探析影響精密平臺(tái) 重復(fù)定位精度的因素
文:文 /Akribis 雅科貝思2024年第五期
導(dǎo)語:重復(fù)定位精度受多種復(fù)雜因素影響,既有運(yùn)動(dòng)臺(tái)自身因素,比如背隙、摩擦力、線纜擾動(dòng)力、伺服抖動(dòng)、剛度等,也有環(huán) 境因素,比如溫度漂移、地基振動(dòng)、環(huán)境噪聲等。本文主要介紹了通過一臺(tái)典型的氣浮平臺(tái)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試,來尋找其中可能 因素的過程。
1 什么是重復(fù)定位精度?
在精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中,重復(fù)定位精度(或重復(fù)性)是 指運(yùn)動(dòng)臺(tái)多次運(yùn)動(dòng)到同一名義位置時(shí),與實(shí)際位置偏差的 某個(gè)統(tǒng)計(jì)量,根據(jù)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有不同的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方 法,例如峰谷值、2σ、3σ等。
圖 1 雅科貝思 VRG 系列直驅(qū)龍門平臺(tái)
重復(fù)定位精度受多種復(fù)雜因素影響,既有運(yùn)動(dòng)臺(tái)自身因 素,比如背隙、摩擦力、線纜擾動(dòng)力、伺服抖動(dòng)、剛度等, 也有環(huán)境因素,比如溫度漂移、地基振動(dòng)、環(huán)境噪聲等。我 們幾乎不太可能給出每一種因素對(duì)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(huì)導(dǎo)致 運(yùn)動(dòng)臺(tái)正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jī)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(shí)際上我們也難以在測(cè)試結(jié)果當(dāng)中對(duì) 二者的影響進(jìn)行分離。
雖然無法量化每種因素對(duì)重復(fù)性的影響,但可以通過統(tǒng)計(jì)理論和唯象論的觀點(diǎn)給出對(duì)測(cè)試結(jié)果的解釋。因此, 我們?cè)诮y(tǒng)計(jì)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。
2 實(shí)驗(yàn):影響重復(fù)定位精度的因素
為了探尋影響重復(fù)定位精度的影響因素,我們首先隨 機(jī)挑選了一臺(tái)典型的氣浮平臺(tái)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試來尋找可能 的影響因素。測(cè)試結(jié)果如圖4所示,從中可以清晰地看出隨 機(jī)抖動(dòng)、不可復(fù)位的變形以及長(zhǎng)時(shí)間的位置漂移等因素對(duì) 重復(fù)性結(jié)果的影響。
圖 4 典型的氣浮臺(tái)重復(fù)性測(cè)試結(jié)果
針對(duì)這些可能的影響因素,接下來我們會(huì)使用雅科 貝思的氣浮臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)來具體分析不同因素對(duì)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(tái)被分為有拖鏈版本與無拖鏈版本來進(jìn)行重復(fù) 性測(cè)試。
根據(jù)Renishaw2012的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),可以得到如表1的重 復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù),但我們很難直接從測(cè)試數(shù)據(jù)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)影響 運(yùn)動(dòng)臺(tái)重復(fù)性的因素,因此需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分解。
分解后得到如圖5所示的結(jié)果,可以得到雖然每次重復(fù) 性的測(cè)試數(shù)據(jù)都不一樣,但隨機(jī)抖動(dòng)(Noise)和不可復(fù)位 的變形(Gap)造成的影響相對(duì)穩(wěn)定。然而每次測(cè)試結(jié)果的 不一致主要是由溫度漂移(Drift)導(dǎo)致的。
圖 5 分解后的重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)(無拖鏈)
氣浮臺(tái)幾乎不存在導(dǎo)向摩擦力,于是線纜、拖鏈等便 成了擾動(dòng)(Noise)的主要來源?;谙嗤臏y(cè)試氣浮平 臺(tái),我們?cè)黾恿送湘溤龠M(jìn)行對(duì)比。
有拖鏈和無拖鏈的典型測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6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(duì) 測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(duì)有超 高重復(fù)定位精度需求的運(yùn)動(dòng)平臺(tái),拖鏈的擾動(dòng)不可忽略。
圖 6 無拖鏈和有拖鏈的典型測(cè)試數(shù)據(jù)
圖 7 無拖鏈分解后測(cè)試數(shù)據(jù)
圖 8 有拖鏈分解后鏈測(cè)試數(shù)據(jù)
3 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(yùn)動(dòng)平臺(tái)最關(guān)鍵的指標(biāo)之一,平臺(tái)的重 復(fù)定位精度決定了最終產(chǎn)品的精度等級(jí)。無論是半導(dǎo)體檢 測(cè)設(shè)備還是光刻機(jī),貼片平臺(tái)還是加工機(jī)床 ,都無一不把 重復(fù)定位精度放在首要考量位置。
同時(shí),重復(fù)定位精度的提升也是困難的,柵尺位置、 電機(jī)位置、導(dǎo)軌摩擦等都需要考慮,甚至線纜干擾也會(huì)對(duì) 重復(fù)性產(chǎn)生影響,總之重復(fù)定位精度的提升是一個(gè)系統(tǒng)性 的工程。
Akribis對(duì)重復(fù)定位精度有著深刻的理解,能夠?yàn)榭?戶提供各種超高重復(fù)定位精度的定制化運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。同時(shí), 公司也會(huì)結(jié)合客戶的具體應(yīng)用場(chǎng)景做針對(duì)性開發(fā),幫助客 戶解決包括速度、精度、力控制等運(yùn)動(dòng)控制方面的技術(shù)難 題,利用我們?cè)谥彬?qū)領(lǐng)域的專長(zhǎng)和技術(shù)積累,助力中國(guó)制 造業(yè)升級(jí)。
4 主要產(chǎn)品簡(jiǎn)介
(1)AAL 270氣浮平臺(tái)
AAL 270氣浮平臺(tái)的性能特點(diǎn)有:
? 高剛性、無摩擦靜壓氣浮導(dǎo)向;
? 超精等級(jí)幾何精度滿足高端定位系統(tǒng)需求;
? 導(dǎo)軌、電機(jī)、編碼器實(shí)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(jì);
? 應(yīng)用:半導(dǎo)體晶圓檢測(cè)、激光微加工、鉆石單晶車床等。
圖 9 AAL 270 氣浮平臺(tái)
(2)VRG系列平臺(tái)
VRG系列平臺(tái)的性能特點(diǎn)有:
? 多功能的龍門平臺(tái);
? 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(shí)間快;
? 應(yīng)用:高速取放、自動(dòng)化組裝、點(diǎn)膠等高精度行業(yè)。
圖 10 VRG 系列平臺(tái)
(3)PGS-XY平臺(tái)
堆疊XY平臺(tái)的主要性能特點(diǎn)如下:
? 高速,高加速;
? 高精度,高剛性;
? 圓晶平臺(tái);
? 無齒槽力;
? 應(yīng)用:高速取放、自動(dòng)化組裝、點(diǎn)膠等高精度行業(yè)。
圖 11 堆疊 XY 平臺(tái)
中傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:
凡本網(wǎng)注明[來源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來源“中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。
如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
關(guān)注伺服與運(yùn)動(dòng)控制公眾號(hào)獲取更多資訊
關(guān)注直驅(qū)與傳動(dòng)公眾號(hào)獲取更多資訊
關(guān)注中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)公眾號(hào)獲取更多資訊
掃碼關(guān)注小程序
時(shí)刻關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)
- 1資訊在線
填寫郵件地址,訂閱更多資訊:
撥打電話咨詢:13751143319 余女士
郵箱:chuandong@chuandong.cn
- 運(yùn)動(dòng)控制
- 伺服系統(tǒng)
- 機(jī)器視覺
- 機(jī)械傳動(dòng)
- 編碼器
- 直驅(qū)系統(tǒng)
- 工業(yè)電源
- 電力電子
- 工業(yè)互聯(lián)
- 高壓變頻器
- 中低壓變頻器
- 傳感器
- 人機(jī)界面
- PLC
- 電氣聯(lián)接
- 工業(yè)機(jī)器人
- 低壓電器
- 機(jī)柜