垂直轴宏微复合二维运动平台及直线度误差补偿技术的研究
发布时间：2019-07-14 11:19
【摘要】：微纳技术的发展对精密定位平台提出了更高的要求,但即使是超精密机械,在生产过程中也不可避免的存在制造误差、安装误差等几何误差,传统设备加工精度之所以受限,跟设备本身的几何误差大有直接关系。直线度误差是重要的几何误差之一,普通导轨直线度误差无法补偿,只能通过精密加工手段或者综合误差补偿手段来改善。本文提出了一种可以进行直线度误差补偿的垂直轴宏微复合平台的设计方案,对其进行了动力学建模及仿真分析,并对其结构参数进行了优化,基于正交试验和回归分析得到了微动台的位移输出前馈控制函数,开发了直线度误差补偿软件,基于实验研究综合评价了宏微复合平台的性能,首次利用垂直轴宏微复合平台实现了普通线性导轨的直线度误差补偿。首先本文创新性的提出了一种垂直轴宏微复合二维运动平台的设计方案,即微动台的运动方向与宏动台的运动方向(宏动台导轨方向)相互垂直。为了提高平台的承载能力,减小平台的位移耦合,设计了承载能力较大的双柔性平行六连杆微动台。将双驱动的宏微复合平台简化为质量-弹簧-阻尼组成的二阶系统,进行了动力学分析,对平台阶跃响应进行了仿真分析,得到了系统优化配置方案：固有频率高、阻尼小,使系统的超调量降低,动态跟踪能力增强。其次对具有大承载力的双柔性平行六连杆微动平台进行了静力学、动力学建模及优化设计。推导了微动台静态刚度模型,建立了转角刚度及最大应力校核模型；基于拉格朗日方程建立了平台在其运动方向上的固有频率解析式。基于静动态性能平衡的原理,采用归一化坐标的方式,得到了微动台的优化参数。微动承载平台采用底部挖空和加强筋结合的结构形式使微动台的稳态时间由0.80s提高到了0.58s。采用所建立的刚度及固有频率模型计算得到微动台在其运动方向上的理论刚度为7.92N/μm,理论固有频率为349.9Hz。对所建立的微动平台位移输出前馈控制函数进行了研究。对空载压电陶瓷进行了性能测试,结果表明微动台的迟滞非线性随着满程电压的增大而增大,迟滞最大现象发生在比二分之一满程电压小的地方,而非线性位移偏离最大值也主要发生在满程电压的二分之一处。设计了微动台位移输出的正交试验,得到了因素水平为输入电压和预紧力的各五个水平数值下的正向和反向输出位移数表。对正交试验数据进行了回归分析,得到了微动台位移输出的二元多次函数,并选择了最优的含有交叉项的二元二次函数作为微动台位移输出的前馈控制函数,对预紧力为60N的正向电压及反向电压控制函数进行了实验研究,得到了理论与实验对比图。然后对所搭建的宏微复合平台的宏动台直线度误差进行了测试,并设计了误差补偿控制软件。基于宏动台的PMAC运动控制卡、激光干涉仪搭建了宏动台直线度误差辨识系统,对宏动台在200mm行程上间隔为2mm的101个点的直线度误差值进行了测试,基于最小二乘法得到了补偿前导轨直线度误差为25.32μm,并根据理想直线位置分析得到了宏动台误差补偿的数据表。基于Visual C++对压电陶瓷控制软件进行了二次开发,添加了可读入文件功能,利用回归分析得到的位移控制函数优化了软件位移控制算法,为直线度误差补偿奠定了基础。最后对微动台性能和直线度误差补偿进行了实验研究。微动台位移输出实验表明微动台具有良好的动态跟踪性能,低频输出位移可达56.59μm,能够达到设计要求。采用三种方法(压电陶瓷和力传感器的方式、基于钢制杆件的方式、基于创新设计的直接施力装置)对微动台刚度及其线性度进行了实验研究,表明采用创新设计的微动台直接施力装置测得的微动台上升力刚度为7.43N/μm,下降力刚度为7.42 N/μm,与理论计算的误差为6.6%,误差最小,而力上升过程的刚度和力下降过程的刚度曲线基本重合,表明所设计的微动台刚度线性度较好。微动台承载能力实验表明不均匀加载对位移输出影响更大。POLYTECH激光多普勒测振仪测得的微动台在其运动方向上的固有频率为342.2Hz,与理论计算的误差值为2.3%。采用垂直轴宏微复合平台对直线度误差进行了补偿,测试结果表明200mm长的导轨补偿后直线度误差可达4.40μm,与补偿前的直线度误差相比减小了20.91 μm,补偿有效率为83%,表明本文创新设计的垂直轴宏微复合平台结构和直线度误差补偿方法是可行的。
文内图片：
图片说明： Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋公司也开发了ＮＴＳ邋Ｎａｎｏ邋Ｄｉｒｅｃｔ系列精密运动平台；２００４年逡逑Ｍ．Ｖ．Ｓｈｕｔｏｖ［２４］开发了大行程高精度尺蠖型运动平台，运动行程５０ｍｒｎ，步距０．０５－２ｍｍ。逡逑韩国电子技术研究所研制的用于微装配和半导体设备上的尺sr式驱动器如图１－５所示，逡逑定位行程可达１００ｍｍ，移步距离５０ｎｍ，速度可达１０．２ｍｍ／ｓ，采用外差激光干涉仪作为位逡逑置反馈装置。逡逑ＰｏｉｉｔｉＤｎ邋Ｓ？ｉｓｏｔ逦Ｃｏｍｊｎｆｒｒｉａｌ逡逑！邋ｑｎｔｒｒｆｐｒｔｉｍｐｍｒ：邋■■■■邋Ｔｎｔｐｒｆｐｒ－ｎｍｒＴｐｒ逦广逡逑~栧义希叔澹模迹浚辏睿幔洌椋辏欤椋椋鳎蝈危澹澹五五危裕铮椋妫殄澹诲义希ǎ幔┦笛橄低惩煎危ǎ猓╁澹担埃睿聿骄嗍笛殄义希ǎ幔╁澹牛穑澹颍椋恚澹睿簦幔戾澹螅螅簦澹礤危ǎ猓樱簦澹疱澹澹穑澹颍椋恚澹睿翦澹椋铄澹担埃睿礤义贤迹保党唧妒角鞫ㄎ幌低冲义希疲椋纾澹保靛澹桑睿悖瑁鳎铮睿铄澹簦穑邋澹幔悖簦酰幔簦铮蝈澹穑铮螅椋簦椋铮睿椋睿珏澹螅螅簦澹礤义显诠冢虾＝煌ù笱杓屏嗣嫦蛐酒庾暗母呒铀俣雀呔绕《ㄎ黄教ǎゅ义献餍谐炭纱铮保担埃恚恚荆迹保担埃恚恚馗炊ㄎ痪
本文编号：2514357
文内图片：
图片说明： Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋公司也开发了ＮＴＳ邋Ｎａｎｏ邋Ｄｉｒｅｃｔ系列精密运动平台；２００４年逡逑Ｍ．Ｖ．Ｓｈｕｔｏｖ［２４］开发了大行程高精度尺蠖型运动平台，运动行程５０ｍｒｎ，步距０．０５－２ｍｍ。逡逑韩国电子技术研究所研制的用于微装配和半导体设备上的尺sr式驱动器如图１－５所示，逡逑定位行程可达１００ｍｍ，移步距离５０ｎｍ，速度可达１０．２ｍｍ／ｓ，采用外差激光干涉仪作为位逡逑置反馈装置。逡逑ＰｏｉｉｔｉＤｎ邋Ｓ？ｉｓｏｔ逦Ｃｏｍｊｎｆｒｒｉａｌ逡逑！邋ｑｎｔｒｒｆｐｒｔｉｍｐｍｒ：邋■■■■邋Ｔｎｔｐｒｆｐｒ－ｎｍｒＴｐｒ逦广逡逑~栧义希叔澹模迹浚辏睿幔洌椋辏欤椋椋鳎蝈危澹澹五五危裕铮椋妫殄澹诲义希ǎ幔┦笛橄低惩煎危ǎ猓╁澹担埃睿聿骄嗍笛殄义希ǎ幔╁澹牛穑澹颍椋恚澹睿簦幔戾澹螅螅簦澹礤危ǎ猓樱簦澹疱澹澹穑澹颍椋恚澹睿翦澹椋铄澹担埃睿礤义贤迹保党唧妒角鞫ㄎ幌低冲义希疲椋纾澹保靛澹桑睿悖瑁鳎铮睿铄澹簦穑邋澹幔悖簦酰幔簦铮蝈澹穑铮螅椋簦椋铮睿椋睿珏澹螅螅簦澹礤义显诠冢虾＝煌ù笱杓屏嗣嫦蛐酒庾暗母呒铀俣雀呔绕《ㄎ黄教ǎゅ义献餍谐炭纱铮保担埃恚恚荆迹保担埃恚恚馗炊ㄎ痪
本文编号：2514357
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2514357.html
教材专著
