一种LED显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台

一种led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台
技术领域
本发明涉及一种显示芯片运动平台，尤其涉及一种led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，特别是一种同时具备高运动定位精度、高动态响应速度、高控制带宽能力和360
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方位角调整能力的六自由度洛伦兹悬浮快速运动定位平台，特别适用于mini/micro led显示屏led芯片坏点修复。


背景技术：

显示芯片是具有显示功能的芯片，由其制备的显示屏作为人类视觉的延伸，是新一代自动化智能化装备的重要组成部分。由数十微米尺寸的mini/micro led芯片集成的显示屏具有超高解析度、高亮度、超省电、无拼接缝隙及快响应等优点，是继lcd和oled技术之后全新颇具活力的显示技术。mini/micro led显示板生产的工艺流程链长且复杂，涉及芯片的制备、分选、转移、固晶、封装等环节，容易造成一定比例的芯片损伤，降低了显示效果，故需对显示屏坏点进行精准快速检测与修复。mini/micro led显示屏由一定数量显示板拼接而成。拼接前利用点亮机对显示板上rgb三种显示颜色的芯片分批次进行通电点亮，利用工业ccd识别坏点led芯片信息。随后，将含坏点led芯片的显示板固定在修复机快速运动定位平台上，利用平台光栅尺快速找到坏点位置，通过对坏点位置升温融胶，软化封装环氧树脂，快速精准取出坏点led芯片，同时补放转移正常led芯片，进行显示板固晶，完成坏点led显示板的快速检测与修复。led芯片坏点的精准定位、拾取、补放耗时量大，是制约led芯片修复效果和修复效率提升的关键所在，迫切需要提升快速运动定位平台的快速运动能力和快速定位能力。运动定位平台通常采用机械丝杠导轨、气体悬浮、液体悬浮、磁力悬浮等四种支承方式。气浮平台运动速度快，但定位速度偏低，且承载力不足。机械旋转丝杠平台利用丝杠旋转间接实现直线运动，运动过程中存在摩擦磨损和较大运动回程间隙，运动响应慢且运动定位精度低。机械直线导轨平台采用两个正交安装直线电机，驱动平台在平面内快速运动定位，其导轨为细长结构，支承刚度不足且存在摩擦，当加速度超过3倍重力加速度时，平台存在明显颤振。磁悬浮平台利用磁轴承非接触支撑，消除了机械接触和摩擦磨损，具有振动控制与振动抑制功能，具有较强的运动定位能力。磁悬浮快速运动定位平台分为磁阻力驱动型和洛伦兹力驱动型。授权美国专利us.4088018所述的magnetic suspension and pointing system，采用磁阻力磁轴承悬浮驱动平台动子，实现平台的精密悬浮运动定位。由于磁阻力磁轴承悬浮驱动力与磁通成平方关系，即力与电流成非线性，且存在位移负刚度，降低了平台悬浮运动定位精度、动态响应速度和控制带宽。授权美国专利us6003230所述的magnetic positioner having a single moving part，首次采用高线性度洛伦兹力磁轴承实现平台六自由度悬浮驱动。鉴于洛伦兹力磁轴承力与电流成线性关系，且无位移刚度，大幅提升了平台运动定位精度、动态响应速度和控制带宽，但其方位角行程不足0.5
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，方位调整能力不足。授权专利201911327508.1所述的一种六自由度磁悬浮转台、控制系统及方法，采用圆周型halbach磁
铁阵列与无铁芯圆周型线圈阵列相结合的方式，实现平台的五自由度悬浮和360
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方位驱动，方位调整能力强，但其悬浮驱动力为磁阻力，制约了平台运动定位精度、动态响应速度和控制带宽的提升。有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种新型高运动定位精度、高动态响应、高控制带宽的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，可实现方位角360
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调整，用于mini/micro led显示屏led芯片坏点修复，以解决现有技术中存在的上述技术问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，主要由动子系统和定子系统两部分组成，动子系统主要包括：台面1、光电码盘2转子组件、外动子组件3和内动子组件4；定子系统主要包括：光电码盘2定子组件、支撑座5、轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件、轴向位移传感器骨架8、左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c、后轴向位移传感器9d、左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c、后径向位移传感器10d、侧万向滚珠保护轴承11a、上万向滚珠保护轴承11b、下万向滚珠保护轴承11c；台面1位于光电码盘2转子组件的轴向下端，台面1位于外动子组件3和内动子组件4的轴向上端，光电码盘2转子组件位于台面1的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在台面1上，外动子组件3位于台面1下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面1上，内动子组件4位于台面1下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面1上，支撑座5位于台面1、光电码盘2转子组件、外动子组件3和内动子组件4的径向外侧，支撑座5位于外动子组件3和内动子组件4的轴向下端，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件位于外动子组件3的径向内侧和内动子组件4的径向外侧，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6位于支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件位于内动子组件4的轴向正下方和支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，轴向位移传感器骨架8位于台面1、光电码盘2转子组件和支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d位于台面1的轴向上端，左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d成正交布置，分别通过螺纹配合安装在轴向位移传感器骨架8的下端正左方、下端正右方、下端正前方和下端正后方，光电码盘2定子组件位于台面1和光电码盘2转子组件的轴向上端，光电码盘2定子组件位于左轴向位移传感器9a的径向内侧，并通过紧固螺钉安装在轴向位移传感器骨架8的下端，左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d位于外动子组件3的径向外侧和支撑座5的径向内侧，左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d成正交布置，分别位于支撑座5的内侧正左方、内侧正右方、内侧正前方和内侧正后方，分别通过螺纹配合安装在支撑座5上，侧万向滚珠保护轴承11a位于外动子组件3的径向外侧和支撑座5的径向内侧，并通过螺纹配合安装在支撑座5上，侧万向滚珠保护轴承11a位于左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器
10d的下方，上万向滚珠保护轴承11b位于左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d的外侧，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器器骨架8的下端，下万向滚珠保护轴承11c位于外动子组件3轴向下端和轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的底部上端，并通过螺纹配合安装在轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的底部上，外动子组件3的内圆柱面与内动子组件4的外圆柱面留有一定的柱壳间隙，形成径向柱壳气隙12，内动子组件4的下端平面与径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件的上端平面留有一定的薄壁间隙，形成轴向薄壁间隙13，外动子组件3的外圆柱面与侧万向滚珠保护轴承11a的滚珠接触点留有一定间隙，形成径向保护间隙14a，台面1的上端面与上万向滚珠保护轴承11b的滚珠接触点留有一定间隙，形成上轴向保护间隙14b，外动子组件3的下端面与下万向滚珠保护轴承11c的滚珠接触点留有一定间隙，形成下轴向保护间隙14c。与现有技术相比，本发明所提供的本发明的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，采用了洛伦兹力实现平台系统六自由度悬浮驱动，与磁阻力驱动型磁悬浮快速运动定位平台相比，具有更高运动定位精度、动态响应速度、控制带宽；与现有洛伦兹力驱动型磁悬浮快速运动定位平台相比，将方位角调整角度从不足0.5
°
提升至360
°
全方位角，大幅提升了平台方位调整能力。
附图说明
图1为本发明技术解决方案的结构示意图；图2为本发明技术解决方案的动子系统的剖视图；图3a为本发明技术解决方案的定子系统的剖视图；图3b为本发明技术解决方案的定子系统的三维结构示意图；图4为本发明技术解决方案的外动子组件的剖视图；图5a为本发明技术解决方案的内动子组件的剖视图；图5b为本发明技术解决方案的内动子组件的三维结构示意图；图6a为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件的剖视图；图6b为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件的三维结构示意图；图7a为本发明技术解决方案的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件的剖视图；图7b为本发明技术解决方案的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件的三维结构示意图；图8a为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承的沿径向x向剖视图；图8b为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承的沿径向y向剖视图；图9a为本发明技术解决方案的径向平动周向旋转洛伦兹磁轴承的剖视图；图9b为本发明技术解决方案的径向平动周向旋转洛伦兹磁轴承的动子halbach永
磁体阵列充磁方向示意图。
具体实施方式
下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明的技术解决方案为：一种led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，主要由动子系统和定子系统两部分组成，其特征在于，动子系统主要包括：台面、光电码盘转子组件、外动子组件和内动子组件；定子系统主要包括：光电码盘定子组件、支撑座、轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件、轴向位移传感器骨架、左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器、后轴向位移传感器、左径向位移传感器、右径向
位移传感器、前径向位移传感器、后径向位移传感器、侧万向滚珠保护轴承、上万向滚珠保护轴承、下万向滚珠保护轴承；台面位于光电码盘转子组件的轴向下端，台面位于外动子组件和内动子组件的轴向上端，光电码盘转子组件位于台面的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在台面上，外动子组件位于台面下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面上，内动子组件位于台面下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面上，支撑座位于台面、光电码盘转子组件、外动子组件和内动子组件的径向外侧，支撑座位于外动子组件和内动子组件的轴向下端，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件位于外动子组件的径向内侧和内动子组件的径向外侧，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承位于支撑座的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座上，径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件位于内动子组件的轴向正下方和支撑座的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座上，轴向位移传感器骨架位于台面、光电码盘转子组件和支撑座的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座上，左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器和后轴向位移传感器位于台面的轴向上端，左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器和后轴向位移传感器成正交布置，分别通过螺纹配合安装在轴向位移传感器骨架的下端正左方、下端正右方、下端正前方和下端正后方，光电码盘定子组件位于台面和光电码盘转子组件的轴向上端，光电码盘定子组件位于左轴向位移传感器的径向内侧，并通过紧固螺钉安装在轴向位移传感器骨架的下端，左径向位移传感器、右径向位移传感器、前径向位移传感器和后径向位移传感器位于外动子组件的径向外侧和支撑座的径向内侧，左径向位移传感器、右径向位移传感器、前径向位移传感器和后径向位移传感器成正交布置，分别位于支撑座的内侧正左方、内侧正右方、内侧正前方和内侧正后方，分别通过螺纹配合安装在支撑座上，侧万向滚珠保护轴承位于外动子组件的径向外侧和支撑座的径向内侧，并通过螺纹配合安装在支撑座上，侧万向滚珠保护轴承位于左径向位移传感器、右径向位移传感器、前径向位移传感器和后径向位移传感器的下方，上万向滚珠保护轴承位于左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器和后轴向位移传感器的外侧，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器器骨架的下端，下万向滚珠保护轴承位于外动子组件轴向下端和轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件的底部上端，并通过螺纹配合安装在轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件的底部上，外动子组件的内圆柱面与内动子组件的外圆柱面留有一定的柱壳间隙，形成径向柱壳气隙，内动子组件的下端平面与径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件的上端平面留有一定的薄壁间隙，形成轴向薄壁间隙，外动子组件的外圆柱面与侧万向滚珠保护轴承的滚珠接触点留有一定间隙，形成径向保护间隙，台面的上端面与上万向滚珠保护轴承的滚珠接触点留有一定间隙，形成上轴向保护间隙，外动子组件的下端面与下万向滚珠保护轴承的滚珠接触点留有一定间隙，形成下轴向保护间隙。所述的外动子组件主要包括，外导磁环、上外磁钢和下外磁钢。所述的内动子组件主要包括，内导磁环、上内磁钢、下内磁钢、径向充磁永磁体、轴向充磁永磁体、隔磁体和轴向旋转永磁体。所述的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件主要包括，左径向偏转绕组、右径向偏转绕组、前径向偏转绕组、后径向偏转绕组、上轴向悬浮绕组、下轴向悬浮绕组和骨架。所述的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件主要包括，径向绕组装配环、径
向平移绕组和轴向旋转绕组。所述的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承的外磁钢、下外磁钢、上内磁钢和下内磁钢的充磁方向依次为：内s外n、内n外s、内s外n、内n外s或内n外s、内s外n、内n外s、内s外n。所述的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承的左扇形halbach永磁阵列、右扇形halbach永磁阵列、前扇形halbach永磁阵列和后扇形halbach永磁阵列成正交放置，左扇形halbach永磁阵列、右扇形halbach永磁阵列、前扇形halbach永磁阵列和后扇形halbach永磁阵列均有九个同心环状磁钢组成，径向从内至外的充磁方向依次为：内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s或内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n。所述的外动子组件的外导磁环和内动子组件的内导磁环均采用1j22棒材或电工纯铁中的任意一种制成。所述的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件的骨架采用耐高温高强度的聚酰亚胺材料或可加工陶瓷材料中的任意一种制成。所述的左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器、后轴向位移传感器、左径向位移传感器、右径向位移传感器、前径向位移传感器和后径向位移传感器均为电涡流非接触式位移传感器。上述方案的原理是：如图1所示，六自由度洛伦兹平台工作时，在轴向单自由度平动和径向两自由度偏转方向，通过四个轴向位移传感器检测平台动子系统的沿轴向平动位移和绕径向偏转角位移，将其反馈至轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承控制器，并通过控制器调节轴向平动线圈电流和径向偏转线圈电流的大小与方向，实现轴向单自由度平动悬浮和径向两自由度偏转悬浮；在径向两自由度平动和轴向单自由度旋转方向，通过四个径向位移传感器和光电码盘分别检测平台动子系统的沿径向平动位移和绕轴向旋转角位移，将其反馈至径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承控制器，并通过控制器调节径向平动线圈电流和轴向旋转线圈电流的大小与方向，实现径向两自由度平动悬浮和轴向单自由度旋转驱动。当mini/micro led显示屏坏点led芯片与补放led芯片存在一定小角度偏差时，通过led修复机上的ccd相机实时测量偏差角大小，通过径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承控制器，调节轴向旋转线圈电流的大小与方向，驱动mini/micro led显示屏旋转，使坏点led芯片与补放led芯片平行。随后，利用led修复机上的横向水平光栅尺检测坏点led芯片与补放led芯片的横向水平位移，通过径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承控制器，调节径向平动线圈电流的大小与方向，驱动mini/micro led显示屏沿横向水平移动，使坏点led芯片与补放led芯片对准。最后，利用led修复机上的纵向高度光栅尺检测坏点led芯片与补放led芯片的纵向高度差，通过轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承控制器，调节轴向平动线圈电流的大小与方向，驱动mini/micro led显示屏纵向上下运动，实现坏点led芯片位置与补放led芯片位置的重合。由于快速运动定位平台采用高线性度洛伦兹力实现六自由度悬浮驱动，其悬浮驱动力与电流成线性关系，且无位移刚度，大幅提升了平台运动定位精度、动态响应和控制带宽。此外，采用洛伦兹力实现平台动子系统绕轴向360
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全方位高精度快速运动定位，在满足高运动定位精度、高动态响应速度、高控制带宽能力的同时，提高了平台系统的方位调整能力。本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明采用了洛伦兹力实现平台系统六自由度悬浮驱动，与磁阻力驱动型磁悬浮快速运动定位平台相比，具有更高运动定位精度、动态响应速度、控制带宽；与现有洛伦兹力驱动型磁悬浮快速运动定位平台相比，将方位角调整角度从不足0.5
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提升至360
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全方位角，大幅提升了平台方位调整能力。为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。实施例1如图1所示，为本发明技术解决方案的结构示意图，一种led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，主要由动子系统和定子系统两部分组成，动子系统主要包括：台面1、光电码盘2转子组件、外动子组件3和内动子组件4；定子系统主要包括：光电码盘2定子组件、支撑座5、轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件、轴向位移传感器骨架8、左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c、后轴向位移传感器9d、左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c、后径向位移传感器10d、侧万向滚珠保护轴承11a、上万向滚珠保护轴承11b、下万向滚珠保护轴承11c；台面1位于光电码盘2转子组件的轴向下端，台面1位于外动子组件3和内动子组件4的轴向上端，光电码盘2转子组件位于台面1的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在台面1上，外动子组件3位于台面1下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面1上，内动子组件4位于台面1下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面1上，支撑座5位于台面1、光电码盘2转子组件、外动子组件3和内动子组件4的径向外侧，支撑座5位于外动子组件3和内动子组件4的轴向下端，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件位于外动子组件3的径向内侧和内动子组件4的径向外侧，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6位于支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件位于内动子组件4的轴向正下方和支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，轴向位移传感器骨架8位于台面1、光电码盘2转子组件和支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d位于台面1的轴向上端，左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d成正交布置，分别通过螺纹配合安装在轴向位移传感器骨架8的下端正左方、下端正右方、下端正前方和下端正后方，光电码盘2定子组件位于台面1和光电码盘2转子组件的轴向上端，光电码盘2定子组件位于左轴向位移传感器9a的径向内侧，并通过紧固螺钉安装在轴向位移传感器骨架8的下端，左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d位于外动子组件3的径向外侧和支撑座5的径向内侧，左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d成正交布置，分别位于支撑座5的内侧正左方、内侧正右方、内侧正前方和内侧正后方，分别通过螺纹配合安装在支撑座5上，侧万向滚珠保护轴承11a位于外动子组件3的径向外侧和支撑座5的径向内侧，并通过螺纹配合安装在支撑座5上，侧万向滚珠保护轴承11a位于左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d的下方，上万向滚珠保护轴承11b位于左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d的外侧，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器器骨架8的下端，下万向滚珠保护轴承11c
位于外动子组件3轴向下端和轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的底部上端，并通过螺纹配合安装在轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的底部上，外动子组件3的内圆柱面与内动子组件4的外圆柱面留有一定的柱壳间隙，形成径向柱壳气隙12，内动子组件4的下端平面与径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件的上端平面留有一定的薄壁间隙，形成轴向薄壁间隙13，外动子组件3的外圆柱面与侧万向滚珠保护轴承11a的滚珠接触点留有一定间隙，形成径向保护间隙14a，台面1的上端面与上万向滚珠保护轴承11b的滚珠接触点留有一定间隙，形成上轴向保护间隙14b，外动子组件3的下端面与下万向滚珠保护轴承11c的滚珠接触点留有一定间隙，形成下轴向保护间隙14c。如图2所示，为本发明技术解决方案的动子系统剖视图，动子系统主要包括：台面1、光电码盘2转子组件、外动子组件3和内动子组件4，台面1位于光电码盘2转子组件的轴向下端，台面1位于外动子组件3和内动子组件4的轴向上端，光电码盘2转子组件位于台面1的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在台面1上，外动子组件3位于台面1下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面1上，内动子组件4位于台面1下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面1上。图3a为本发明中定子系统的剖视图，图3b为本发明中定子系统的三维结构示意图，定子系统主要包括光电码盘2定子组件、支撑座5、轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件、轴向位移传感器骨架8、左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c、后轴向位移传感器9d、左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c、后径向位移传感器10d、侧万向滚珠保护轴承11a、上万向滚珠保护轴承11b、下万向滚珠保护轴承11c，光电码盘2定子组件位于左轴向位移传感器9a的径向内侧，并通过螺纹连接安装在轴向位移传感器骨架8的下端，支撑座5位于轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件、轴向位移传感器骨架8轴向下方，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6位于支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件位于支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，轴向位移传感器骨架8位于支撑座5的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座5上，左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d位于台面1的轴向上端，左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d成正交布置，分别通过螺纹配合安装在轴向位移传感器骨架8的下端正左方、下端正右方、下端正前方和下端正后方，左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d位于支撑座5的径向内侧，左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d成正交布置，分别位于支撑座5的内侧正左方、内侧正右方、内侧正前方和内侧正后方，分别通过螺纹配合安装在支撑座5上，侧万向滚珠保护轴承11a位于支撑座5的径向内侧，并通过螺纹配合安装在支撑座5上，侧万向滚珠保护轴承11a位于左径向位移传感器10a、右径向位移传感器10b、前径向位移传感器10c和后径向位移传感器10d的下方，上万向滚珠保护轴承11b位于左轴向位移传感器9a、右轴向位移传感器9b、前轴向位移传感器9c和后轴向位移传感器9d的外侧，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器器骨架8的下端，下万向滚珠保护轴承11c位于轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的底部上端，并通过螺纹配合安装在轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子
组件的底部上。图4为本发明技术解决方案的外动子组件3的剖视图，主要包括外导磁环301、上外磁钢601和下外磁钢602，上外磁钢601和下外磁钢602分别位于外导磁环301内圆柱面的上半部分和下半部分，并通过卡槽与环氧树脂胶安装固定在外导磁环301上。
38.图5a为本发明技术解决方案的内动子组件4的剖视图，图5b为本发明技术解决方案的内动子组件4的三维结构示意图，具体包括内导磁环401、上内磁钢603、下内磁钢604、左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c、后扇形halbach永磁阵列701d、隔磁体702和轴向旋转永磁体703，上内磁钢603和下内磁钢604位于内导磁环401圆柱面外侧的上半部分和下半部分，并通过卡槽和环氧树脂胶固定在内导磁环401上，左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c和后扇形halbach永磁阵列701d成正交放置，分别位于内导磁环401的下端，并通过环氧树脂胶固定在内导磁环401上，左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c和后扇形halbach永磁阵列701d均有九个同心环状磁钢组成，径向从内至外的充磁方向依次为：内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s或内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n，隔磁体702和轴向旋转永磁体703位于内导磁环401的轴向下端，并通过卡槽和环氧树脂胶固定在内导磁环401上，轴向旋转永磁体703嵌入至隔磁体702，通过环氧树脂胶与隔磁体702固定。图6a为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的剖视图，图6b为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件的三维结构示意图，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6定子组件具体包括左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607、后径向偏转绕组608、上轴向悬浮绕组609、下轴向悬浮绕组610和骨架611；左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607、后径向偏转绕组608、上轴向悬浮绕组609和下轴向悬浮绕组610位于骨架611的径向外侧，左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607和后径向偏转绕组608分别缠绕在骨架611的正左方凸台上、正右方凸台上、正前方凸台上和正后方凸台上，上轴向悬浮绕组609和下轴向悬浮绕组610分别缠绕在骨架611上圆柱面和下圆柱面上，上轴向悬浮绕组609位于左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607和后径向偏转绕组608的上端，下轴向悬浮绕组610位于左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607和后径向偏转绕组608的下端，左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607、后径向偏转绕组608、上轴向悬浮绕组609和下轴向悬浮绕组610通过环氧树脂胶固定在骨架611上。图7a为本发明技术解决方案的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件的剖视图，图7b为本发明技术解决方案的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件的三维结构示意图，径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承7定子组件主要包括径向绕组装配环704、左内径向平移绕组705a、右内径向平移绕组705b、前内径向平移绕组705c、后内径向平移绕组705d、左外径向平移绕组706a、右外径向平移绕组706b、前外径向平移绕组706c、后外径向平移绕组706d和轴向旋转绕组707，径向绕组装配环704位于左内径向平移绕组705a、右内径向平移绕组705b、前内径向平移绕组705c、后内径向平移绕组705d、左外径向平移绕组
706a、右外径向平移绕组706b、前外径向平移绕组706c、后外径向平移绕组706d和轴向旋转绕组707的下端，左内径向平移绕组705a、右内径向平移绕组705b、前内径向平移绕组705c和后内径向平移绕组705d成正交放置，分别缠绕在径向绕组装配环704的左内凸台上、右内凸台上、前内凸台上和后内凸台上，左外径向平移绕组706a、右外径向平移绕组706b、前外径向平移绕组706c、后外径向平移绕组706d分别缠绕在径向绕组装配环704的左外凸台上、右外凸台上、前外凸台上和后外凸台上，左内径向平移绕组705a、右内径向平移绕组705b、前内径向平移绕组705c、后内径向平移绕组705d、左外径向平移绕组706a、右外径向平移绕组706b、前外径向平移绕组706c、后外径向平移绕组706d和轴向旋转绕组707通过环氧树脂胶固定在径向绕组装配环704上。图8a为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6的沿径向x向剖视图，图8b为本发明技术解决方案的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6的沿径向y向剖视图，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承6的结构主要包括，外导磁环301、内导磁环401、上外磁钢601、下外磁钢602，上内磁钢603、下内磁钢604、左径向偏转绕组605、右径向偏转绕组606、前径向偏转绕组607、后径向偏转绕组608、上轴向悬浮绕组609、下轴向悬浮绕组610和骨架611组成，外导磁环301的内圆柱面与内导磁环401的外圆柱面留有一定的柱壳间隙，形成径向柱壳气隙12，以右侧通道的磁通为例，其永磁磁通路径为：磁通从上外磁钢601的径向外侧磁极出发，通过外导磁环301到下外磁钢602，穿过径向柱壳气隙12到达下内磁钢604，通过内导磁环401到上内磁钢603，穿过径向柱壳气隙12回到上外磁钢601，左径向偏转绕组605和右径向偏转绕组606通反向电流，产生绕径向x轴偏转悬浮力矩，前径向偏转绕组607和后径向偏转绕组608通反向电流，产生绕径向y轴偏转悬浮力矩，上轴向悬浮绕组609和下轴向悬浮绕组610通反向电流，产生沿轴向z轴悬浮力。图9a为本发明技术解决方案的径向平动周向旋转洛伦兹磁轴承7的剖视图，图9b为本发明技术解决方案的径向平动周向旋转洛伦兹磁轴承7的动子halbach永磁体阵列充磁方向示意图，径向平动周向旋转洛伦兹磁轴承7的结构主要包括，左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c、后扇形halbach永磁阵列701d、隔磁体702、轴向旋转永磁体703、径向绕组装配环704、左内径向平移绕组705a、右内径向平移绕组705b、前内径向平移绕组705c、后内径向平移绕组705d、左外径向平移绕组706a、右外径向平移绕组706b、前外径向平移绕组706c、后外径向平移绕组706d和轴向旋转绕组707，左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c、后扇形halbach永磁阵列701d、隔磁体702和轴向旋转永磁体703的下端平面与径向绕组装配环704的上端平面留有一定的薄壁间隙，形成轴向薄壁间隙13，以右侧通道的磁通为例，包括两个永磁磁路，其中内永磁磁通路径为：磁通从右扇形halbach永磁阵列701b的第二圈磁钢出发，穿过轴向薄壁间隙13和右外径向平移绕组706b，到达右扇形halbach永磁阵列701b的第四圈磁钢，经过右扇形halbach永磁阵列701b的第三圈磁钢回到右扇形halbach永磁阵列701b的第二圈磁钢，外永磁磁通路径为：磁通从右扇形halbach永磁阵列701b的第六圈磁钢出发，穿过轴向薄壁间隙13和右内径向平移绕组705b，到达右扇形halbach永磁阵列701b的第八圈磁钢，经过右扇形halbach永磁阵列701b的第七圈磁钢回到右扇形halbach永磁阵列701b的第六圈磁钢，右内径向平移绕组705b和右外径向平移绕组706b通同向电流，产生沿径向x轴平动悬浮力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术特征：
1.一种led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，主要由动子系统和定子系统两部分组成，其特征在于，动子系统主要包括：台面(1)、光电码盘(2)转子组件、外动子组件(3)和内动子组件(4)；定子系统主要包括：光电码盘(2)定子组件、支撑座(5)、轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承(7)定子组件、轴向位移传感器骨架(8)、左轴向位移传感器(9a)、右轴向位移传感器(9b)、前轴向位移传感器(9c)、后轴向位移传感器(9d)、左径向位移传感器(10a)、右径向位移传感器(10b)、前径向位移传感器(10c)、后径向位移传感器(10d)、侧万向滚珠保护轴承(11a)、上万向滚珠保护轴承(11b)、下万向滚珠保护轴承(11c)；台面(1)位于光电码盘(2)转子组件的轴向下端，台面(1)位于外动子组件(3)和内动子组件(4)的轴向上端，光电码盘(2)转子组件位于台面(1)的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在台面(1)上，外动子组件(3)位于台面(1)下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面(1)上，内动子组件(4)位于台面(1)下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面(1)上，支撑座(5)位于台面(1)、光电码盘(2)转子组件、外动子组件(3)和内动子组件(4)的径向外侧，支撑座(5)位于外动子组件(3)和内动子组件(4)的轴向下端，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)定子组件位于外动子组件(3)的径向内侧和内动子组件(4)的径向外侧，轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)位于支撑座(5)的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座(5)上，径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承(7)定子组件位于内动子组件(4)的轴向正下方和支撑座(5)的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座(5)上，轴向位移传感器骨架(8)位于台面(1)、光电码盘(2)转子组件和支撑座(5)的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座(5)上，左轴向位移传感器(9a)、右轴向位移传感器(9b)、前轴向位移传感器(9c)和后轴向位移传感器(9d)位于台面(1)的轴向上端，左轴向位移传感器(9a)、右轴向位移传感器(9b)、前轴向位移传感器(9c)和后轴向位移传感器(9d)成正交布置，分别通过螺纹配合安装在轴向位移传感器骨架(8)的下端正左方、下端正右方、下端正前方和下端正后方，光电码盘(2)定子组件位于台面(1)和光电码盘(2)转子组件的轴向上端，光电码盘(2)定子组件位于左轴向位移传感器(9a)的径向内侧，并通过紧固螺钉安装在轴向位移传感器骨架(8)的下端，左径向位移传感器(10a)、右径向位移传感器(10b)、前径向位移传感器(10c)和后径向位移传感器(10d)位于外动子组件(3)的径向外侧和支撑座(5)的径向内侧，左径向位移传感器(10a)、右径向位移传感器(10b)、前径向位移传感器(10c)和后径向位移传感器(10d)成正交布置，分别位于支撑座(5)的内侧正左方、内侧正右方、内侧正前方和内侧正后方，分别通过螺纹配合安装在支撑座(5)上，侧万向滚珠保护轴承(11a)位于外动子组件(3)的径向外侧和支撑座(5)的径向内侧，并通过螺纹配合安装在支撑座(5)上，侧万向滚珠保护轴承(11a)位于左径向位移传感器(10a)、右径向位移传感器(10b)、前径向位移传感器(10c)和后径向位移传感器(10d)的下方，上万向滚珠保护轴承(11b)位于左轴向位移传感器(9a)、右轴向位移传感器(9b)、前轴向位移传感器(9c)和后轴向位移传感器(9d)的外侧，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器器骨架(8)的下端，下万向滚珠保护轴承(11c)位于外动子组件(3)轴向下端和轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)定子组件的底部上端，并通过螺纹配合安装在轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)定子组件的底部上，外动子组件(3)的内圆柱面与内动子组件(4)的外圆柱面留有一定的柱壳间隙，形成径向柱壳气隙(12)，内动子组件(4)的下端平面与径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承(7)定子组件的上端平面留有一定的薄壁间隙，形成轴向薄壁间隙(13)，外动子组件(3)
的外圆柱面与侧万向滚珠保护轴承(11a)的滚珠接触点留有一定间隙，形成径向保护间隙(14a)，台面(1)的上端面与上万向滚珠保护轴承(11b)的滚珠接触点留有一定间隙，形成上轴向保护间隙(14b)，外动子组件(3)的下端面与下万向滚珠保护轴承(11c)的滚珠接触点留有一定间隙，形成下轴向保护间隙(14c)。2.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的外动子组件(3)主要包括，外导磁环(301)、上外磁钢(601)和下外磁钢(602)。3.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的内动子组件(4)主要包括，内导磁环(401)、上内磁钢(603)、下内磁钢(604)、径向充磁永磁体(701)、轴向充磁永磁体(702)、隔磁体(703)和轴向旋转永磁体(704)。4.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)定子组件主要包括，左径向偏转绕组(605)、右径向偏转绕组(606)、前径向偏转绕组(607)、后径向偏转绕组(608)、上轴向悬浮绕组(609)、下轴向悬浮绕组(610)和骨架(611)。5.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承(7)定子组件主要包括，径向绕组装配环(705)、径向平移绕组(706)和轴向旋转绕组(707)。6.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)的外磁钢(601)、下外磁钢(602)、上内磁钢(603)和下内磁钢(604)的充磁方向依次为：内s外n、内n外s、内s外n、内n外s或内n外s、内s外n、内n外s、内s外n。7.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承(7)的左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c和后扇形halbach永磁阵列701d成正交放置，左扇形halbach永磁阵列701a、右扇形halbach永磁阵列701b、前扇形halbach永磁阵列701c和后扇形halbach永磁阵列701d均有九个同心环状磁钢组成，径向从内至外的充磁方向依次为：内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s或内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n、上s下n、内n外s、上n下s、内s外n。8.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的外动子组件(3)的外导磁环(301)和内动子组件(4)的内导磁环(401)均采用1j22棒材或电工纯铁中的任意一种制成。9.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：所述的轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承(6)定子组件的骨架(611)采用耐高温高强度的聚酰亚胺材料或可加工陶瓷材料中的任意一种制成。10.根据权利要求1所述的led显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，其特征在于：左轴向位移传感器(9a)、右轴向位移传感器(9b)、前轴向位移传感器(9c)、后轴向位移传感器(9d)、左径向位移传感器(10a)、右径向位移传感器(10b)、前径向位移传感器(10c)和后径向位移传感器(10d)均为电涡流非接触式位移传感器。

技术总结
本发明公开了一种LED显示屏检测修复用六自由度洛伦兹平台，由动子系统和定子系统两部分组成，动子系统主要包括：台面、光电码盘转子组件、外动子组件和内动子组件；定子系统主要包括：光电码盘定子组件、支撑座、轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承定子组件、径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承定子组件、轴向位移传感器骨架、轴向位移传感器、径向位移传感器和万向滚珠保护轴承。本发明采用轴向平动径向偏转洛伦兹磁轴承和径向平动轴向旋转洛伦兹磁轴承实现平台六自由度高精定快速运动定位悬浮驱动控制，在提高了平台的方位调整能力的同时，提升了平台的运动定位精度、动态响应速度和控制带宽。动态响应速度和控制带宽。动态响应速度和控制带宽。


技术研发人员：刘强 马宁 李晶 赵甜甜 高晴利 张梦杰 盛沙
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/3/8