科普

　　什么是重復定位精度?

　　在精密運動平臺中，重復定位精度(或重復性)是指運動臺多次運動到同一名義位置時，與實際位置偏差的某個統計量，根據不同的測試標準會有不同的統計計算方法，例如峰谷值、2σ、3σ等。

　　圖 1 雅科貝思VRG系列平臺

　　重復定位精度受多種復雜因素影響，既有運動臺自身因素，比如背隙、摩擦力、線纜擾動力、伺服抖動、剛度等，也有環境因素，比如溫度漂移、地基振動、環境噪聲等。我們幾乎不太可能給出每一種因素對重復性的定量影響。

　　比如說，結構的背隙和不可恢復彈性變形通常會導致運動臺正反向運動時位置誤差存在明顯的正負向偏差，即所謂的“開口”(Gap)現象。導致背隙和不可恢復彈性變形的原因尚不清楚，通常認為背隙是由零件間的連接導致。而不可恢復彈性變形是靜摩擦力、線纜力等力與電機力共同作用的結果，我們把二者造成的結構變形統稱為不可復位的形變，原理如圖 2 所示。實際上我們也難以在測試結果當中對二者的影響進行分離。

　　圖 2 結構不可復位的形變

　　雖然無法量化每種因素對重復性的影響，但可以通過統計理論和唯象論的觀點給出對測試結果的解釋。因此，我們在統計意義上可以把重復性的影響因素進行如圖 3 所示的分類。

　　圖 3 統計意義上的重復性的影響因素

　　實驗

　　影響重復定位精度的因素

　　圖 4 氣浮單軸運動臺

　　為了探尋影響重復定位精度的影響因素，我們首先隨機挑選了一臺典型的氣浮平臺進行重復性測試來尋找可能的影響因素。測試結果如圖 5 所示，從中可以清晰地看出隨機抖動、不可復位的變形以及長時間的位置漂移等因素對重復性結果的影響。

　　圖 5 典型的氣浮臺重復性測試結果

　　針對這些可能的影響因素，接下來我們會使用雅科貝思的氣浮臺測試數據來具體分析不同因素對于重復定位精度的影響力程度。為了更精準地確定每種因素的影響程度，氣浮平臺被分為有拖鏈版本與無拖鏈版本來進行重復性測試。

　　表 1 按照Renishaw2012標準的重復性測試結果(無拖鏈)

　　根據Renishaw2012的測試標準，我們得到了表 1的重復性測試數據。但我們很難直接從測試數據當中發現影響運動臺重復性的因素，因此我們需要對測試數據進行分解。

　　圖 6 分解后的重復性測試數據(無拖鏈)

　　分解后得到如圖 6 所示的結果，可以得到雖然每次重復性的測試數據都不一樣，但隨機抖動(Noise)和不可復位的變形(Gap)造成的影響相對穩定。然而每次測試結果的不一致主要是由溫度漂移(Drift)導致的。

　　氣浮臺幾乎不存在導向摩擦力，于是線纜、拖鏈等便成了擾動(Noise)的主要來源。基于相同的測試氣浮平臺，我們增加了拖鏈再進行對比。

　　圖 7 無拖鏈和有拖鏈的典型測試數據

　　有拖鏈和無拖鏈的典型測試數據如圖 7 所示，在有拖鏈情況下呈明顯的波浪形式，而無拖鏈情況下呈線性形式。對測試數據進行對比，無拖鏈情況下Noise約為±15nm，而有拖鏈情況下Noise約為±40nm，數值明顯增大，因此對有超高重復定位精度需求的運動平臺，拖鏈的擾動不可忽略。

　　圖 8 無拖鏈分解后測試數據

　　圖 9 有拖鏈分解后鏈測試數據

　　結語

　　提升重復定位精度至關重要，

　　是系統性工程

　　重復性是所有運動平臺最關鍵的指標之一，平臺的重復定位精度決定了最終產品的精度等級。無論是半導體檢測設備還是光刻機，貼片平臺還是加工機床 ，都無一不把重復定位精度放在首要考量位置。

　　同時，重復定位精度的提升也是困難的，柵尺位置、電機位置、導軌摩擦等都需要考慮，甚至線纜干擾也會對重復性產生影響，總之重復定位精度的提升是一個系統性的工程。

　　Akribis對重復定位精度有著深刻的理解，能夠為客戶提供各種超高重復定位精度的定制化運動平臺。同時，公司也會結合客戶的具體應用場景做針對性開發，幫助客戶解決包括速度、精度、力控制等運動控制方面的技術難題，利用我們在直驅領域的專長和技術積累，助力中國制造業升級。

　　產品

　　AAL 270 氣浮平臺

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　　高剛性、無摩擦靜壓氣浮導向

　　超精等級幾何精度滿足高端定位系統需求

　　導軌、電機、編碼器實現全面無接觸、無磨損

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　　應用：半導體晶圓檢測、激光微加工、鉆石單晶車床等

　　產品

　　VRG系列平臺

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　　多功能的龍門平臺

　　采用非接觸式的光學編碼器

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　　應用：高速取放，自動化組裝，點膠等高精度行業

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　　PGS-XY平臺

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　　應用：高速取放，自動化組裝，點膠等高精度行業