1037298宏/微驅(qū)動度編碼器上海西克秉銘SKM36-HFA0-S04片封裝等領(lǐng)域的迅速發(fā)展對定位系統(tǒng)的行程、速度、加速度和精度的極限性提出挑戰(zhàn)。由此產(chǎn)生了在常規(guī)工況下未曾遇到的許多新現(xiàn)象、新規(guī)律和新矛盾,向高性能運動定位的理論方法研究和實際系統(tǒng)設(shè)計制造提出的需求。我國芯片封裝設(shè)備工業(yè)水平與*水平仍有較大差距,國內(nèi)芯片封裝設(shè)備的85%依賴進口,在西方發(fā)達國家技術(shù)封鎖下,設(shè)備引進受到制約;單純依靠引進,我國芯片封裝設(shè)備只能是“代代引進、代代落后”,難以水平。因此,我國迫切需要開展面向芯片封裝等領(lǐng)域的高速高精度定位系統(tǒng)的研究,為開發(fā)具有市場競爭力和自主技術(shù)創(chuàng)新的新裝備,實現(xiàn)我國IC制造產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展提供重要的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。本文針對芯片封裝等領(lǐng)域?qū)Ω咚俑呔茸鳂I(yè)的實際需求,在全面分析國內(nèi)外高速高精度定位系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,基于宏/微驅(qū)動和跨尺度（宏/微測量尺度切換與合成）測量的思想,研制出一種新型的高速高精度XY定位系統(tǒng)。音圈電機驅(qū)動的宏動平臺完成系統(tǒng)大行程、高速、高加速度的微米級定位;再由安裝在宏動部件上壓電陶瓷驅(qū)動的柔性鉸鏈微位移機構(gòu)實現(xiàn)抑振控制和精密定位,完成納米級的分辨率和定位精度;利用新型彈性無間隙解耦機構(gòu)降低了機構(gòu)的運動慣量,改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性;系統(tǒng)由基于跨尺度測量原理的雙光柵尺作為閉環(huán)位置反饋。本文從機構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)的動力學(xué)建模、跨尺度位移測量新原理和新方法、宏/微控制策略等問題進行深入的探討研究。在機構(gòu)設(shè)計方面,利用彈性力學(xué)原理,建立柔性環(huán)節(jié)的剛度模型;在高加速運動狀態(tài)下,將有限元分析方法用于系統(tǒng)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)分析,并通過固定界面子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法度與其測量步距成反比。針對高速高精度定位系統(tǒng)的運動特性及光柵尺測量高速位移時難以實現(xiàn)高分辨力的問題,本文提出了適合高速且實現(xiàn)系統(tǒng)末端點高分辨力位移測量的新方法─基于雙光柵尺雙重計數(shù)、切換與合成的跨尺度位移測量方法。在分析光柵線性位移測量原理、光柵尺的測量誤差尤其是細(xì)分誤差的基礎(chǔ)上,本文重點研究雙光柵尺切換與合成的原理,建立了基于雙光柵尺高速高精度位移測量的設(shè)計準(zhǔn)則,根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計了切換基準(zhǔn)拾取方法以及快速切換與合成方法,分析了雙光柵計數(shù)值切換合成的誤差。針對光柵尺的電子細(xì)分信號具有細(xì)分誤差的特性,本文提出了對莫爾條紋信號不細(xì)分的方法以提高雙光柵尺信號切換合成值的精度。經(jīng)過對雙光柵計數(shù)切換基準(zhǔn)、切換與合成特征和規(guī)律的探討,本文設(shè)計了實現(xiàn)雙光柵尺雙重測量、計數(shù)值切換合成法的硬件電路,主要通過可編程芯片F(xiàn)PGA,設(shè)計了雙光柵尺信號處理的各電路模塊,如雙光柵尺信號四倍頻辨向模塊、速度判斷模塊、切換模塊、計數(shù)值合成處理模塊。并將FPGA模塊電路、雙光柵尺信號接收電路與外部接口電路集成為自行設(shè)計的雙光柵尺信號處理卡。后搭建了實驗系統(tǒng),對本測量原理與方法進行實驗驗證。通過對實驗結(jié)果的處理和分析,驗證了雙光柵尺雙重計數(shù)、計數(shù)值切換合成的可行性和有效性.

1037298宏/微驅(qū)動度編碼器上海西克秉銘SKM36-HFA0-S04用于數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)的高精度直線位移測量傳感器,是影響數(shù)控機床整機可靠性的關(guān)鍵零部件之一。然而,與國外相比,國產(chǎn)光柵尺故障頻發(fā),低可靠性水平已經(jīng)成為限制其行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此,開展光柵尺加速壽命試驗,迅速激發(fā)并暴露其可靠性薄弱環(huán)節(jié),進而開展可靠性改進設(shè)計,對于國產(chǎn)光柵尺乃至國產(chǎn)高檔數(shù)控機床的可靠性提升有重大意義。本文以國產(chǎn)高精度封閉式光柵尺為研究對象,從光柵尺故障分析、試驗系統(tǒng)搭建、試驗方案制定及試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方面對光柵尺加速壽命試驗技術(shù)展開了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.光柵尺故障分析。在對光柵尺的結(jié)構(gòu)及工作原理進行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上,將其劃分為機械、光學(xué)和電子三個子系統(tǒng)。為解決專家評分過程中的不確定性問題,提出了一種基于區(qū)間二元語義語言變量和逼近理想解排序法的改進的故障模式及影響分析方法,采用該方法對光柵尺各潛在故障的風(fēng)險度進行分析,從而確定影響光柵尺可靠性的主要應(yīng)力載荷。2.搭建光柵尺加速壽命試驗系統(tǒng)。在故障分析的基礎(chǔ)上,選擇光柵尺的敏感應(yīng)力,搭建了光柵尺加速壽命試驗系統(tǒng),其中應(yīng)力加載部分包括用于速度應(yīng)力加載的伺服驅(qū)動平臺和用于溫度、濕度應(yīng)力加載的溫濕度綜合試驗箱。基于該系統(tǒng),提出了一種基于激光干涉儀測距的光柵尺測量精度線上定時檢測方法,以識別光柵尺由精度下降引起的退化故障。在此基礎(chǔ)上,制定了將溫度及濕度作為加速應(yīng)力按步進加載方式加載、將速度作為常規(guī)應(yīng)力（模擬光柵尺實際工況的載荷譜）進行加載的光柵尺可靠性加速壽命試驗應(yīng)力加載方案。3.建立光柵尺威布爾壽命分布模型及雙應(yīng)力加速模型。將試驗獲得的故障數(shù)據(jù)折算處理后,采用威布爾分布模型描述光柵尺的壽命分布,并采然估計法對威布爾模型及溫濕度雙應(yīng)力加速模型中的未知參數(shù)進行求解,在此基礎(chǔ)上評估了受試光柵尺的可靠性水平,并給出了各加速應(yīng)力下的加速因子。4.建立光柵尺競爭故障壽命分布模型。在綜合分析光柵尺三個子系統(tǒng)可靠性特征的基礎(chǔ)上,建立描述光柵尺壽命分布更為準(zhǔn)確的競爭故障模型,在試驗數(shù)據(jù)中含有故障位置未知的不完整數(shù)據(jù)的情況下,采用期法對競爭故障效模型中的未知參數(shù)進行求解。