二自由度直線電機定位平臺設(shè)計于特性研究

摘 要：研究二自由度直線電機定位平臺設(shè)計的特殊性，主要目的是為了提高引線鍵合設(shè)備的效率和質(zhì)量，對于其結(jié)構(gòu)設(shè)計和動靜態(tài)特性研究，搭建一個定位平臺機械系統(tǒng)和控制樣機，可以將機械設(shè)計理論和實際應(yīng)用相互結(jié)合，采用新型彈性解耦方法， 根據(jù)各個項目性質(zhì)不同要求，選擇適合零件進(jìn)行材料加工，對于小尺寸、輕質(zhì)量和高結(jié)構(gòu)的特點，最終目的都是為了能夠很好保證平臺定位精確度問題。

關(guān)鍵詞：自由度；直線電機；平臺設(shè)計；特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.195

0 引言

通過地域模型分析和考察定位對于平臺特性問題，可以在一定基礎(chǔ)上很好完成平臺動態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后利用解析方式，結(jié)合圖形進(jìn)行合理理論分析，對于平臺結(jié)構(gòu)連接方式進(jìn)行一定優(yōu)化，建立雙方軸定位系統(tǒng)，然后進(jìn)行全局動力學(xué)模型設(shè)計和研究工作，建立一個直線形式電機驅(qū)動和高速精密平臺定位樣機，最后進(jìn)行動態(tài)實驗，讓樣機靜動特性和有限元分析能夠在一定基礎(chǔ)上符合要求，定位系統(tǒng)良好動態(tài)結(jié)構(gòu)，合理滿足對于設(shè)計要求定位。

1 微型機電系統(tǒng)

微型機電系統(tǒng)主要就是采用各種微細(xì)加工技術(shù)對于制造集微型機構(gòu)、微型傳感器和信號處理器進(jìn)行一定衛(wèi)星機械系統(tǒng)樣式控制，很多發(fā)達(dá)國家都設(shè)有專門研究機構(gòu)和微電子封裝技術(shù)，國際上對于微型機電系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行非常全面發(fā)展和研究，我國發(fā)展也處于非常繁榮時期，微電子封裝技術(shù)一直都是隨著電子類產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷完善和進(jìn)步。對于封裝設(shè)備工作，二自由度定位基本都是使用機電和絲杠結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，最終目的就是提高對于平臺速度，現(xiàn)在很多研究機構(gòu)都使用銀圈和電機驅(qū)動定位方式進(jìn)行平臺設(shè)計工作。

2 定位系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計方式

封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求定位系統(tǒng)具有一定高精要求，國內(nèi)研制定位平臺也都是朝著這高端方向發(fā)展的，也同時取得了很多成果，在不斷克服很多困難，電機驅(qū)動方式也很好避免了對于中間很多環(huán)節(jié)負(fù)面影響問題，使得柔性機構(gòu)采用減弱方式，很好定位平臺研究工作，主要就是圍繞著對于很細(xì)節(jié)問題進(jìn)行研究。定位平臺設(shè)計基礎(chǔ)原則就是要能夠很好滿足對于一定指標(biāo)要求，使得設(shè)計產(chǎn)品更加緊促，經(jīng)濟上也更加合理，從機械動力學(xué)角度上看，要實現(xiàn)平臺高速精密，就要不斷保證系統(tǒng)具有非常好動靜特性，直驅(qū)定位系統(tǒng)之間可以滿足無機械摩擦和無間隙的工作行程，控制系統(tǒng)也可以很簡單，這些都是精密機構(gòu)設(shè)計中必須要滿足的重要原則問題，也是非常科學(xué)研究準(zhǔn)則。

3 直線電機設(shè)備

直線電機和驅(qū)動控制技術(shù)現(xiàn)在日趨成熟，在精密加工設(shè)備上也已經(jīng)被廣泛使用，直線電機可以看成是旋轉(zhuǎn)電機徑向剖開和延伸，旋轉(zhuǎn)電機定子已經(jīng)開展了直線電機初級階段研究，轉(zhuǎn)子直線電機的初級，直線電機和普通旋轉(zhuǎn)電機一樣都是基于電磁感應(yīng)方面進(jìn)行一定研究工作地額，在電機整體繞組放方面，動子在氣隙中可以產(chǎn)生一定磁場，這個磁場還可以延展呈正弦的分布，不是像旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)一樣，是一種行波磁場，和初級永磁體軌道相互作用的時候，就產(chǎn)生了電磁推力，這就是顯現(xiàn)電機運動基本原理問題。一般直線電機驅(qū)動有點是不需要任何裝置進(jìn)行直接電能轉(zhuǎn)化的，可以省去很多中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，消除傳統(tǒng)機械傳動連接，提高系統(tǒng)快速的反映能力和控制精度問題，使用場合也不會受一定限制，散熱能力也比較好。高速封裝設(shè)備中，直線電機驅(qū)動直接性和簡潔性都是最合適的驅(qū)動方法，直線電機可以主要分為是兩個類型，一個是對于永久性同步直線電機和異步直線電機研究，具有非常高的運動性特征和理論，在工業(yè)控制領(lǐng)域大多都是使用同步直線電機方法，按照動子是否含有鐵心可以分為三種情況，有鐵心、無鐵心和水冷有鐵芯。直線運動導(dǎo)軌的精密機械、自動化和半導(dǎo)體被等等很多領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用，這種運行其他行業(yè)時候也非常多樣化，滾動直線導(dǎo)軌不僅可以適應(yīng)精密機械高精度要求，還具有節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)品開發(fā)等優(yōu)點，因此應(yīng)用也非常廣泛，運行性能也非常卓越，噪聲比較小，不會容易發(fā)生微量滑動，可以由于機床、工業(yè)機器人、電子裝備和半導(dǎo)體設(shè)備中。

4 定位平臺的靜態(tài)分析

定位平臺靜態(tài)特性分析主要研究就是平臺工作便面上的直線電機驅(qū)動空載和負(fù)載問題，工作平臺變形對于芯片封裝質(zhì)量具有一定直線性的影響，可以通過直線電機實施有效控制，還要對在外部載荷作用下對于平臺電機實施一定控制，定位平臺模型表面設(shè)計主要用來安裝鍵合的工作板，采用映射網(wǎng)絡(luò)劃分技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，也可以進(jìn)行靜態(tài)特性分析。高速精密定位平臺是集機、電和磁等多個能量系統(tǒng)的整合，以及相互耦合系統(tǒng)，涉及到機電耦合，剛?cè)狁詈夏Σ恋群芏鄰?fù)雜性問題，傳統(tǒng)的動力學(xué)建模方法大多數(shù)都是會局限于一個能量系統(tǒng)，在解決這類問題時候要能夠計算非常精確。

柔性連接主要是通過影響整個系統(tǒng)感度和阻尼系統(tǒng)動力學(xué)特性問題進(jìn)行一定分析，然后影響到對于系統(tǒng)動力學(xué)方法研究，研究系統(tǒng)效能的主要目的就是連接剛度和阻尼定位平臺對于系統(tǒng)動力學(xué)意義，可以通過一定分析研究對于高精度定位平臺開發(fā)問題研究，也可以對于驅(qū)動方式和機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行很好分析。

5 結(jié)論

綜上所述，通過對于二自由度直線電機定位憑條的機械結(jié)構(gòu)形式和實際工作情況研究，利用鍵合圖理論可以建立非常高的軸平臺系統(tǒng)動力學(xué)模型，根據(jù)功率因果關(guān)系可以很好定位好平臺系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過對于平臺系統(tǒng)模擬彈簧單元的剛度和動力學(xué)進(jìn)行一定分析，可以很好進(jìn)行螺旋連接。柔性連接的等效彈簧剛度不斷減小會導(dǎo)致非常明顯的鋼性變化，同時會增加對于系統(tǒng)的顯著影響，加快產(chǎn)生明顯震蕩，穩(wěn)定性也比較差，系統(tǒng)也會對于超量進(jìn)行一定調(diào)節(jié)，同時可以穩(wěn)定一定時間，增大對于阻尼問題，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)時候可以成為一條沒有震蕩的單挑上升曲線。

參考文獻(xiàn)：

[1]權(quán)建洲.高速工況下H型桁架定位平臺的建模與同步控制[D].華中科技大學(xué)，2010.

[2]田野.聚合物微機械的飛秒激光加工及驅(qū)動研究[D].吉林大學(xué)，2011.

[3]曾永彬.屏蔽模板隨動式微細(xì)電鑄技術(shù)的基礎(chǔ)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2008.

[4]羅紅平.納秒脈寬脈沖電化學(xué)微加工機床關(guān)鍵技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)，2009.

作者簡介：韓宗志（1994-），男，遼寧撫順人，本科在讀。