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系統識別號 U0002-2906200609453500
中文論文名稱 氣潤式摩擦驅動裝置應用於氣靜壓超精密定位平台之微觀特性研究
英文論文名稱 Study of microscopic dynamic behaviour of a precision positioning stage driven by air lubricated capstan drive
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 康家瑋
研究生英文姓名 Chia-Wei Kang
學號 693340811
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-05-18
論文頁數 62頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-鈕健
委員-趙崇偉
委員-陳大同
委員-楊耀波
中文關鍵字 摩擦驅動裝置  精密定位平台  真空預壓空氣軸承  氣靜壓滑軌 
英文關鍵字 Capstan Drive  Precision Positioning Stage  Aerostatic Slide  Vacuum Preloaded Air Bearing 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 近年來在超精密加工機及半導體科技方面,對於精密定位系統主要的需求為增加精確度以及提高其重現性,而為了降低在系統中非線性之滯滑效應,因此發展出一氣潤式摩擦驅動裝置,並且在不同氣靜壓力和預壓下實驗條件下,進行平台之微觀動態特性分析;使用PID控制器於此閉迴路控制系統,並搭配解析度1nm之雷射光學尺來進行精密定位之量測,實驗結果顯示氣靜壓在3.5 kg/cm2時之定位誤差均方根值,在使用摩擦驅動預壓後自900nm大幅降低至20nm以內,而頻譜分析結果顯示誤差在9Hz and 23Hz處有較明顯之振幅。
英文摘要 Increased accuracy and higher repeatability for precision positioning systems have recently been the main requests in areas such as ultra-precision machine tools and semiconductor technologies. In order to minimize the non-linear stick-slip effect in the system, an air lubricated slide with capstan drive has been developed and the micro-dynamic characteristic of the stage was evaluated under different aerostatic slide pressure and preload. A PID controller was employed in the closed loop control system and an optic scale with 1nm resolution was used for precision position measuring. The results showed that the rms value of the measured noise was about 10nm. With the PID controller inactivated, it was found that the rms value of the error motion reduced significantly when the preload of capstan drive got activated (from around 900nm dropped to under 20nm in the case of 3.5 kg/cm2 air slide pressure). Frequency spectrum analysis indicated that the noise was higher at 9Hz and 23Hz.
論文目次 目錄
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
致謝Ⅲ
目錄Ⅴ
表目錄Ⅵ
圖目錄Ⅶ
1 序論1
1-1 前言1
1-2 研究動機5
1-3 文獻回顧8
2 超精密定位平台概述12
2-1 氣靜壓導軌設計12
2-2 氣靜壓軸承14
2-3 氣潤式摩擦驅動裝置20
2-4 偶合裝置22
3 實驗設備24
4 實驗與討論28
4-1 環境擾動對氣靜壓超精密定位平台系統特性之影響28
4-2 氣靜壓軸承壓力大小對氣靜壓超精密定位平台之微觀特性分析31
4-3 真空預壓大小對氣靜壓超精密定位平台微觀特性分析39
4-4 氣潤式摩擦驅動裝置預壓影響對氣靜壓平台之微觀特性分析46
4-5 氣潤式摩擦驅動裝置預壓影響結合真空預壓對氣靜壓超精
密定位平台之微觀特性分析53
5 結論58
6 參考文獻60

表目錄
表 3-1 超精密定位平台規格27

圖目錄
圖2-1 本研究使用之花崗岩滑軌實體照片13
圖2-2 氣體軸承的種類17
圖2-3 真空預壓空氣軸承17
圖2-4 本研究使用之真空預壓空氣軸承18
圖2-5 氣靜壓軸承供氣孔節流型式19
圖2-6 傳統摩擦驅動裝置50nm步階響應放大圖21
圖2-7 摩擦驅動裝置示意圖21
圖2-8 耦合裝置示意圖22
圖2-9 耦合機構實體照片23圖3-1 超精密定位平台示意圖25
圖3-2 超精密定位平台實體照片25
圖3-3 超精密定位平台控制迴路圖26
圖4-1 『氣靜壓滑軌/氣潤式摩擦驅動裝置』定位系統環境雜訊29
圖4-2 圖4-1之局部放大圖29
圖4-3 『氣靜壓滑軌/氣潤式摩擦驅動裝置』定位系統環境雜訊頻譜分析30
圖4-4 氣靜壓增壓時系統產生時域響應誤差均方根值32
圖4-5 氣靜壓增壓時對精密定位平台時域響應結果32
圖4-6 Stribeck曲線圖33
圖4-7 邊界潤滑示意圖34
圖4-8 液體動力潤滑示意圖34
圖4-9 部分流體潤滑示意圖35
圖4-10 氣靜壓增壓時對精密定位平台之頻譜分析37
圖4-11 氣靜壓增壓對不同頻率振幅之影響38
圖4-12 在真空預壓下氣靜壓增壓時系統所產生時域響應誤差均方根值42
圖4-13 在真空預壓下氣靜壓增壓時對精密定位平台時域響應結果42
圖4-14 氣靜壓增壓時對精密定位平台時域響應結果之局部放大圖43
圖4-15 在真空預壓下氣靜壓增壓時對精密定位平台時域響應結果之局部放大圖43
圖4-16 真空預壓軸承示意圖 44
圖4-17 真空預壓下氣靜壓增壓時對精密定位平台之頻譜分析45
圖4-18 在真空預壓下氣靜壓增壓對不同頻率振幅之影響45
圖4-19 摩擦驅動預壓下氣靜壓增壓時系統所產生時域響應誤差均方根值48
圖4-20 氣潤式摩擦驅動裝置摩擦力關係圖49
圖4-21 定位平台受力示意圖49
圖4-22 摩擦驅動預壓下不同氣靜壓力對精密定位平台系統時域響應結果50
圖4-23 摩擦驅動預壓下不同氣靜壓力對精密定位平台頻譜分析51
圖4-24 摩擦驅動預壓下氣靜壓增壓對不同頻率振幅之影響52
圖4-25 真空預壓結合氣潤式摩擦驅動裝置作用下氣靜壓增壓時系統所產生時域響應誤差均方根值54
圖4-26 真空預壓結合氣潤式摩擦驅動裝置作用下氣靜壓增壓時對精密定位平台系統時域響應結果54
圖4-27 摩擦驅動預壓下不同氣靜壓力對精密定位平台系統時域響應結果之局部放大圖55
圖4-28 真空預壓結合氣潤式摩擦驅動裝置作用下氣靜壓增壓時對精密定位平台系統時域響應結果之局部放大圖55
圖4-29 真空預壓結合氣潤式摩擦驅動裝置作用下氣靜壓增壓時對精密定位平台之頻譜分析56
圖4-30 真空預壓結合氣潤式摩擦驅動裝置作用下氣靜壓增壓時對不同頻率振幅之影響57
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[22] 陳鎮憲, 康淵, 黃耀南, 張永鵬, “小孔節流雙腔混壓軸承之腔深影響,第一部:靜態性能”, Journal of Technology, Vol. 17, No. 0, pp. 00-00, 2001.
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