直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用
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张连第
，卢荣胜，李振风
（ 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009）
摘
要
： 以安川直线伺服电机在表面缺陷视觉检测系统中的应用为例，介绍了多轴直线伺服电机在精密驱动与定位
平台中的应用技术
，分析了直线伺服电机和伺服驱动器的定位与运动性能，论述了安川直线伺服电机驱动系
统运行的实现方法
，包括系统的初始化、编写运动程序，将 HMI、运动控制器和 PC 组成局域网，实现三者之间
数据查看与修改
，及远程控制多轴电机运行、查看实时运行情况和对报警进行处理等功能。
关键词
： 缺陷检测； 直线电机； 运动控制器； 工业以太网
中图分类号
： TM33
文献标识码
： A
文章编号
： 1007 － 4414（ 2012） 02 － 0172 － 03
The application of linear servo motor in precision driving and positioning system
Zhang Lian － di，Lu Rong － sheng，Li Zhen － feng
（ School of instrumentation science and opto － electronic engineering，Hefei university of technology，Hefei Anhui 230009，China）
Abstract： The application techniques of multi － axis drive linear servo motors in precision driving and positioning system are
illustrated with the exemplification of Yaskawa linear servo motor used in a surface defects visual inspection system． The posi-
tioning and movement performances of the linear servo motor and servo drive are analyzed． The implementation methods are
given，including the system initialization，movement programming，local area network（ LAN） configuration of HMI and motion
controller as well as PC，remote control of multi － axis motor running，examination of real － time operation，handling of alarm
function，etc．
Key words： defect detection； linear servomotors； motion servo controller； industrial ethernet
1
引
言
随着机器视觉检测技术的发展和创新
，缺陷在线
检测技术在金属制造、玻璃生产、电路板制板以及液
晶面板等检测领域得到广泛的应用。在传统的缺陷
检测系统中
，往往采用步进电机或交流伺服电机等旋
转电机
，再加上滚珠丝杠、齿轮等机械装置，实现直线
驱动相机、被测物等定位
，机械结构比较复杂，检测过
程中定位精度低
，直线速度限制为 0． 5 ～ 0． 7 （ m /s） ，
响应慢
，系统保养和维护费用高等，均使得缺陷检测
的项目和精度很难达到现在工业和市场的要求。而
近十几年
，直线伺服电机精密控制系统成为一种新型
进给传动方式
，由于其驱动力直接传递实现了在具有
很高动态性能的同时达到很高的精度并且避免过冲
现象
； 因其只在导轨间存在机械接触和摩擦，故定位
精度和重复精度高且不受行程加长的影响
； 动力在气
隙中产生
，运行平稳，调速范围宽，可实现 2 ～ 5（ m /s）
的高速度运行
； 较好的动、静态性能等优势
［1］
，直线
电机驱动系统作为一种崭新的进给驱动方式已呈现
出极大的生命力
，已经在高精度加工数控机床、机器
人等工业场合得到广泛的应用
［2］
。
笔者以安川直线伺服电机在表面缺陷视觉检测
系统中应用为例
，介绍了多轴直线伺服电机在精密驱
动与定位平台中的应用技术
，论述了局域网内控制直
线伺服电机驱动系统运行的实现方法。
2
多轴精密驱动与定位平台
图 1 和图 2 是设计的用于表面缺陷视觉检测的
多轴精密驱动与定位平台方案示意图
，该平台共包括
两部分
： ①相机高速高精度往返定位系统，即将相机
固定到直线电机上
，在直线电机的驱动下，以平稳的
速度往返扫描被测物
，而不受被测物二维尺寸变化的
影响
，如图 1 所示； ②基于气浮的被测物进给系统，被
测物在气浮的作用下
，在双直线电机的驱动下，平稳、
高速的通过相机视场
，平台与被测物的接触仅限于固
定到直线电机上的两接触位置
，可以减少扫描过程中
对被测物的二次损坏
，如图 2 所示。
在相机高速高精度往返定位系统中
，为避免直线
电机中的强磁场对相机的影响
，将相机固定到一机械
架上
，并将该架分别固定到工作台 2 与 3 上，在该系
统中
，将轴 X 固定到轴 Y
1
工作台 1 与轴 Y
2
工作台 4
上面
，工作台 1 与 2 分别由电机（ 初级） 驱动，实现工
作台 1 和 4 同步驱动轴 X 在 Y 方向上移动定位
，及轴
X 上工作台 2 与 3 通过机械架同步驱动多个线性相
·
2
7
1
·
检测与控制
2012 年第 2 期
（ 总第 118 期）
·机械研究与应用·
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基金项目：国家科技支撑计划项目
（ 编号： 2011BAK15B07） 项目资助； 国家自然科学基金（ 编号： 50875074） 资助项目。
收稿日期：2012 － 02 － 23
作者简介：张连第
（ 1985 － ） ，男，山东泰安人，在读硕士，研究方向： 精密测试技术及仪器。