机在 X 方向上移动。直线伺服电机长度约为 1． 5m

，

如此设计可以实现大范围、高速度、高稳定性的图像
扫描。在被测物送给系统中

，被测物置于气浮平台

上

，由两侧同步运行的两直线伺服电机驱动，位移精

度要求达到 3 个 μm。其结构示意图如图 2 所示。

图 1

相机高速高精度往返定位系统

图 2

被测物送给系统

3

直线伺服电机的选择

典型的直线伺服电机的结构如图 3 所示。在机

械结构设计上初级侧和次级侧之间产生较大的磁吸

引力

，可作为对轴承的预压压力使用，利用伴随吸引

力而产生的摩擦力

，可减小减速推力等优点。在直线

伺服电机侧安有霍尔传感器的基础上

，同时安装位置

测量系统

，实现高速高精度的定位反馈控制。

图 3

直线伺服电机结构图

目前世界上制造直线伺服电机及其驱动系统的

知名供应商和产品主要有

： 德国 Siemens 公司 1FN 系

列、安川公司 SGL 系列、三菱公司 LM 系列、科尔摩根

公司直接驱动直线

（ DDL） 电机

［2］

等。其中安川公司

是研发、生产交流伺服驱动器最早的企业之一

，其产

品的技术性能居全世界领先水平

，且与西门子、三菱

公司等关注通用化和大众化相比

，更注重特殊场合的

应用

，如晶片切片检测、离子注入、坐标测量检测机器

和飞行模拟器等场合。

直线电机基本结构中

，安川直线电机提供霍尔效

应装置驱动电子器件实现直线电机换向的同时

，配有

雷尼绍直线编码器实现位置反馈

，大大提高了定位精

度和重复精度

； 在伺服放大器方面，兼容高性能 SG-

DH 系列伺服驱动器

，采用速度环、电流环和位置环

的三闭环反馈控制

，且能实时处理光栅读数头反馈信

号

； 在定位精度上，仅受反馈信号分辨率的限制，雷尼

绍 RGH41B 光栅尺读数头反馈的模拟信号

，其分辨

率可达到 0． 078μm / pulse，故完全满足缺陷检测平
台的定位要求

； 另外，SGDH 驱动器附加 NS115 模块

后

，可通过 Mechatrolink － II 现场总线网络技术与上

级控制器实现总线控制结构

，该技术采用 OSI 参考模

型的物理层、数据链路层和应用层的三层结构

，网络

传输波特率可达到 10Mbps

，帧长度为 17 /32 位，传输

周期为 2ms

，并可以通过该网络控制东方电机等企业

的产品。因此

，选用了安川直线电机的驱动器，可较

好地满足该检测平台的推力、速度和定位精度等要
求

，并采用先进的现场总线网络技术，简化系统结构、

节约硬件设备和安装维护费用。

4

直线伺服电机运行实现

图 1、

2 所示的平台选用了五条安川 SGLFW 型直

线伺服电机和∑Ⅱ系列安川伺服驱动 SGDH － 08AE

－ S。如图 4 所示

，将四轴伺服驱动器通过 Mecha-

trolink － II 现场网络技术以总线方式与上位控制装置

MP2300 连接

，并将控制器 MP2300、人机界面 HMI 和

计算机通过集线器组成局域网。

图 4

系统连接示意图

其中

，运动控制器 MP2300 采用了选配槽结构，

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·机械研究与应用·

2012 年第 2 期

（ 总第 118 期）

检测与控制