超高加速精密运动平台的动态设计与优化

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidzn
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集成电路(IC)产业是推动国民经济发展的主要动力之一,其中IC封装是IC产业中很重要的一个环节。面对芯片小型化、集成化、细间距、多引线的发展方向,IC封装行业对封装设备的定位精度、频繁往复运动性能、运动加速度和稳定时间等指标提出了很高的要求。结合国家重大科技专项,本课题针对封装设备中的XY平台进行动态设计与优化。本文针对XY平台高刚度与小质量的矛盾,设计出质量以及振动特性都满足要求的XY平台,对进一步推动封装设备的发展有一定的意义。本文在全面分析XY平台国内外研究现状的基础上,对平台的结构设计、模态参数识别、动态设计与优化等问题进行深入的研究与探讨。在结构设计方面,选用并联式的结构形式,采用两个直线电机进行驱动,并利用直线电机的特殊结构进行X、Y方向运动的解耦,初步设计的XY平台满足行程、总体尺寸、导向精度等基本性能指标。在模态参数识别方面,针对影响XY平台动态特性的关键部件——交叉滚子导轨进行参数识别,首先设计了进行参数识别的实验装置并将其简化为五自由度系统,然后通过建立其自由振动微分方程组,得到实验装置的刚度矩阵与阻尼矩阵,并结合有限元分析选取了一阶识别精度比较高的振型进行模态参数识别实验,最终得到了导轨的刚度与阻尼。在动态设计与优化方面,首先以平台最大动态频率为目标对运动部件进行拓扑优化,在保证整体高刚度的同时尽量减少运动部件的质量;接着对改进的XY平台进行模态分析,充分认识其振动固有特性;再对其进行瞬态动力学分析和稳态动力学分析,以验证在负载力作用下的振动响应是否满足设计要求;最后验证了平台在运动过程中的振动响应是否达标。经过初步结构设计与动态设计得到了XY平台的最终结构,接着进行XY运动平台的搭建与相关实验,搭建部分主要考虑如何保证装配精度。实验部分包括XY平台的基本性能测试与振动性能测试。基本性能测试包括对XY平台运动直线度、最大加速度等指标的测试,验证其是否满足设计要求;振动性能测试包括对XY平台固有频率与振型的测试,以验证前面动态设计的准确性,并得到XY平台的实际振动固有特性。
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