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  精密定位是精密機械中的關鍵部件之一，它為微光刻技術、數控加工、生物技術、IC 封裝設備、納米表面形貌測量等領域提供一個能夠實現精密定位和精確運動的載物平臺，在先進的電子制造設備比如光刻機貼片機等，高性能的運動平臺是其工作的主要機構。由于電子產品制造中產品的尺寸越來越小而精度卻要求越來越高，因此滿足高精度、高穩(wěn)定性的運動平臺對于先進電子制造裝備的開發(fā)具有決定性意義。此外，在微型機電系統(tǒng)的制造和檢測、光學測量加工領域、超精密機械加工、航空發(fā)動機測量制造都離不開精密定位技術。由于空氣軸承的精度比滾動軸承高兩個數量級，具有精度高、摩擦低、可以在極限工作環(huán)境下工作等等有點，因此在精密運動平臺的設計采用氣浮工作臺方案成為理想選擇。

   精密定位平臺按導軌形式可分為機械式、磁懸浮式和氣浮式等，它是一個機電一體化系統(tǒng)，是集靜壓氣體導軌技術、直線驅動技術、數控技術、動靜態(tài)特性分析與優(yōu)化、自動控制原理、測試與實驗分析等多種技術于一體的綜合技術，其中，控制系統(tǒng)是定位平臺能否實現高速精度定位的關鍵。機械式導軌由于摩擦、死區(qū)等特性難以達到超精密的定位要求，而磁懸浮式和氣浮式導軌因為沒有摩擦，故能實現超精密定位。磁懸浮式導軌需要高性能的控制系統(tǒng)，制造成本較高，氣浮式導軌則具有結構簡單、質量輕便和設計靈活等優(yōu)點。超精密氣浮定位平臺在工作中會受到驅動系統(tǒng)的沖擊力、負載的慣性力、氣體的脈動力等復雜載荷的作用，還會受到環(huán)境振動的干擾，對于需要微米、亞微米甚至納米級定位精度的定位平臺，如果其結構動力學特性設計不好，在工作中發(fā)生共振，將嚴重影響其定位精度。

   精密氣浮定位平臺的主要構成部分，包括底座、導軌、氣浮滑塊和頂板等，采用直線電機驅動。定位平臺的懸浮工作原理是在供氣孔道中通入一定氣壓的壓縮空氣，氣體經過節(jié)流孔在氣浮滑塊與導軌、底座的相對面中形成 10μm 左右的氣膜并產生一定的懸浮力,氣膜支撐氣浮滑塊與頂板組成的滑臺作一維直線運動，當懸浮力與實驗平臺重量平衡時，這個運動平臺處于穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。當作為系統(tǒng)負載的氣浮滑塊發(fā)生變化或者有外界干擾時,系統(tǒng)本身通過改變氣浮滑塊與導軌之間的縫隙量改變懸浮力達到重新平衡；具有一定的自主調節(jié)能力。氣膜支撐氣浮滑塊與頂板組成的滑臺作一維直線運動。

 滑臺由氣浮導軌和頂板組成，是作為精密定位的部件，承載需要作精密定位的零件或工具，并且光柵尺的讀頭也安裝在頂板的側面，所以對其也要進行高剛度的設計，因此通過利用三維建模軟件Pro/E的參數化造型方法構造零件的三維模型，通過對三維零部件結構特征的修改，使機構的空間布局合理，以滿足裝配、制造等方面的要求。再將此模型導入 Ansys 中對所設計的平臺進行靜力學和動力學分析，以尋求設計參數的組合，進行有限元的模態(tài)分析，校核其動態(tài)剛度，并分析相關參數對結構剛度的影響，最終使超精密氣浮定位平臺滿足動態(tài)剛度的要求。通過仿真分析和實驗驗證的方法研究小孔節(jié)流式靜壓空氣軸承的幾何參數對軸承性能的影響，得出軸承具有較高的承載能力、剛度和較小氣體流量時各幾何參數的合理比例，同時給出軸承設計和預測軸承內是否會出現超音速氣流的簡便方法。

 氣浮導軌是以氣體為潤滑劑支撐的導軌,具有高承載力、高剛度、高速度、高精度、無摩擦、無污染等優(yōu)點,在精密機械中得到廣泛的應用。氣浮導軌作為氣浮平臺系統(tǒng)關鍵部件,其承載能力、剛度、穩(wěn)定性與導軌結構,如節(jié)流孔直徑、節(jié)流器分布、氣膜厚度等密切相關。

為避免氣浮面大、節(jié)流孔數量多使導軌的加工難度和制造成本增加、內部氣體流出導軌的時間延長和灰塵、熱變形以及外力作用致使導軌卡死的危險加大，需要對節(jié)流孔直徑、數量、分布和氣膜厚度進行優(yōu)化，使導軌性能在滿足要求的同時，氣浮面積和節(jié)流孔數量最小，并通過仿真和實驗證明計算結果可靠，氣浮導軌的承載能力承受壓力和扭矩滿足設計要求。

 氣浮工作臺配以直線電機直接驅動大大提高機床的加工能力,適應了高精密和高速度裝備的發(fā)展需要,成為高精密和高速度技術研究的一個熱點。對于直線驅動式高速精密氣浮平臺要求有很高的位置精度、較大的運行速度,并且能穩(wěn)定運行,而氣浮導軌結構和運動控制性能是影響氣浮平臺定位性能、速度以及加速度運動特性、穩(wěn)定性的關鍵因素。針對氣浮導軌摩擦阻尼小，容易產生振蕩的特點，通過調整控制器中速度環(huán)參數，并在位置環(huán)中加入微分控制來改善系統(tǒng)的阻尼，從而提高平臺的性能。在速度環(huán)中采用極點配置并加入適當的前饋補償，使平臺達到很高的加速度和定位精度。

 針對當前商業(yè)化運動控制器封閉性的特點以及工作臺雙邊直線電機的同步控制問題，在傳統(tǒng)并聯同步控制的基礎上,重新設計基于速度同步偏差的同步誤差補償器,為了消除工作臺運動過程中結構參數變化對控制性能的影響,采用模糊PID控制,在線自適應整定PID控制器參數。以滿足高加速度高精度氣浮定位平臺對控制系統(tǒng)的可編程性和實時性的要求。系統(tǒng)中控制計算機用來對運動控制器下達運動參數，繪制運動曲線，以便對平臺的性能做出評估。根據芯片封裝運動特點編寫的控制算法在運動控制器的高性能處理器中運行，可同時滿足可編程性和實時性的要求?？刂品椒ê涂刂茀档倪x取都影響著氣浮平臺系統(tǒng)的精度。

       超精密氣浮定位平臺大多以花崗巖作為氣浮臺主要材料，花崗巖力學穩(wěn)定性好,經過億萬年的天然力學平衡,其內應力基本上消失,內部結構穩(wěn)定,能夠長期保持較好的穩(wěn)定性.花崗巖自身形狀受溫度影響非常小,熱膨脹系數非常小,導熱率也較低,因此對于周圍環(huán)境的要求較低,同時花崗巖易于加工,吸震性好.相對于金屬制品,不用考慮生銹,腐蝕等其他因素的影響。可以得到比較穩(wěn)定的氣浮機構,實現壓縮空氣從節(jié)流孔噴出時將超精密加工實驗臺均勻浮起的懸浮系統(tǒng)