸尘口，以减少粉尘产生。此外，本装置中的所述非接触式轴电机和所述线性驱动器的位置设置为垂直设置和水平设置中的至少一种。

虽然本发明的实施例已经被说明和描述，但是很明显本发明不仅限于这些实施例。在不偏离所述发明范围下，进行大量的修改，改变，变化，替换，和等价物将是显而易见的技术，如权利要求中所述。