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线性精密平台研究的意义

发布日期:2018-07-16 16:49:51浏览次数:110


       随着直线电机技术以及大理石平台使用的普及,直线电机的技术发展转向线性精密平台方向发展,可以进一步提高线性精密平台的定位精度。相对传统的机械加工精度只能达到一般的加工精度,传统加工精度,已经达到加工的物理极限。整个线性精密平台是由一系列精密的零部件组合而成,每一个零部件对系统精度的影响主要是由几何特征、运动轨迹和动力学固有特征等共同决定。实际结构之间的相互作用是决定线性精密平台的主要因素。在对机械结构进行最初设计时,设计者围绕每一个零部件所能实现的功能进行系统设计。一般来说,在结构设计过程中,存在的中间传递环节越多,带来的系统误差也越大。在线性精密平台的设计研发过程中,多采用直线电机、气浮轴承以及DD马达直接驱动的模式或者采用某几种方式的组合,配大理石平台底座,来实现高速高精运动,将精度误差减小到最低限度。但是,采用不同的驱动方式的组合原理来实现高速高精运动,并不是简单的将两者进行叠加。
 
 实际结构之间具有很强的耦合作用,耦合因素的物理学特征就成为影响这类线性平台精度的主要因素。另一方面,采用由旋转运动组成的位移补偿系统,如在超线性精密平台中常见到的柔性铰链结构,可以对精度误差和动力学误差进行有效的补偿。实际的机械系统为了实现确定的功能,都具有一定的加速度,而不是处于静止状态,系统的动力学特性对系统性能起着重要的作用。一般情况下,系统的结构设计要求具有较小的惯性力和较大的刚度,则相应系统的运动性能、静力学性能、动力学性能以及稳定性都会得到相应的提高。结构自身的重量、数量、组成结构的材料的空间
分布等都会对系统的动力学特性产生影响。绝大多数系统的驱动作用位置并不是作用在系统的质心上。同时由于系统支承和连接部件的刚度是有限的,会产生一定的惯性力,引起系统的振动,造成振动误差。如精密三坐标测量机,极小的加速度都会对
系统的测量精度产生影响。在线性精密平台的设计过程中,采用无质量高刚度的气浮支承技术,将支承件的惯性力减小到最小,对提高系统的动力学特性起到积极的作用,可以进一步提高系统的稳定性。

系统的加速度载荷、结构本身的刚度、材料的质量分布等,都会对系统的动力学特性产生影响。线性精密平台在持续的微小振动作用下,导致系统的定位精度下降。

线性精密平台的应用行业

如以光刻机为代表的超精密IC设备的研发阶段,系统的动力学特征随着特征线宽的持续减小,对定位精度的影响变得越来越突出。掌握超精密系统的结构组成和系统本身的动力学特性,对设备的制造、选择有效的隔振措施、减小振动的影响,对改善系统的性能等都具有重要的指导意义。

在精密加工领域,系统本身的动力学特性对系统精度的影响,随着制造的精微化,显得越来越突出。线性精密平台是精密加工领域主要的加工定位、快速传输的驱动系统。在运行过程中会产生一定的动态负载,对线性精密平台的定位精度产生影响。从系统的角度,对线性精密平台进行动力学特性的研究分析,相对比较成熟。

但是随着IC产业的特征线宽进一步减小,对线性精密平台提出了更高的要求,如定位精度、运行速度和运行加速度等进一步提高,需要对现有线性精密平台提出优化方案、改进方法。这不仅是技术发展的需要,而且也是社会、市场共同推动的结果。

为了线性精密平台的定位精度,对误差和非线性因素的消减显得越来越重要。无摩擦、小摩擦的运动导轨是消除直线电机定位平台的非线性特征和非确定性因素的主要措施。在直线电机驱动的定位平台系统中,直线电机的波动效应会直接影响到平台的定位精度。在运动行程内,基于软件的波动补偿控制策略对平台运动轨迹的补偿和误差的控制是有限的。因此,在精密加工领域,出现了基于气浮支承技术或(和)磁浮支承技术,以及直线电机驱动技术为载体的精密定位平台。一般多采用直线电机和静压气浮轴承的混合驱动方式,从硬件上对力的波动效应以及系统的非线性特性。
 
 
 进行有效的隔离消减
由于压缩气体的均衡作用,导致静压气浮轴承可实现较高的运动平稳性,在精密机械中已经得到了广泛的应用,而且具有近零摩擦和低热量产生等特点。
 
由于国外的技术封锁,最先进的线性精密平台无法进入国内市场,资料相对较少,而且技术本身的保密性很强。对整个线性精密平台定位的研究,国内还处于起步阶段,属于尚待创新性研究的领域,需从基础研究开始。要进一步提高精密加工的技术水平,线性精密平台技术已成为主要的制约因素。研发具有自主知识产权的超精密定位平台,是既具有科研价值,又具有时代挑战的科研任务。
 

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