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高精度測量氣浮平臺技術(shù)研究現(xiàn)狀
隨著測量技術(shù)、超 數(shù)控加工技術(shù)、微光刻技術(shù)、生物技術(shù)等的迅猛發(fā)展,對 定位工作臺的精度、運行速度、行程、自動化程度和性等方面均提出了 高的要求?,F(xiàn)代 測量運動平臺多采花崗石平臺,采用靜壓氣體支承技術(shù)。靜壓氣體支承技術(shù)是一種典型的無摩擦氣浮支承技術(shù),具有響應(yīng)、運行平穩(wěn)、 等優(yōu)點,在 或超 氣浮運動平臺的設(shè)計中常采用該技術(shù)來對運動件進(jìn)行支承。同時,隨著IC(集成電路)技術(shù)和MEMS(微電子機械系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展, 氣浮運動平臺的定位精度 高可達(dá)亞納米級, 的了超 、長行程氣浮定位工作臺的發(fā)展,并有利于這些工作臺在相關(guān)的推廣應(yīng)用。
三維 測量技術(shù)是一種基于 運動平臺的 檢測技術(shù),是超 機加工行業(yè)工件質(zhì)量的重要一環(huán),其具有測量、穩(wěn)定性好、通用性強(能測長度、角度、形位公差等)、可多維測量、測量等特點?,F(xiàn)代 測量運動平臺多采用靜壓氣浮支承導(dǎo)軌形式作為工作平臺,能夠?qū)崿F(xiàn)檢測對象或超 加工的 運動。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,根據(jù)適用對象以及測量精度要求的不同,現(xiàn)有三維 測量氣浮平臺主要結(jié)構(gòu)形式有龍門式、橋式、懸臂式三種類型,且以移動龍門式結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多,但其在運動精度及存在阿貝誤差等方面的缺陷一直是一大難題。在運動控制方面,三維 測量技術(shù)多數(shù)以運動控制卡為核心,采用PID參數(shù)調(diào)節(jié)及速度、加速度前饋控制模式并以 光柵或激光尺來進(jìn)行位置信息的反饋,可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制功能, 高定位精度水平可達(dá)納米級。在設(shè)計分析方面,主要側(cè)重于 結(jié)構(gòu)參數(shù)對所設(shè)計平臺的靜態(tài)力學(xué)特性的影響以及分析平臺的動力學(xué)響應(yīng)特性,但以理論和仿真 較多,二者與實驗的結(jié)合 相對較少。
另外,同 相比,國內(nèi)在對 測量氣浮平臺的測量精度、驅(qū)動控制、性、運動誤差補償?shù)确矫娴募夹g(shù)水平明顯不足,很大部分還處在實驗 階段, 的制約了我國在超精尖等 的發(fā)展。相反,美國、德國、日本等發(fā)達(dá) 對 或超 氣浮定位平臺技術(shù)的 已相對成熟,在近幾十年對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深層次的探索及。如其廣泛應(yīng)用于超 測量的氣浮定位平臺在機械結(jié)構(gòu)、運動控制、穩(wěn)定性等方面均有了跨越式的發(fā)展, 的了氣浮平臺運動精度的再提高。當(dāng)然,由于 氣浮運動平臺在 測量等的應(yīng)用受多種因素的綜合影響,還有進(jìn)一步 的空間,主要集中在以下幾個方面:(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是三維測量裝備力學(xué)性能和測量精度的重要,而現(xiàn)有的氣浮平臺結(jié)構(gòu)形式較為單一,無法測量對象的廣泛性;(2)補償技術(shù)方面,無論是控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的不合理性還是外界環(huán)境的影響都會引起平臺運動精度的降低,需要有 的運動控制補償技術(shù);(3)驅(qū)動控制方面,首先需要 的位置信息反饋系統(tǒng),實時監(jiān)測氣浮平臺的位置偏離誤差范圍;其次,在運動軌跡規(guī)劃中,對速度以及加速度的控制要求較高; 后,各運動軸的同步控制也有待進(jìn)一步 。
氣浮花崗石平臺作為 測量及超 加工裝備的基礎(chǔ),在相關(guān)技術(shù) 方面己經(jīng)有了堅實的基礎(chǔ)。在近幾年關(guān)于測量技術(shù)的 中,應(yīng)用于三維 測量或其它的氣浮定位工作臺在結(jié)構(gòu)、材料、驅(qū)動、控制、測量等方面有了許多長足的進(jìn)步,使定位工作臺朝、高速度、大行程的方向發(fā)展。超 氣浮定位工作臺是測量機上 重要的關(guān)鍵部件,它直接影響測量機能達(dá)到的測量精度和測量效率。因此,美國、日本等發(fā)達(dá) 在 測量或 加工的同時,積極開展對定位工作臺的 ,不斷研制出、高速度、大行程的定位工作臺來滿足光刻技術(shù)的發(fā)展得需要,而目前 主流的產(chǎn)品是超 氣浮定位工作臺,其主流通用 運動平臺采用的導(dǎo)向和支撐方式多以氣浮導(dǎo)軌和氣浮軸承為主,驅(qū)動方式均采用直線電機驅(qū)動。
國內(nèi) 超 定位工作臺的單位雖然不少,但大多限于研制小行程(毫米以下)、的定位工作臺,只有少數(shù)單位能夠生產(chǎn)和研制大行程、超 定位工作臺,如中科院光電所和清華大學(xué)等??偠灾?,國內(nèi)在 或超 氣浮平臺方面己經(jīng)取得了許多新的突破,但大多數(shù)氣浮平臺多限于小行程、低速運動,且相當(dāng)一部分 所能達(dá)到的精度也于在實驗室環(huán)境下獲得,與 早已經(jīng)在生產(chǎn)實際中廣泛運用還相差甚遠(yuǎn)。同時,國內(nèi)在研制大行程、 或超 定位工作臺方面還存在基礎(chǔ) 薄弱、 新?lián)Q代速度慢等問題,相關(guān)技術(shù)的 在我國尚處于創(chuàng)新性 階段,導(dǎo)致我國超 定位工作臺的研制和發(fā)展水平落后于發(fā)達(dá) 至少十五年,嚴(yán)重制約著我國測量技術(shù)、微電子產(chǎn)業(yè)等的發(fā)展。