1 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 系列直驅(qū)龍門(mén)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(xiàn)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(xiàn)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(chēng)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。

　　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(guān)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(lèi)。

　　2 實(shí)驗(yàn)：影響重復(fù)定位精度的因素

　　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4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 4 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。

　　根據(jù)Renishaw2012的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可以得到如表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，因此需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分解。

　　分解后得到如圖5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。

圖 5 分解后的重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)（無(wú)拖鏈）

　　氣浮臺(tái)幾乎不存在導(dǎo)向摩擦力，于是線(xiàn)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。

　　有拖鏈和無(wú)拖鏈的典型測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6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(xiàn)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 6 無(wú)拖鏈和有拖鏈的典型測(cè)試數(shù)據(jù)

圖 7 無(wú)拖鏈分解后測(cè)試數(shù)據(jù)

圖 8 有拖鏈分解后鏈測(cè)試數(shù)據(jù)

　　3 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(xiàn)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?戶(hù)提供各種超高重復(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(hù)的具體應(yīng)用場(chǎng)景做針對(duì)性開(kāi)發(fā)，幫助客 戶(hù)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(zhuān)長(zhǎng)和技術(shù)積累，助力中國(guó)制 造業(yè)升級(jí)。

　　4 主要產(chǎn)品簡(jiǎn)介

　　(1)AAL 270氣浮平臺(tái)

　　AAL 270氣浮平臺(tái)的性能特點(diǎn)有：

　　? 高剛性、無(wú)摩擦靜壓氣浮導(dǎo)向;

　　? 超精等級(jí)幾何精度滿(mǎn)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(xiàn)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(chē)床等。

圖 9 AAL 270 氣浮平臺(tái)

　　(2)VRG系列平臺(tái)

　　VRG系列平臺(tái)的性能特點(diǎn)有：

　　? 多功能的龍門(mén)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)。

圖 10 VRG 系列平臺(tái)

　　(3)PGS-XY平臺(tái)

　　堆疊XY平臺(tái)的主要性能特點(diǎn)如下：

　　? 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)。

圖 11 堆疊 XY 平臺(tái)