工作台微定位特性分析及误差补偿研究

论文摘要

随着表面形貌测量、超精密加工及生物医学工程等众多领域的不断发展,与之相关的设备对定位行程、定位精度的要求越来越高,因此大行程高精度的定位技术在现代科学技术中起到十分关键的作用,近年来一直是精密工程领域的研究热点之一。论文以宏微双重驱动方式大行程高精度定位系统中的宏动台为研究对象,研究了以交流伺服电机加滚珠丝杠传动,光栅测量为反馈系统的宏动台的运动特性与定位误差,研究内容包括:1通过物理样机实验,指定工作台运动行程为2mm,选择有代表性的低速0.006mm/s、中速0.27mm/s、高速25mm/s运动,采样光栅测量到莫尔条纹计数值,分析低速爬行、滞后性、高速振荡三种非线性特性,得到结论宏动台在低速和高速情况下,定位特性差。2基于ADAMS/View的宏动台机械系统建模与仿真,通过改变系统刚度、阻尼、工作台质量,从而确定传动件刚度大,阻尼大,工作台质量轻,工作台的运动线性度好,从而宏动台的定位性好。3对定位系统中各种误差的来源,包括机械和光栅测量系统等误差进行了详细分析,并对误差进行静态误差与动态误差分类,为误差补偿提供依据。结合微定位实验数据与误差分析,基于MATLAB建立误差补偿模型,采用曲线拟合的数值分析方法,选择了多项式模型,并将该多项式数学函数表达式应用于软件补偿中,定位精度达到2um。本文综合运用了建模与仿真、虚拟样机技术等知识,对光电检测实验室的宏微双重驱动精密工作台整体研究有重要意义。文中的研究对象是典型的机械传动系统,所涉及的建模仿真方法适用于其它机械传动系统的性能分析与设计,具有一定的理论意义和工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内现状
• 1.2.2 国际现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 精密工作台系统分析
• 2.1 导轨与驱动方式
• 2.2 反馈系统
• 2.2.1 测量装置
• 2.2.2 控制部分
• 2.3 精密工作台的结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 工作台定位实验与分析
• 3.1 运动特性实验
• 3.1.1 采集实验数据
• 3.1.2 工作台X 向运动实验
• 3.2 运动特性分析
• 3.2.1 低速爬行分析
• 3.2.2 滞后性分析
• 3.2.3 高速振荡分析
• 3.3 定位特性分析
• 3.4 基于ADAMS 宏动台建模与仿真
• 3.4.1 仿真模型建立
• 3.4.2 仿真实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 定位系统的误差分析与补偿
• 4.1 误差分析
• 4.1.1 机械结构误差
• 4.1.2 光栅测量系统误差
• 4.1.3 环境误差
• 4.2 定位误差建模
• 4.3 定位误差补偿
• 4.4 本章小结
• 第5章 全文总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望及今后工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录