1037298宏/微驱动度编码器上海西克秉铭SKM36-HFA0-S04片封装等领域的迅速发展对定位系统的行程、速度、加速度和精度的极限性提出挑战。由此产生了在常规工况下未曾遇到的许多新现象、新规律和新矛盾,向高性能运动定位的理论方法研究和实际系统设计制造提出的需求。我国芯片封装设备工业水平与*水平仍有较大差距,国内芯片封装设备的85%依赖进口,在西方发达国家技术封锁下,设备引进受到制约;单纯依靠引进,我国芯片封装设备只能是“代代引进、代代落后”,难以水平。因此,我国迫切需要开展面向芯片封装等领域的高速高精度定位系统的研究,为开发具有市场竞争力和自主技术创新的新装备,实现我国IC制造产业的跨越式发展提供重要的理论和技术基础。本文针对芯片封装等领域对高速高精度作业的实际需求,在全面分析国内外高速高精度定位系统研究现状的基础上,基于宏/微驱动和跨尺度（宏/微测量尺度切换与合成）测量的思想,研制出一种新型的高速高精度XY定位系统。音圈电机驱动的宏动平台完成系统大行程、高速、高加速度的微米级定位;再由安装在宏动部件上压电陶瓷驱动的柔性铰链微位移机构实现抑振控制和精密定位,完成纳米级的分辨率和定位精度;利用新型弹性无间隙解耦机构降低了机构的运动惯量,改善了系统的动态特性;系统由基于跨尺度测量原理的双光栅尺作为闭环位置反馈。本文从机构设计、系统的动力学建模、跨尺度位移测量新原理和新方法、宏/微控制策略等问题进行深入的探讨研究。在机构设计方面,利用弹性力学原理,建立柔性环节的刚度模型;在高加速运动状态下,将有限元分析方法用于系统关键部件的结构分析,并通过固定界面子结构模态综合法度与其测量步距成反比。针对高速高精度定位系统的运动特性及光栅尺测量高速位移时难以实现高分辨力的问题,本文提出了适合高速且实现系统末端点高分辨力位移测量的新方法─基于双光栅尺双重计数、切换与合成的跨尺度位移测量方法。在分析光栅线性位移测量原理、光栅尺的测量误差尤其是细分误差的基础上,本文重点研究双光栅尺切换与合成的原理,建立了基于双光栅尺高速高精度位移测量的设计准则,根据设计准则设计了切换基准拾取方法以及快速切换与合成方法,分析了双光栅计数值切换合成的误差。针对光栅尺的电子细分信号具有细分误差的特性,本文提出了对莫尔条纹信号不细分的方法以提高双光栅尺信号切换合成值的精度。经过对双光栅计数切换基准、切换与合成特征和规律的探讨,本文设计了实现双光栅尺双重测量、计数值切换合成法的硬件电路,主要通过可编程芯片FPGA,设计了双光栅尺信号处理的各电路模块,如双光栅尺信号四倍频辨向模块、速度判断模块、切换模块、计数值合成处理模块。并将FPGA模块电路、双光栅尺信号接收电路与外部接口电路集成为自行设计的双光栅尺信号处理卡。后搭建了实验系统,对本测量原理与方法进行实验验证。通过对实验结果的处理和分析,验证了双光栅尺双重计数、计数值切换合成的可行性和有效性.

1037298宏/微驱动度编码器上海西克秉铭SKM36-HFA0-S04用于数控机床控制系统中的闭环反馈环节的高精度直线位移测量传感器,是影响数控机床整机可靠性的关键零部件之一。然而,与国外相比,国产光栅尺故障频发,低可靠性水平已经成为限制其行业发展的瓶颈。因此,开展光栅尺加速寿命试验,迅速激发并暴露其可靠性薄弱环节,进而开展可靠性改进设计,对于国产光栅尺乃至国产高档数控机床的可靠性提升有重大意义。本文以国产高精度封闭式光栅尺为研究对象,从光栅尺故障分析、试验系统搭建、试验方案制定及试验数据统计分析等方面对光栅尺加速寿命试验技术展开了系统的研究。本文的主要研究内容如下:1.光栅尺故障分析。在对光栅尺的结构及工作原理进行详细研究的基础上,将其划分为机械、光学和电子三个子系统。为解决专家评分过程中的不确定性问题,提出了一种基于区间二元语义语言变量和逼近理想解排序法的改进的故障模式及影响分析方法,采用该方法对光栅尺各潜在故障的风险度进行分析,从而确定影响光栅尺可靠性的主要应力载荷。2.搭建光栅尺加速寿命试验系统。在故障分析的基础上,选择光栅尺的敏感应力,搭建了光栅尺加速寿命试验系统,其中应力加载部分包括用于速度应力加载的伺服驱动平台和用于温度、湿度应力加载的温湿度综合试验箱。基于该系统,提出了一种基于激光干涉仪测距的光栅尺测量精度线上定时检测方法,以识别光栅尺由精度下降引起的退化故障。在此基础上,制定了将温度及湿度作为加速应力按步进加载方式加载、将速度作为常规应力（模拟光栅尺实际工况的载荷谱）进行加载的光栅尺可靠性加速寿命试验应力加载方案。3.建立光栅尺威布尔寿命分布模型及双应力加速模型。将试验获得的故障数据折算处理后,采用威布尔分布模型描述光栅尺的寿命分布,并采然估计法对威布尔模型及温湿度双应力加速模型中的未知参数进行求解,在此基础上评估了受试光栅尺的可靠性水平,并给出了各加速应力下的加速因子。4.建立光栅尺竞争故障寿命分布模型。在综合分析光栅尺三个子系统可靠性特征的基础上,建立描述光栅尺寿命分布更为准确的竞争故障模型,在试验数据中含有故障位置未知的不完整数据的情况下,采用期法对竞争故障效模型中的未知参数进行求解。