宏微定位平台运动切换减振问题研究态势

高速高精密定位平台是微电子制造装备领域的核心部件,决定着微电子产品的性能与质量.近年来,宏微复合定位平台技术得到了快速发展,高速度与高精密度等性能不断提升,然而,运动切换环节的振动问题也日益凸显,成为制约宏微定位平台进一步发展的瓶颈.基于此,首先对当前国内外宏微定位平台及其运动切换环节振动问题的研究现状进行介绍,继而分别介绍与分析了宏微定位平台系统的机构形式、驱动方式、导轨及其他因素对运动切换环节振动问题的影响,最后对目前运动切换减振方法进行概述,重点提出基于压电陶瓷的新型减振方法,以期对未来宏微定位平台运动切换的减振研究提供一定的参考作用.     

高加速度宏微运动平台研究

对高加速度宏微运动平台进行了研究,在分析宏微复合驱动技术的基础上,采用一种新型的宏微驱动方式,研制了基于压电陶瓷的高加速度宏微运动平台。宏运动由音圈电机驱动,可实现高加速度、大行程运动;微运动由安装在音圈电机轴上的压电陶瓷驱动,用以补偿宏动所产生的定位误差,达到高精度的设计目标。在微动过程中,由绝对式直线光栅尺实现闭环位置反馈。根据设计要求,搭建了宏微驱动高加速度高精度定位平台,通过实验验证其性能。实验结果表明,该宏微运动平台加速度大于10g,重复定位精度小于1μm。     

二自由度微定位平台的研制

研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台,该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点。为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出。考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型。通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5 nm,固有频率分别为143 Hz和180 Hz。该微定位平台可应用于纳米级的微定位。     

新型精密磨削辅助微进给平台的研制及特性研究

设计了一种用于平面磨削主动控制的新型数控微进给工件平台.该平台由3个压电陶瓷(PZT)驱动器驱动,3个半圆形的弹性铰链构成的弹性环节实现对压电陶瓷驱动器的预紧.通过实验的方法研究了微进给平台的位移输出、静动态刚度等特性.     

基于改进灰狼算法的宏微复合驱动器磁滞模型的参数辨识

精确辨识磁滞模型参数是保证宏微复合驱动器位移跟踪精度的关键,针对传统灰狼算法（GWO）存在局部最小值和求解精度不高的缺陷,文章提出一种改进的灰狼算法（TGWO）。通过Singer混沌映射优化了灰狼个体的初始位置,以增加种群多样性;采用非线性收敛因子策略提高了局部开发度和全局搜索度;在种群位置迭代更新中引入动态权重更新和自适应更新策略。通过仿真和实验表明：该算法能有效可靠地辨识宏微复合驱动器磁滞模型的参数,平均相对误差为4.6%,拥有更高的精度和收敛性。     

新型三自由度宏微运动平台设计与仿真分析

针对集成电路制造、超精密检测仪器及微机电系统加工制造等领域对大行程、多自由度、高速及高精度运动平台日益迫切的需求,提出一种新型大行程三自由度宏微运动平台。该平台采用直线电动机与压电陶瓷进行宏微双重驱动,采用直线光栅与平面光栅实现双闭环位置反馈与控制。基于该平台结构设计,确定其位置正解方程与位置逆解方程,并列举算例验证。基于ADAMS软件对平台进行运动仿真,分析不同驱动类型与驱动参数对运动平台位移、速度及加速度的影响。最后,针对宏微双重驱动传动的精度问题进行实验研究。结果表明,该平台运动学方程正确有效,具有较好的动态响应性与运动规划性,且该种驱动传动形式满足大行程、高速及高精度的性能要求。     

一种垂直运动精密微定位平台的设计与分析

根据桥式放大机构和平行四边形导向机构相结合设计了一种新型的垂直运动精密微定位平台。利用卡式定理推导了微定位平台的最大行程、刚度及放大比,利用拉格朗日方程推导了微定位平台的动力学模型及其固有频率。采用有限元仿真软件分析微定位平台的动静力学特性,并与理论分析结果进行对比,两者结果吻合良好。制造了微定位平台的原型样机,并进行了实验验证,实验结果表明:垂直运动精密微定位平台的行程可达112.9μm,闭环分辨率为10 nm,可以用于显微镜聚焦系统的微调等垂直定位精度较高的场合。     

超高加速宏微运动平台振动能量分析

针对宏微运动平台加速度难以提升的问题,采用串联思想,构建了一种以"多宏+单微+多宏"驱动的浮动定子式的超高加速宏微运动平台。首先介绍了超高加速宏微运动平台的结构组成并搭建了其整体动力学模型。其次,从振动能量角度出发,选取不同驱动方式和浮动定子模式,并通过改变不同音圈电机的级数n,探究了平台系统振动能量衰减率的变化规律。最后,通过选取n=1的超高加速宏微运动平台作为试验对象,试验结果表明:当分别采取双浮动定子模式和单浮动-单固定模式时,系统振动能量衰减率β11和β21分别约为89.32%和82.6%,与仿真分析结果误差分别约为3.75%和9.03%。因此,采用多级浮动定子模式的超高加速宏微运动平台具有较好的振动抑制效果。     

数控车床上宏微进给的两种安装结构比较

介绍串联式、并联式两种宏微进给在数控车床上的安装结构,阐述两种结构对零件加工、装配的不同要求。     

宏微运动平台连接架的多工况动力学特性分析

为探究宏微运动平台连接架在多工况下的动力学特性,针对宏微运动过程中的连接架进行了多工况受力分析。利用有限元方法,对各个工况下的连接架开展静态和动态分析与计算,得到了相应的应力和变形分布,并获得了连接架最大应力和变形随载荷变化的规律。通过计算振动模态,得到了前6阶固有频率和振型。利用锤击法进行测振实验,实验结果验证了仿真数据的正确性。     

二维直线运动平台几何误差建模与数字化分析

针对二维直线运动平台的定位精度受到绕X、Y、Z三个方向转动产生的角位移误差和沿着这三个方向的线位移误差的影响,采用一种基于三维模型的数字化方法对这些几何误差进行分析。通过参考坐标系和齐次变换矩阵建立二维直线运动平台几何误差运动学模型,并基于误差模型对运动平台的各项几何误差进行分配、计算和合成。基于以上误差分配原则对运动平台使用的导轨提出形位公差要求。通过上述工作,在虚拟样机设计阶段能对所设计结构几何误差进行预测,为后续精密运动的设计提供可靠的参考。     

竖直运动平台气动配重的研究

提出了一种利用气缸推力对竖直方向运动的超精密运动平台进行配重的新方法,使电机趋动力减小,提高运动精度。建立了重物配重及气动配重的力学模型,指出重物配重时,电机的推力至少要能够克服摩擦力,而用气动配重方法,当平台运动方向发生变化时,改变气缸压力,使平台在垂直运动时所需的电机推力小,甚至达到零负载,使其运动精度得以提高。并给出了一种控制气缸推力的解决方案。     

交叉滚柱导轨运动台模态研究

利用三维建模软件UG建立了50 mm交叉滚柱导轨运动台三维模型,利用有限元分析软件ANASY Workbench14对交叉滚柱导轨运动台进行模态频率和振型分析,详细研究了模态分析过程中接触单元设置、导轨初始预压对模态分析的影响。设计了200 mm交叉滚柱导轨运动台,进行了模态分析及测试,验证了仿真分析方法的有效性,为交叉滚柱导轨运动台的设计提供重要依据。     

Dynamic Modeling of Floating Valve Plate Motion in an Axial Piston Pump

The objectives of this study were to analytically and experimentally investigate the motion of the floating valve plate in an axial piston pump under various operating conditions. To achieve the objectives of the analytical investigation, the equations of motion for the valve plate were coupled with a time-dependent lubrication model. The balance pistons that support the floating valve plate were represented by equivalent spring and dashpot systems. The system of equations was then solved using the Runge-Kutta and the control volume finite difference methods to determine the pressure, film thickness, and motion of the valve plate for various operating conditions. To achieve the experimental objectives, a previously developed axial piston pump test rig was instrumented with proximity probes to measure the motion of the valve plate. The stiffness and damping of the balance pistons supporting the floating valve plate were determined using the impact and frequency response methods. Using the experimentally determined stiffness and damping coefficients in the coupled dynamic lubrication model, the analytical and experimental results of the valve plate motions were compared. The model was then used to conduct a parametric study to determine the overall system stiffness and damping coefficients during pump operation. Using the stiffness and damping coefficients from the parametric study in the dynamic lubrication model, the pressure, film thickness, and motion of the valve plate were calculated for various operating conditions. The experimental and analytical displacements of the valve plate were then corroborated and found to be in good agreement.     

Modeling of Dynamic Friction in Lubricated Line Contacts for Precise Motion Control

A simple dynamic friction model for an elastohydrodynamic lubrication sliding and rolling line contact has been developed. This model uses the technique introduced earlier by Harnoy and Friedland (1). The model includes low-velocity regions where friction is a combination of contact and elastohydrodynamic friction. The study shows that the lime-variable friction is not only a function of instantaneous sliding velocity, but is also a memory function of the velocity history. Simulation of the model for an oscillating velocity exhibits similar hysteresis effects in friction-velocity curves as observed earlier in several experimental studies. The model can be useful for friction compensation to enhance the precision of motion in control systems.     

虚拟齿轮测量中心的运动建模研究

介绍了虚拟齿轮测量中心运动建模的体系结构。采用数字积分差补和层次包围体碰撞检测算法,实现了虚拟齿轮测量中心的四轴联动和虚拟测头与零件的碰撞检测。通过运动仿真,证明了虚拟齿轮测量中心可以实现真实测量中心的运动模式。     

圆锥齿轮传动的三维建模与动态仿真研究

介绍了一种基于SolidWorks的圆锥齿轮三维实体建模过程,并进行了零件的虚拟装配和机械的动态仿真。最后利用Animator插件实时录制圆锥齿轮传动的工作过程,编辑动画并将其以AVI格式保存。     

复合材料结构挖补修理知识建模

为有效积累和利用复合材料维修知识以提高维修质量和效率,提出一种基于本体的复合材料挖补修理知识建模方法。首先深入分析了复合材料挖补修理过程并归纳出该过程中蕴含知识的组成;然后分析了本体与复合材料挖补修理知识建模的关系,进而提出基于本体的知识建模方法;在此基础上构建了复合材料结构挖补修理领域本体框架,并分别对本体的类、属性、关系和实例进行定义,最后利用关系数据库实现了知识本体的形式化描述从而完成了知识建模。实例证明了方法的有效性。     

高频响大行程微位移机构的研究

介绍了高频响大行程微位移机构研究的背影,结构特点,闭环系统的设计,以及在非圆截面零件数控车削中的应用。解决高频响与大行程之间的矛盾是设计微进给装置的关键。笔者采用永磁动圈式直线电机的方式成功地解决了这一矛盾,并在此基础上采用先进的控制策略构成闭环系统,解决了高精度跟踪正弦信号的问题。