直线步进电机

为了解决日益突显的能源、环保问题，新能源行业越来越受到世界各国的关注。锂电池行业作为国家重点扶持新能源项目发展较为迅速。近两年，中央和地方各项扶持政策协同效果逐渐显现,我国的新能源汽车市场出现了超预期发展和增长，并带动了产业链上下游企业的高速增长尤其是锂电池行业, 随着新能源汽车销量的进一步提高，业内预计，2018年锂电池或将进入供应紧张的阶段,强烈的需求对锂电池的产品技术、工艺、性能提出了更高的要求，更进一步凸显了产能的不足。目前国际上大多采用先进的激光焊接技术对锂电池的电池芯及保护板进行焊接。随着制造业的不断发展，大力发展高端制造技术，如何提高激光技术在锂电池制造领域的技术水平、如何升级优化激光焊接设备的整体性能，成为目前各个厂家研究的重点。在运动平台部分，直线电机相较于滚珠丝杆有更优的动态性能，更精密的定位精度及重复定位精度，更高的稳定性，更低的维护成本。用直线电机传动平台替换滚珠丝杆运动平台已成为必然趋势。激光焊接技术特点及难点: 激光焊接是一个将正负极材料、隔膜和电解液等原材料化零为整的融合制造过程，是整个锂电池生产流程中的关键工艺。激光焊接是利用激光束优良的方向性和高功率密度等特点来进行工作的。激光焊接有以下特点：激光功率密度高，可以对高熔点、难熔金属或两种材料进行焊接 聚焦光斑小，加热速度快，作用时间短，热影响区域小，热变形可忽略；激光焊接属于非金属焊接，无机械应力和机械变形；激光焊接装置易于计算机联机，能精确定位，实现自动焊接。锂电池模组通过高效精密的激光焊接可以大大降低接触电阻，降低能耗，提高电池的安全性、可靠性和使用寿命。但激光焊接要求焊件装配精度高，且要求激光束在工件上的位置不能有显著偏移。若焊件装配精度以及激光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾，影响焊接质量。激光焊接技术的特点以及锂电池的结构性能对激光焊接设备的运动平台提出了更高更精密的要求。双轴联动直线电机平台技术特点及难点： 直线电机的本质是把旋转电机平放展开并直接连接到驱动负载上。它能替代例如滚珠丝杠、齿条与齿轮、皮带与皮带轮和减速箱的所有机械传动部分，从而消除了齿隙以及与机械传动相关的问题。具有结构简单、调速范围宽、动态性能优良、定位精度高、安全可靠、运行噪声低、无磨损、免维护以及无限行程等优点。灵猴双轴联动直线电机平台加速度可达5g、重复定位精度可达1μm并且在深度优化结构设计的基础上采用独特自主编写控制算法，跟踪检测速度波动，并作出后续补偿，使双轴直线电机在高速度走曲线小圆弧运动条件下,速度波动在3%以下,轨迹偏差更是在微米级别。完全满足锂电池激光焊接对平台精度、加速度、速度等性能的要求。日前有某激光焊接设备厂商客户的设备运动平台采用的是丝杆模组，但在其加速度为1g、速度提到100mm/s时其设备的焊接质量将无法保证，现需求双轴联动直线电机平台以替代丝杆平台模组并明确要求提供包括圆弧转角在内的跟随误差测试报告，但该客户对直线电机运动平台并不了解，故向我公司寻求解决方案。经过与客户的数次技术交流，在完全理解掌握客户设备的特性信息后设计了初版双轴联动直线电机运动平台模组，但是其要求的运动平台的运动轨迹的圆弧转角要求较小，且其速度及精度要求较高，经过我司对双轴联动直线电机平台的结构优化，定制化编写算法控制上下两轴的耦合，经过详细的系统测试，最终满足客户的需求，升级优化了客户的激光焊接设备，使其设备的焊接速度、精度以及稳定性在同行业处于领先地位。客户要求如下：[b]直线电机需求表 [/b]客户名称：[u] 某激光焊接设备集成 [/u]运用行业：[u] 锂电池激光焊接 [/u]联系人电话：[u] [/u]电子邮箱：[u] [/u]运动轴运动方式 ：□水平 √ □垂直速度规划曲线：□1/3-1/3-1/3梯形波 √ □1/2-1/2三角形波总的运动行程：[u] 上轴270mm、下轴300mm [/u]mm总的运行时间：[u] 1.8s [/u]s最大运行速度：[u] 0.5 [/u]m/s最大运行加速度：[u] 3g [/u]m/s2负载重量：[u] 30 [/u]kg精度定位精度：[u] ±5 [/u]μm重复定位精度：[u] ±1 [/u]μm分辨率：[u] 0.1 [/u]μm放大器和电源最大电流：[u] 6.3 [/u]A电压：[u] 220 [/u]VAC □50 Hz √ □60Hz使用环境环境温度：[u] 室温 [/u]℃最大允许温升：[u] 130 [/u]℃是否在无尘环境中： □是 √ □否是否允许水冷或空气冷却：□是 □否 √是否是真空环境： □是 √ □否硬件总体设计及验证系统配置: 双轴联动直线电机运动平台主要由:直线电机、检测反馈、驱动控制，防护装置四部分组成。该运动平台选用无铁芯直线电机，运动平滑无齿槽力；检测反馈由光栅或磁栅、霍尔、温控组成；此平台模组选用的是高创驱动器，防护装置由风琴防护罩、高性能拖链、光电传感器、优力胶硬限位组成，充分保护运动平台的安全可靠性。模型效果如图2所示： [img=十字滑台,554,415]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708311009_01_3294819_3.jpg[/img][align=center]图1:双轴联动模组模型[/align]双轴联动直线电机主要性能参数如图3所示： [img=,327,290]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708311010_01_3294819_3.jpg[/img][align=center]图2:双轴联动模组性能参数[/align]验证测试根据客户设备的运动特点及轨迹，为保证客户设备在运行过程中的稳定性及可靠性，我们多次做了过需求验证并出具了相关的验证报告，运动平台的各项参数均符合客户需求，并做了相当于设备连续运行1.5年的耐疲劳测试，各项参数均无异常。经过多次技术交流、结构优化、测试验证，灵猴双轴联动直线电机运动平台仅在两周的时间就达到了客户的要求，满足了交付条件并实时在客户现场调试安装，直到客户设备完全出货,我们还积极跟踪我司产品在客户设备终端的运行状况以及各项数据,实时为客户设备提供可靠性报告。该客户“非标私人订制”的双轴联动直线电机运动平台模组上下两轴均采用自主研发的BUM系列无铁芯直线电机，该系列直线电机具有高推力、低运动质量、无齿槽效应、无磁吸力等特点，特别是在走曲线圆弧轨迹时，可实现高速度小圆弧转角下的低速度波动。在使用了双轴联动直线电机运动平台后，使其焊接速度提高50%，提高了其圆弧转角处的焊接质量，升级优化了客户整体设备的性能，提高客户设备销量的同时也增加了直线电机模组的销量，真正实现了双赢价值。直线电机平台模组除上述应用外，还有在医疗行业应用的超薄十字蛇形运动平台模组，其整体尺寸大小仅有圆珠笔大小；在3C行业中的视觉检测以及点胶平台上的快速移动的四轴联动直线电机模组；在机床以及快速搬运行业的LPS系列单轴平台模组；可以完全直接替换丝杆的SP标准系列单轴平台模组等等。随着制造行业越来越苛刻的要求，现代先进制造装备向着高速度、高精度、快响应、大行程的趋势发展。这必然要求一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统，由于传统的进给方式—“旋转电机+ 滚珠丝杠”需要联轴器、丝杠等中间传递环节，造成整体系统刚性不够、弹性变形严重，又因为该“间接传动”中丝杠精度很难提高、存在反向间隙等缺点，使得传统的进给系统无法达到上述要求。相对而言，直线电机具有结构简单、安装方便、无接触、无磨损等优点，并在精度、重复定位精度、刚度、工作寿命等其他性能指标上都优于旋转电机。其主要推广与高速、高精等旋转电机无法满足要求的场合。现代直线电机技术日益成熟，其势必取代传统的“旋转电机+ 丝杠”的传动模式。

[align=center][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]常用执行器[/font][font=宋体]——步进电机[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体]步进电机可以将数字脉冲信号直接转换为固定数值的机械角位移，并可以自动产生定位转矩使转轴锁定的机电转换执行装置。其结构简单、使用方便、容易控制、无位置误差的积累，适用于低速、小功率的数字化驱动系统。现代[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的自动进样器、柱箱门控制等部件单元中，较多使用步进电机进行机械部件的驱动和定位。[/font][align=center][font=宋体]简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体]步进电机是一种将电脉冲转换为角位移的执行器，向其输入一个脉冲信号时，步进电机就会按照该设定的方向移动一个确定的角度，步进电机的旋转是以固定角度[/font][font=宋体]“一步一步”运行。日常生活中使用的石英表的指针就是靠一种微型的步进电机进行驱动。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]目前常用的步进电机分为反应式步进电机（[/font][font=宋体]VR）、永磁式步进电机（PM）和混合式步进电机（HB）和单向式步进电机等。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]1为三相反应式步进电机的原理图，定子安装有星形连接方式的A-A`\B-B`\C-C`三相绕组，转子为磁性材料制成。[/font][/font][align=center][img=,445,182]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307192302060299_9313_1604036_3.jpg!w690x282.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]1 三相反应式步进电机原理图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]当仅有[/font][font=宋体]A相绕组供电时，气隙磁场与A相绕组重合，如图1左所示，转子受磁场作用下，旋转至与A相绕组轴线对齐的位置，此时转子亦具有自锁功能。如果系统由A相供电转换为B相供电，转子即旋转至与B绕组轴线对齐的位置，如图1右所示。三相绕组轮流通电，定子磁场轴线延A-B-C方向依次旋转60°，步进电机的转子也跟随磁场转过同样角度，该角度称为步距角。如果三相绕组通电的顺序发生改变，步进电机即可反向发生旋转。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]步进电机靠转子和定子的两个磁极之间的吸引力实现转动，定子和转子的磁极事先错开一定角度，如图[/font][font=宋体]2所示。实际的步进电机可以采用增加电机相数和电路细分等辅助手段，实现步距角的进一步缩小（可以小于1°），以实现更为精密的角度位移控制。[/font][/font][align=center][img=,234,252]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307192302193847_4963_1604036_3.jpg!w351x378.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]2 步进电机的转子和定子示意图[/font][/font][/align][font=宋体]步进电机一般采用开环方式控制，系统向步进电机发出确定的脉冲信号，如果由于外界因素（例如负载较重）发生电机与脉冲不同步现象，电机的转动角度就会发生错误，最终造成步进电机所驱动部件的位置或者位移错误。步进电机作为仪器系统的驱动部件，一般情况下需要与位置传感器共同构成反馈系统，以实现精确可靠的机械运动控制。[/font][font=宋体][font=宋体]自动进样器的传动螺杆、光杠、导轨等部件长期运行后会由于灰尘、油污、腐蚀等原因造成出传动机构阻力较大，可能会导致步进电机驱动中的[/font][font=宋体]“失步”现象。[/font][/font][font=宋体]常用的位置传感器有微动开关、光电传感器、霍尔元件等，用来确定步进电机运行系统的原点或终点。光电码盘、滑动变阻器等传感器与步进电机联合使用，可以实现步进电机的更加精细和精确的运行。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]简单叙述步进电机工作原理和使用特点。[/font]

步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用,同时步进电机实现伺服控制，也成为伺服电机的最佳替代方案。用户需要傻瓜化的指令来高精度的控制电机，优爱宝推出了多款产品更好的适应中国用户的使用需求。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/04/201404281624_497645_2851234_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/04/201404281624_497646_2851234_3.jpgUIM241产品用户直接通过上位机发指令即可完成控制步进电机http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/04/201404281624_497648_2851234_3.jpgUIM242产品用户直接通过上位机发指令即可完成控制步进电机，并且通过两根线完成CAN组网。除了上述用PC机直接控制之外，UIROBOT还有如下产品可满足用户的需求：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/04/201404281624_497647_2851234_3.jpg以上UIM243产品用户直接使用旋钮调速、电压调速。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/04/201404281625_497649_2851234_3.jpgUIM240产品属于脉冲方向驱动器，直接使用PLC发脉冲控制利用优爱宝的UIROBOT使得开发自主知识产权的机器和使用步进电机变得更为便捷与快速

[align=center][img=电动针阀（电动针型阀）,599,513]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212250264749_7239_3384_3.gif!w599x513.jpg[/img][/align][size=18px][color=#990000]一、简介[/color][/size] 用于比例流量调节的NCNV系列数控电动针阀将步进电机的精度和可重复性优势与针阀的线性和分辨率相结合，其结果是具有小于2%滞后、2%线性、1%重复性和0.2%分辨率的可调流量控制，使这些电动阀门成为医疗、生命科学和高级自动化应用中一致、高性能气体传输和控制的理想选择，是目前常用电磁比例阀的升级产品。与依阳公司VPC2021系列真空压力控制器相结合，可构成快速准确的闭环控制系统。[size=18px][color=#990000]二、特点和优势[/color][/size] （1）多规格节流面积：从低流量的直径0.9mm（0~50L/min气体）到高流量的直径4.10mm（0到660 L/min气体）的多种规格针阀节流面积，可满足不同的应用需要。 （2）高度线性：小于2%的线性度，简化了查表或外部控制硬件和软件的配套，简化了命令输入和流量输出之间的关系。 （3）高重复性：通过每次达到0.1%的相同流量，NCNV系列电动针阀可提供长期稳定的一致性。 （4）宽压力范围：通过5或7bar巴的真空，取决于孔的大小，入口环境可覆盖宽泛的压力范围。电机的刚度和功率确保阀门在相同的输入指令下打开，与压力无关。 （5）低迟滞：小于2%的迟滞使积分和编程变得简单，在增加和减少达到设定点时能提供一致的流量。 （6）高分辨率：0.2%的分辨率允许NCNV系列电动针阀根据调节指令的微小变化进行最小流量调整，提供了出色的可控性。 （7）快速响应：整个行程时间小于1秒，由此可提供及时快速的流量调节和控制。[size=18px][color=#990000]三、技术指标和尺寸[/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000][img=电动针阀技术指标,690,452]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212253271035_4363_3384_3.png!w690x452.jpg[/img][/color][/size][/align][align=center][size=18px][color=#990000][img=电动针阀外形尺寸,690,422]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212253521961_2022_3384_3.png!w690x422.jpg[/img][/color][/size][/align][size=18px][color=#990000]四、驱动模块附件[/color][/size] NCNV 系列数控电动针阀配备了一个步进电机驱动电路模块，以提供了所需电源和控制信号，並以将直流信号转换为双极步进电机的步进控制，同时也可提供 RS485 串口通讯的直接控制。[align=center][img=电动针阀步进电机驱动模块和尺寸,690,219]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106212254366571_5829_3384_3.png!w690x219.jpg[/img][/align][size=18px][color=#990000]五、典型应用[/color][/size]（1）[url=https://bbs.instrument.com.cn/topic/7801687]用于小流量和真空压力高精度调节的灵巧型数控电动针阀[/url]

[color=#ff0000]摘要：针对目前气腹机的气压和流量调节控制精度较差的问题，本文提出了精度更高的气压和流量控制方法，并详细介绍了控制方法的详细内容和关键部件步进电机驱动比例阀的详细技术指标。通过这种新型的技术手段结合PID控制器可将压力和流量控制精度提高到±2%以内，且能进行任意点设定控制和全程自动运行。[/color][align=center][/align][align=center][color=#ff0000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][align=center][/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]气腹机是内窥镜腹腔手术时的必备设备，其作用是建立人工气腹，向腹腔内充入一定压力的二氧化碳使腹壁与脏器分开，并保持腹腔内的压力为手术提供足够的操作空间，且可以避免穿剌套管刺人腹腔时损伤脏器。在手术期间，需要根据不同的手术部位、腔体大小、病人体质、成人儿童等情况对二氧化碳的充入量或腹腔压力进行精确和精细化控制。目前市场上各种气腹机的气压和流量调节控制技术指标为：（1）气压调节范围：0~4kPa（30mmHg）。（2）气压控制精度：±15%。（3）流量调节范围：0~30L/min。（4）流量调节精度：±20%。从上述技术指标可以看出，目前气腹机的气压和流量调节精度较差，二氧化碳的排放量也较高。本文将针对气腹机存在的测控精度差的问题，提出精度更高的气压和流量控制方法，并详细介绍了控制方法的详细内容和关键部件步进电机驱动比例阀的详细技术指标。通过这种新型的技术手段可将压力和流量控制精度提高到±2%以内，且能最大限度减少二氧化碳排放量和全程自动运行。[size=18px][color=#ff0000]二、当前气腹机压力和流量控制方法及其改进[/color][/size]目前气腹机的压力和流量调节控制原理基本都基于动态平衡的流量调节法，如图1所示，即在腹腔上插入两根气腹针用作进气和出气通道，通过调节阀改变进气和出气流量使得气体在腹腔内达到一种动态平衡。[align=center][img=气腹机压力控制,500,76]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206291707134807_247_3384_3.png!w690x106.jpg[/img][/align][align=center]图1 气腹机压力和流量调节控制原理[/align]由于气腹机的充气压力是略大于一个标准大气压的正压，因此在气腹机控压过程中，只需进气保持固定的微小流量而单独调节出气流量就可将压力精确控制到设定值。如果在按照设定值进行压力控制的同时还需按照要求控制出气流量，则需同时对进气和出气流量进行调节，这在不采用PID控制时很难实现，这也是很多目前气腹机控制精度差的主要原因，因此要保证气腹机压力和流量的控制精度和稳定性，最好能采用PID控制方法对进气和出气流量进行调节。另外，气腹机的控制精度受PID控制算法的影响之外，还会受到进气和出气调节阀的精度和压力传感器测量精度的严重影响。目前压力传感器可以做到很高精度和很小体积的芯片形式，这不在本文讨论范围之内，以下主要讨论调节阀的改进以提高气腹机控制精度。从图1可以看出，在进气和排气端分别配置一个调节阀。目前的调节阀主要有两种形式，一种是开关阀，即通过使阀门高频率的开启和关闭来进行流量调节；另一种是开度阀，即通过改变阀门的开度大小来渐变型的进行流量调节。通过在进气和出气端分别配置高频开关阀确实也能实现腹腔压力精密控制的效果，但无法对出气流量进行准确控制。因此，本文提出的改进方法是采用步进电机驱动的开度阀同时实现压力和流量的精密控制，整个控制装置的结构如图2所示。[align=center][img=气腹机压力控制,600,314]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206291707359411_2708_3384_3.png!w690x362.jpg[/img][/align][align=center]图2 改进后的气腹机压力和流量控制装置结构示意图[/align]从图2可以看出，在进行压力控制的情况下，可以固定进气比例阀的开度，PID控制器会根据压力设定值和压力传感器测量值自动调节出气比例阀，使得腹腔压力快速达到设定压力并恒定，同时也会根据腹腔的漏气情况自动调节出气比例阀使得腹腔压力始终保持稳定。在压力和流量同时需要控制的情况下，可以固定出气比例阀的开度（此开度大小根据设定压力和流量计算得到），PID控制器会根据压力设定值和压力传感器测量值自动调节进气比例阀，使得腹腔压力快速达到设定压力并恒定，在压力稳定后相应的出气流量也达到稳定。从上述改进方案可以看出，要实现进气和出气比例阀的同时控制，配置了双通道PID控制器，每一通道都具有正反向控制功能，由此可实现任意设定点的压力和流量自动控制。此改进方案的核心部件是步进电机驱动的小流量比例阀，型号为NCNV-20，其阀芯节流内径为0.9mm、响应时间（全关到全开）为0.8s、耐压为7bar、最大流量为50L/min、流量分辨率为0.1L/min、线性度为±2%、步进电机位移分辨率（单步长）为12.7um、控制信号为模拟信号0~10VDC和工作电源电压24VDC（小于12W）。[size=18px][color=#ff0000]三、总结[/color][/size]本文提出的气腹机压力和流量精密控制改进方案采用了标准的动态平衡控制方法，通过采用进气和出气流量的自动调节、双通道PID控制器和步进电机驱动的小流量比例阀，可同时实现对气腹机压力和流量的精密控制，控制精度可达到±2%以内，且不受腹腔漏气等因素影响。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

仪器为AB 4500 克百威的离子对是222 165/123 DP：70 CE:17/291. 克百威标液浓度为0.005ug/mL、0.01ug/mL、0.05ug/mL、0.1ug/mL、0.2ug/mL。直线r=0.98 混标24种标液，其它直线可以达到0.995以上2. 流动相为纯水+0.005%甲酸+1mM甲酸铵，有机相为纯甲醇。3. 用纯甲醇配制直线，用样品基质配制直线，直线都很差。4. 同时做不直的还有速灭威、辛硫磷，负离子模式下有氟甲腈、氟虫腈硫醚、氟虫腈砜等。5. 不用怀疑配直线的手法，因为其它农药直线很好，做的是24种混标。6. 进样量为5uL。进样量为1uL时也试过，也是这个样子。[img=,527,140]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204071148489957_5150_1645480_3.jpg!w527x140.jpg[/img][img=,690,246]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204071148496446_2797_1645480_3.jpg!w690x246.jpg[/img]

有组峰的菊酯类农药做直线时，线性如何？我用23200.113中标准曲线来制作，其它的还可以，菊酯类的直线不成线性，比如氟胺氰菊酯、氟氰戊菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯等，这是怎么回事？大家晒晒自己做的直线。[img=,690,172]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/12/201812122213303365_6873_1645480_3.png!w690x172.jpg[/img]