柔性压电式微位移机构在精密机床定位中的应用研究

研究、设计了一种柔性压电式微定位机构。此机构采用压电陶瓷作为微位移驱动器,柔性铰链为导向机构,对丝杠螺母传动的精密机床工作台的运动位置进行自动补偿,实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计及参数分析,并应用于精密机床中进行定位精度测试。实测结果表明,采用柔性压电式微位移机对精密机床工作台二次精定位,可使工作台定位精度提高到0.01μm,可满足精密、超精密加工需要。     

利用差动原理和采样补偿提高工作台精度

针对精密定位工作台目前存在的高精度、大行程和低成本难以协调的问题,提出一种差动式结构的工作台,利用动态采样的方法对开环误差进行标定,建立误差模型,通过控制上下叠加的两个工作台差动对系统误差进行动态补偿.研究表明:利用差动原理对误差动态补偿的方法有效提高了工作台精度和系统灵敏度,为微位移机构的设计提供了新的思路和方法.     

丝杠传动工作台运动特性与误差分析

对丝杠传动工作台的微定位特性进行了实验分析,观察高速运行时工作台位移存在振荡现象,分析了这种现象产生的原因.对工作台这种非线性运动造成的运动精度不高提出相应的措施,对定位误差做曲线拟合,实现误差的软件补偿.结果表明,经补偿后,滚珠丝杠传动工作台的定位精度达到2 μm.     

基于ProE嵌入式圆柱坐标工作台装配设计及运动仿真

在实际应用中为了扩展十字工作台的功能,在十字工作台上增加转台,以实现角度分度的功能.所设计的圆柱坐标工作台采用嵌入式,将xy位移的十字工作台和角度回转工作台镶嵌配合在一起,结构紧凑美观.通过ProE软件,对工作台进行造型设计、虚拟装配和运动仿真,使设计的产品满足加工后的装配和机构运行的功能要求,体现了并行设计的理念.     

纳米级微动工作台的研究现状及发展趋势

纳米级微动工作台是纳米科学技术研究的关键仪器设备，本文对纳米级微动工作台的研究现状进行了综述，对现有的纳米级微动工作台的工作原理、性能特点和可实现的运动范围及精度进行了分析比较，在此基础上。对纳米级微动工作台的发展趋势做了展望。     

二维微动平台柔性机构动力学建模与分析

提出一种基于并联柔性机构的两自由度平动解耦并联微动平台.平台采用复合双平行四杆柔性机构模块，采用结构对称约束消除轴间耦合和寄生位移的产生，实现X,Y方向的平动.采用刚度矩阵法对该并联柔性机构进行理论分析，根据观察法建立微动工作台的整体刚度矩阵，得到系统的运动微分方程，推导出系统各阶固有频率.采用有限元分析法对微动工作台进行模态分析，得到微动工作台的固有频率和振型.经过理论分析、有限元计算和试验测试，并对结果进行对比，结果的一致性说明理论分析的正确性和刚度矩阵分析的有效性.     

高速精密定位平台的偏摆误差实时补偿

针对二维直线运动平台末端出现偏摆误差、降低平台直线运动精度的现象,研制了一种新型的基于偏摆误差实时补偿的高速精密定位平台.基于电容式微位移传感检测技术,建立了新型精密定位平台的偏摆误差检测模型.采用赫兹接触理论,建立了滚珠导轨副的刚度模型,进而建立了基于滚珠丝杠驱动、直线滚珠导轨副支撑的宏动工作台的偏摆振动模型.实验结果验证了宏动工作台偏摆振动模型的有效性;采用微动工作台进行宏动工作台直线运动偏摆误差的实时补偿,新型精密定位平台的性能得到较大改善.     

ZL50C装载机减速箱壳体零件三面翻转工作台设计

本设计基于原有的Z3063摇臂转床,设计一个可翻转180°的工作台,使该摇臂钻床能同时加工三个不同面的孔。所设计的工作台由工件的定位夹紧机构及翻转部件的二级定位夹紧机构,翻转部件的重心在翻转轴上,使手动翻转时轻巧快速,工作台结构简单稳固,操作灵活,稳维护周期长,物美价廉。     

基于反射光栅的超精密定位系统研究

应用光学理论研究了一种μm级位移分辨率的反射型双级光栅测量系统,建立了反射莫尔信号与对应位移的数学模型,通过计算机仿真分析了反射莫尔信号的位移特性,进而设计了一套基于反射光栅的精密定位系统。系统取反射的0次激光莫尔信号为控制信号,由微机控制实现高精度位置检测及超精密自动定位;采用的修正莫尔技术,极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度;通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位,实现高速高精度定位。实验结果表明,基于反射光栅的精密定位系统可获得±10nm的定位精度。     

直线位移工作台运动误差补偿方法研究

为了减小直线位移工作台的导轨运动误差,研究了一种基于光学原理,采用四象限光电探测器,通过计算机系统对工作台产生的导轨运动误差进行自动补偿的方法.根据补偿原理,构建了误差补偿数学模型,分析了光学系统的参数和系统输出特性之间的关系,并通过实验,阐述了影响补偿系统灵敏度的相关因素.实验表明该方法能够实现优于0.24 V/μm的灵敏度,补偿精度可达到0.4%.这种方法能够有效地提高直线位移工作台的工作精度,对行程小于100 mm的直线位移工作台具有一定的推广价值.     

差动式三平动柔顺定位平台优化设计及分析

基于差动式杠杆原理设计了一种多级柔顺放大铰链,并通过正交方式装配一种具有三个平动自由度的微定位平台,形成的对称闭环结构具有抗冲击、无累计误差和较好的各向同性的特点。材料采用7075铝合金,堆栈式压电陶瓷作为驱动装置提供输入位移。结合路径搜索法和静力学矩阵法,得出了机构的静力平衡方程和几何变形方程;对结构参数进行了敏感性分析,以位移放大比为目标,对机构中敏感度较高的参数进行了优化;对装配体进行了有限元分析。结果表明,行程可以达到391.42μm,放大倍数为13.05,平台具有较大的位移放大比和良好的定位精度。     

X-Y精密数控工作台宏平台的设计及实现

一种实际应用于X-Y精密数控工作台之中的宏平台,其摈弃了减速系统,具有结构简单、摩擦阻力小、动作灵敏和扩展潜力强等特点。经试验运行,宏平台的技术指标,完全满足X-Y精密数控工作台系统的使用要求,同时也可单独用于要求大行程、中等位移精度的实际生产过程中。     

金属艺术制像模型外轮廓坐标检测与三维重构

提出一种金属艺术制像石膏模型的三维坐标检测装置,并对机构进行运动学分析。装置采用激光测头实现非接触测量,提高了测量精度和测量效率。工作台具有两个转动自由度,在一定程度上克服了艺术模型几何拓扑的干扰,实现盲区的测量。结合检测装置的检测结果,使用样条插值实现石膏模型的三维建模。     

Design of a control system for a macro-micro dual-drive high acceleration high precision positioning stage for IC packaging

A macro-micro dual-drive positioning system showing good potential for high acceleration and high precision positioning required in IC packaging applications is devised in this paper. The dual-drive positioning stage uses a VCM (voice coil motor) driven macro positioning stage and a PZT piezo-electric driven micro positioning stage. The coupling characteristics of the system are analyzed to produce a control structure with a micro positioning stage that can dynamically compensate for the positioning error produced by the macro positioning stage. Models of the two positioning stages are described. The models cover both the mechanism and the actuator. For the macro positioning stage, friction characteristics are taken into account, and a controller with an LQG (linear-quadratic-Gaussian) control algorithm combining a feed-forward compensation algorithm is derived. A PID controller is used to control the micro positioning stage. Detailed designs are derived for the proposed approach, and the performance is validated by simulation. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50705027), the National High Technology Research and Development Program of China (“863” Program) (Grant No. 2007AA04Z315) and Self-Planned Task of State Key Laboratory of Robotics and System (HIT) (Grant No. SKLRS200804B)     

非接触式定位隔振平台机电联合仿真分析

为了研究工作于空间微重力环境的非接触式定位隔振平台的工作性能,利用机电联合仿真方法对平台的6自由度定位和微振动隔振功能进行仿真分析. 介绍所设计非接触式定位隔振平台的工作原理,其中平台的激励单元、位置测量单元和加速度测量单元分别利用非接触式二轴作动器、二维位置敏感探测器和单轴加速度计根据空间对称布置方案构成,并基于位置和加速度反馈设计平台控制器. 利用ADAMS和MATLAB/Simulink,分别建立平台的机械系统仿真模型和基于位置与加速度反馈的闭环控制系统仿真模型,获得平台的机电一体化联合仿真模型. 利用所建立的联合仿真模型,对平台的定位和隔振性能进行仿真分析. 结果显示,在小范围定位模式下,所设计平台的6自由度位移和角位移控制误差分别小于10 μm和2×10^-5 rad;在隔振模式下,平台在6自由度方向对0.01~1 Hz正弦直接振动干扰的抑制效率为39~73 dB,对1~100 Hz正弦直接干扰的抑制效率为19~73 dB,在隔振控制过程中浮台与基台的相对位移小于1 mm.     

精密定位中的激光干涉测量误差分析

高精度定位平台通常以激光干涉仪为测量基准.根据测量原理,激光干涉仪的测量误差应为定位平台误差的1/3～1/2,这样才能保证测量结果的可信性.为此,对影响激光干涉仪测量精度的诸多因素作了分析,并在分析的基础上进行误差计算.计算结果表明,激光干涉测量系统的综合误差为12.3 nm,满足定位平台的精度要求,二者在精度上能很好匹配.     

一种涡旋体轮廓精密原型测量系统

采用接触型红宝石探头沿X轴方向做匀速移动进行扫描测量,被测涡旋工件定位在精密旋转平台上,旋转平台的旋转速度和扫描探针移动速度按阿基米德螺旋线联动,通过探针的三维传感器输出和X轴位移传感器的输出能精密测出对应角度的涡旋半径,通过仿真对测量系统误差进行分析,且和三坐标测量机（CMMs）的测量结果进行对比。结果表明：原型精密测量系统的测量精度和CMMs相当,但测量时间大大缩短,基本上可以满足在线加工测量的需求。     

散斑法位移方向的判定与位移的精度分析

激光散斑法是测量平面面内位移的一个有效的方法。该方法比起实验应力分析的其他方法来具有许多优点,但是由于在应用该方法时仍存在一些困难,如位移正负方向难以确定和缺乏对位移的测量结果和位移导数详细、合理的分析,因而该方法还不能广泛地应用于工程,针对这种情况,作者在本文提出了判定位移正负方向的一个方法并对位移导数的实验结果进行了详细、合理的讨论,提出了几种改进精度的有效措施。     

直角柔性铰链平行四杆机构的导向位移分析

为了实现对直角柔性铰链单平行四杆机构的精确定位,根据结构的对称性建立了导向位移分析的单支链模型,引入奇异函数法推导了直角柔性铰链单平行四杆机构的导向位移计算公式;利用ANSYS10.0软件对线切割加工的样件进行有限元仿真,分析了实验值与理论计算值及有限元仿真值之间存在误差的原因.结果表明,在弹性变形内,机构的导向位移与外力成近似线性关系;理论模型与有限元法所得结果相近,误差为1.64%,但与实验所得结果存在约5.76%的误差.机构的加工误差、材料的组织缺陷及加工过程中的加工硬化现象等因素都会使得实验值偏离理论值与仿真值.     

X-Y精密定位平台中宏平台进给系统模型辨识

针对所研制的X-Y精密定位工作台系统的设计要求,采用分析建模法,求出了宏平台进给系统的传递函数,通过实验获取宏平台进给系统的摩擦模型。基于进给系统的摩擦补偿,分别运用谱分析法和最小二乘法辨识出宏平台进给系统的频域响应及Z传函。实验结果表明,获得有效的进给系统数学模型为精密定位工作台控制器设计工作提供了依据。