科普

　　什么是重復(fù)定位精度?

　　在精密運動平臺中，重復(fù)定位精度(或重復(fù)性)是指運動臺多次運動到同一名義位置時，與實際位置偏差的某個統(tǒng)計量，根據(jù)不同的測試標(biāo)準(zhǔn)會有不同的統(tǒng)計計算方法，例如峰谷值、2σ、3σ等。

　　圖 1 雅科貝思VRG系列平臺

　　重復(fù)定位精度受多種復(fù)雜因素影響，既有運動臺自身因素，比如背隙、摩擦力、線纜擾動力、伺服抖動、剛度等，也有環(huán)境因素，比如溫度漂移、地基振動、環(huán)境噪聲等。我們幾乎不太可能給出每一種因素對重復(fù)性的定量影響。

　　比如說，結(jié)構(gòu)的背隙和不可恢復(fù)彈性變形通常會導(dǎo)致運動臺正反向運動時位置誤差存在明顯的正負(fù)向偏差，即所謂的“開口”(Gap)現(xiàn)象。導(dǎo)致背隙和不可恢復(fù)彈性變形的原因尚不清楚，通常認(rèn)為背隙是由零件間的連接導(dǎo)致。而不可恢復(fù)彈性變形是靜摩擦力、線纜力等力與電機力共同作用的結(jié)果，我們把二者造成的結(jié)構(gòu)變形統(tǒng)稱為不可復(fù)位的形變，原理如圖 2 所示。實際上我們也難以在測試結(jié)果當(dāng)中對二者的影響進(jìn)行分離。

　　圖 2 結(jié)構(gòu)不可復(fù)位的形變

　　雖然無法量化每種因素對重復(fù)性的影響，但可以通過統(tǒng)計理論和唯象論的觀點給出對測試結(jié)果的解釋。因此，我們在統(tǒng)計意義上可以把重復(fù)性的影響因素進(jìn)行如圖 3 所示的分類。

　　圖 3 統(tǒng)計意義上的重復(fù)性的影響因素

　　實驗

　　影響重復(fù)定位精度的因素

　　圖 4 氣浮單軸運動臺

　　為了探尋影響重復(fù)定位精度的影響因素，我們首先隨機挑選了一臺典型的氣浮平臺進(jìn)行重復(fù)性測試來尋找可能的影響因素。測試結(jié)果如圖 5 所示，從中可以清晰地看出隨機抖動、不可復(fù)位的變形以及長時間的位置漂移等因素對重復(fù)性結(jié)果的影響。

　　圖 5 典型的氣浮臺重復(fù)性測試結(jié)果

　　針對這些可能的影響因素，接下來我們會使用雅科貝思的氣浮臺測試數(shù)據(jù)來具體分析不同因素對于重復(fù)定位精度的影響力程度。為了更精準(zhǔn)地確定每種因素的影響程度，氣浮平臺被分為有拖鏈版本與無拖鏈版本來進(jìn)行重復(fù)性測試。

　　表 1 按照Renishaw2012標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性測試結(jié)果(無拖鏈)

　　根據(jù)Renishaw2012的測試標(biāo)準(zhǔn)，我們得到了表 1的重復(fù)性測試數(shù)據(jù)。但我們很難直接從測試數(shù)據(jù)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)影響運動臺重復(fù)性的因素，因此我們需要對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分解。

　　圖 6 分解后的重復(fù)性測試數(shù)據(jù)(無拖鏈)

　　分解后得到如圖 6 所示的結(jié)果，可以得到雖然每次重復(fù)性的測試數(shù)據(jù)都不一樣，但隨機抖動(Noise)和不可復(fù)位的變形(Gap)造成的影響相對穩(wěn)定。然而每次測試結(jié)果的不一致主要是由溫度漂移(Drift)導(dǎo)致的。

　　氣浮臺幾乎不存在導(dǎo)向摩擦力，于是線纜、拖鏈等便成了擾動(Noise)的主要來源?；谙嗤臏y試氣浮平臺，我們增加了拖鏈再進(jìn)行對比。

　　圖 7 無拖鏈和有拖鏈的典型測試數(shù)據(jù)

　　有拖鏈和無拖鏈的典型測試數(shù)據(jù)如圖 7 所示，在有拖鏈情況下呈明顯的波浪形式，而無拖鏈情況下呈線性形式。對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，無拖鏈情況下Noise約為±15nm，而有拖鏈情況下Noise約為±40nm，數(shù)值明顯增大，因此對有超高重復(fù)定位精度需求的運動平臺，拖鏈的擾動不可忽略。

　　圖 8 無拖鏈分解后測試數(shù)據(jù)

　　圖 9 有拖鏈分解后鏈測試數(shù)據(jù)

　　結(jié)語

　　提升重復(fù)定位精度至關(guān)重要，

　　是系統(tǒng)性工程

　　重復(fù)性是所有運動平臺最關(guān)鍵的指標(biāo)之一，平臺的重復(fù)定位精度決定了最終產(chǎn)品的精度等級。無論是半導(dǎo)體檢測設(shè)備還是光刻機，貼片平臺還是加工機床 ，都無一不把重復(fù)定位精度放在首要考量位置。

　　同時，重復(fù)定位精度的提升也是困難的，柵尺位置、電機位置、導(dǎo)軌摩擦等都需要考慮，甚至線纜干擾也會對重復(fù)性產(chǎn)生影響，總之重復(fù)定位精度的提升是一個系統(tǒng)性的工程。

　　Akribis對重復(fù)定位精度有著深刻的理解，能夠為客戶提供各種超高重復(fù)定位精度的定制化運動平臺。同時，公司也會結(jié)合客戶的具體應(yīng)用場景做針對性開發(fā)，幫助客戶解決包括速度、精度、力控制等運動控制方面的技術(shù)難題，利用我們在直驅(qū)領(lǐng)域的專長和技術(shù)積累，助力中國制造業(yè)升級。

　　產(chǎn)品

　　AAL 270 氣浮平臺

　　AAL 270氣浮平臺

　　高剛性、無摩擦靜壓氣浮導(dǎo)向

　　超精等級幾何精度滿足高端定位系統(tǒng)需求

　　導(dǎo)軌、電機、編碼器實現(xiàn)全面無接觸、無磨損

　　內(nèi)置線纜管理以及模組化XY堆疊設(shè)計

　　應(yīng)用：半導(dǎo)體晶圓檢測、激光微加工、鉆石單晶車床等

　　產(chǎn)品

　　VRG系列平臺

　　VRG系列平臺

　　多功能的龍門平臺

　　采用非接觸式的光學(xué)編碼器

　　高峰值推力與持續(xù)推力

　　響應(yīng)時間快

　　應(yīng)用：高速取放，自動化組裝，點膠等高精度行業(yè)

　　產(chǎn)品

　　PGS-XY平臺

　　堆疊XY平臺

　　高速，高加速

　　高精度，高剛性

　　圓晶平臺

　　無齒槽力

　　應(yīng)用：高速取放，自動化組裝，點膠等高精度行業(yè)