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探析精密平臺中重復(fù)精度的影響因素

時間:2024-04-09 10:47:45來源:雅科貝思精密機電(上海)有限公司

導(dǎo)語:?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。

  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。

雅科貝思

  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。

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  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。

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  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

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  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。

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  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。

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  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。

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  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。

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  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。

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  圖 8 無拖鏈分解后測試數(shù)據(jù)

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  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

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  AAL 270氣浮平臺

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  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

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  VRG系列平臺

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  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

雅科貝思

雅科貝思

  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)


標(biāo)簽: 雅科貝思

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