科普

　　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(shuō)，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(kāi)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。

　　圖 2 結(jié)構(gòu)不可復(fù)位的形變

　　雖然無(wú)法量化每種因素對(duì)重復(fù)性的影響，但可以通過(guò)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。

　　圖 3 統(tǒng)計(jì)意義上的重復(fù)性的影響因素

　　實(shí)驗(yàn)

　　影響重復(fù)定位精度的因素

　　圖 4 氣浮單軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)

　　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(lái)尋找可能的影響因素。測(cè)試結(jié)果如圖 5 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 5 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(lái)我們會(huì)使用雅科貝思的氣浮臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)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(wú)拖鏈版本來(lái)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試。

　　表 1 按照Renishaw2012標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性測(cè)試結(jié)果(無(wú)拖鏈)

　　根據(jù)Renishaw2012的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，我們得到了表 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，因此我們需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分解。

　　圖 6 分解后的重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)(無(wú)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(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。

　　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(lái)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。

　　圖 7 無(wú)拖鏈和有拖鏈的典型測(cè)試數(shù)據(jù)

　　有拖鏈和無(wú)拖鏈的典型測(cè)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(wú)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(wú)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 8 無(wú)拖鏈分解后測(cè)試數(shù)據(jù)

　　圖 9 有拖鏈分解后鏈測(cè)試數(shù)據(jù)

　　結(jié)語(yǔ)

　　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(wú)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(wú)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)榭蛻籼峁└鞣N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(kāi)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)。

　　產(chǎn)品

　　AAL 270 氣浮平臺(tái)

　　AAL 270氣浮平臺(tái)

　　高剛性、無(wú)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(wú)接觸、無(wú)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

　　產(chǎn)品

　　VRG系列平臺(tái)

　　VRG系列平臺(tái)

　　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)

　　產(chǎn)品

　　PGS-XY平臺(tái)

　　堆疊XY平臺(tái)

　　高速，高加速

　　高精度，高剛性

　　圓晶平臺(tái)

　　無(wú)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)