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    線性精密平臺研究的意義

    發布日期:2018-07-16 16:49:51瀏覽次數:110


           隨著直線電機技術以及大理石平臺使用的普及,直線電機的技術發展轉向線性精密平臺方向發展,可以進一步提高線性精密平臺的定位精度。相對傳統的機械加工精度只能達到一般的加工精度,傳統加工精度,已經達到加工的物理極限。整個線性精密平臺是由一系列精密的零部件組合而成,每一個零部件對系統精度的影響主要是由幾何特征、運動軌跡和動力學固有特征等共同決定。實際結構之間的相互作用是決定線性精密平臺的主要因素。在對機械結構進行最初設計時,設計者圍繞每一個零部件所能實現的功能進行系統設計。一般來說,在結構設計過程中,存在的中間傳遞環節越多,帶來的系統誤差也越大。在線性精密平臺的設計研發過程中,多采用直線電機、氣浮軸承以及DD馬達直接驅動的模式或者采用某幾種方式的組合,配大理石平臺底座,來實現高速高精運動,將精度誤差減小到最低限度。但是,采用不同的驅動方式的組合原理來實現高速高精運動,并不是簡單的將兩者進行疊加。
     
     實際結構之間具有很強的耦合作用,耦合因素的物理學特征就成為影響這類線性平臺精度的主要因素。另一方面,采用由旋轉運動組成的位移補償系統,如在超線性精密平臺中常見到的柔性鉸鏈結構,可以對精度誤差和動力學誤差進行有效的補償。實際的機械系統為了實現確定的功能,都具有一定的加速度,而不是處于靜止狀態,系統的動力學特性對系統性能起著重要的作用。一般情況下,系統的結構設計要求具有較小的慣性力和較大的剛度,則相應系統的運動性能、靜力學性能、動力學性能以及穩定性都會得到相應的提高。結構自身的重量、數量、組成結構的材料的空間
    分布等都會對系統的動力學特性產生影響。絕大多數系統的驅動作用位置并不是作用在系統的質心上。同時由于系統支承和連接部件的剛度是有限的,會產生一定的慣性力,引起系統的振動,造成振動誤差。如精密三坐標測量機,極小的加速度都會對
    系統的測量精度產生影響。在線性精密平臺的設計過程中,采用無質量高剛度的氣浮支承技術,將支承件的慣性力減小到最小,對提高系統的動力學特性起到積極的作用,可以進一步提高系統的穩定性。

    系統的加速度載荷、結構本身的剛度、材料的質量分布等,都會對系統的動力學特性產生影響。線性精密平臺在持續的微小振動作用下,導致系統的定位精度下降。

    線性精密平臺的應用行業

    如以光刻機為代表的超精密IC設備的研發階段,系統的動力學特征隨著特征線寬的持續減小,對定位精度的影響變得越來越突出。掌握超精密系統的結構組成和系統本身的動力學特性,對設備的制造、選擇有效的隔振措施、減小振動的影響,對改善系統的性能等都具有重要的指導意義。

    在精密加工領域,系統本身的動力學特性對系統精度的影響,隨著制造的精微化,顯得越來越突出。線性精密平臺是精密加工領域主要的加工定位、快速傳輸的驅動系統。在運行過程中會產生一定的動態負載,對線性精密平臺的定位精度產生影響。從系統的角度,對線性精密平臺進行動力學特性的研究分析,相對比較成熟。

    但是隨著IC產業的特征線寬進一步減小,對線性精密平臺提出了更高的要求,如定位精度、運行速度和運行加速度等進一步提高,需要對現有線性精密平臺提出優化方案、改進方法。這不僅是技術發展的需要,而且也是社會、市場共同推動的結果。

    為了線性精密平臺的定位精度,對誤差和非線性因素的消減顯得越來越重要。無摩擦、小摩擦的運動導軌是消除直線電機定位平臺的非線性特征和非確定性因素的主要措施。在直線電機驅動的定位平臺系統中,直線電機的波動效應會直接影響到平臺的定位精度。在運動行程內,基于軟件的波動補償控制策略對平臺運動軌跡的補償和誤差的控制是有限的。因此,在精密加工領域,出現了基于氣浮支承技術或(和)磁浮支承技術,以及直線電機驅動技術為載體的精密定位平臺。一般多采用直線電機和靜壓氣浮軸承的混合驅動方式,從硬件上對力的波動效應以及系統的非線性特性。
     
     
     進行有效的隔離消減
    由于壓縮氣體的均衡作用,導致靜壓氣浮軸承可實現較高的運動平穩性,在精密機械中已經得到了廣泛的應用,而且具有近零摩擦和低熱量產生等特點。
     
    由于國外的技術封鎖,最先進的線性精密平臺無法進入國內市場,資料相對較少,而且技術本身的保密性很強。對整個線性精密平臺定位的研究,國內還處于起步階段,屬于尚待創新性研究的領域,需從基礎研究開始。要進一步提高精密加工的技術水平,線性精密平臺技術已成為主要的制約因素。研發具有自主知識產權的超精密定位平臺,是既具有科研價值,又具有時代挑戰的科研任務。
     

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