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THK直线导轨技术的发展

发布时间:2019/7/31 9:36:26   来源:安昂传动   作者:admin   浏览量:624

 

THK直线导轨技术的发展

        随着精密加工、数字控制等技术的迅速发展,对THK直线导轨的需要量不断增加,同时对工件台的精度、运行速度、行程、自动化程度、可靠性等都提出了很高的要求。这些要求并非是孤立的,一些要求往往相互制约,如,工件台的高速和高精度的要求是相互矛盾的。为了满足高精度的要求,工件台的最小运动当量(或位移分辨率)越小越好,但在伺服系统调速比有限的情况下,工件台的速度就不能无限制地提高;大行程和高精度的要求也是相互矛盾的,行程越大,意味着在同样精度要求下对工件台的导轨直线性误差也越敏感,对零部件的加工和安装精度则提出了更为苛刻的要求,而工件台的行程则受到现有加工和安装精度的限制;自动化程度与可靠性也是一对矛盾,自动化程度越高,系统越复杂,高可靠性的实现越困难。

   同时,高精度、高速度、大行程对控制系统能够实现实时控制也提出了很大的挑战。在工作过程中,为了保证精度,对工件台的任一点位置都需要实时控制。当精度越高、行程越大、速度越高时,控制系统需要处理的数据量和处理速度也随之增加。

  THK直线导轨是集精密位置检测技术、驱动技术、直线导向技术、控制技术等多项技术为一体的有机综合体。在这些技术中,如果某一个方面得到改进或提高,将使THK直线导轨整体性能得到提高。如,当工件台驱动方法是采用直接驱动而不是间接驱动时,由于减少了传动链长度和传动环节中的误差传递,将使工件台的精度、速度和加速度性能都得到提高。因此应当及时引用新材料、新技术来满足工件台发展的需要。

  研究光刻技术的同时,也积极开展对工件台的研究,不断研制出高精度、高速度、大行程的工件台来满足光刻技术发展的需要。在过去的几十年里,应用于光刻技术中的THK直线导轨在材料、测量技术、驱动技术、控制技术等方面有了长足的进步,使工件台朝高精度、高速度、大行程的方向发展。现列举如下:

1.材料.

  工件台中所用的材料直接影响着工件台的性能,如,应尽量采用低密度、高刚度的材料,这样可以减轻系统的重量,提高整个系统的刚度,从而提高工件台的动态性能。为此,通常采用铝合金、碳化硅等密度小、杨氏模量大的材料;为了减少温度、振动等外界环境对工件台精度的影响,对工件台所在的环境要采取严格的温度控制和隔振措施;在工件台的测量系统中常用殷钢作为基座,采用零膨胀玻璃作为基准反射镜材料。近年来研究人员利用Zerodur(微晶玻璃材料的一种)的低膨胀系数和良好的加工性能,加工制作工件台中的测量部件和其他重要零件。表1-1列举了工件台中常用的几种材料的特性。

2.测量技术.

  在THK直线导轨中所采用的大行程测量手段主要有光栅测量和激光干涉仪测量。

  光栅测量是通过记录静光栅尺和动光栅尺相互移动产生的莫尔干涉条纹数来测量位移的。目前光栅测量的分辨率可达到纳米量级,测量精度为t 0.01 5m,测量范围为100 mrno激光干涉仪以激光在真空中的波长为长度基准,测量精度高,范围大,可实现非接触测量,测量的最大速度比光栅测量的速度大,在安装时容易消除“阿贝”误差等,这些优点使它更适合于高精度测量的场合。目前国外先进的光刻机都采用商品化的双频激光干涉仪。

   当前激光干涉仪的发展已经出现了以下一些特点:

1)高分辨率。

       当前双频激光干涉仪可测量的最小分辨率己达到了0.15 nmo

2)高速。

       可以测量的最大允许速度在不断提高。

3)光纤的引入。

       在干涉仪中利用光纤来传输激光,激光头可以远距离安装,能够消除潜在的热影响;同时减少激光受外界温度、湿度、大气压变化的影响,从而提高测量精度。

4)测量电路集成化程度提高。

        集成化程度的提高使电路处理信号的速度随之提高,从而使系统的响应时间可以达到纳秒级,使之满足了实时测量的需求。


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