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CN103523744A - 高速精密运动平台的两级光栅定位方法 - Google Patents

高速精密运动平台的两级光栅定位方法 Download PDF

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CN103523744A
CN103523744A CN201310429648.6A CN201310429648A CN103523744A CN 103523744 A CN103523744 A CN 103523744A CN 201310429648 A CN201310429648 A CN 201310429648A CN 103523744 A CN103523744 A CN 103523744A
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CN
China
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grating
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incremental
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高健
谭国成
姜永军
杨志军
吴小洪
陈新
刘冠峰
李泽湘
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Guangdong University of Technology
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Guangdong University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法，该高速精密运动平台的两级光栅定位方法包括以下步骤：由增量光栅提供位置反馈信号，控制电机进行初级位置进给；切换位置反馈信号；采用绝对光栅的位置反馈信号进行闭环控制。本发明通过增量式光栅与绝对光栅的组合与切换控制，实现宏微运动平台高速运动下的高精度定位，解决了运动平台的大行程高速运动与高精度定位的矛盾，实现了宏微运动平台高速运动下的高精度定位。

Description

高速精密运动平台的两级光栅定位方法
技术领域
本发明属于微电子制造技术领域，尤其涉及一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法。
背景技术
微电子制造装备的典型特征是：要实现高速与高加速度、大行程往复运动与频繁启停定位的转换，需要在实现高速、高加速度运动的同时实现高精密定位，精度与速度的矛盾一直是高端装备制造的矛盾体，也是当前微电子装备制造的技术瓶颈。现有的定位系统中应用比较广泛的反馈工具是增量式光栅尺，在进行高速运动时，通常会利用其高响应频率而采用较低分辨率的光栅来实现快速定位，而绝对式光栅则具有在任意时间任意位置都能读取运动平台所在位置信号的特性。
现有的技术无法实现高速、高加速度、大行程运动与精密定位的并存。增量式光栅由于增量式光栅在高速运动时，信号采集的频率有一定的限制，在高分辨率时其响应频率不高，因此只有在较低速运动时增量式光栅才可能实现高精度定位，且增量式光栅在初始运动时必须回原点，在失步情况下将使整个测量结果不正确。而绝对式光栅则具有在任意时间任意位置都能读取运动平台所在位置信号，但在高速运动条件下，其响应频率也会影响定位精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法，通过增量光栅与绝对光栅的组合与切换控制，旨在解决运动平台的大行程高速运动与高精度定位的矛盾，实现宏微运动平台高速运动下的高精度定位。
本发明是这样实现的，一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法包括以下步骤：
由增量光栅提供位置反馈信号，控制电机进行初级位置进给；
切换位置反馈信号；
采用绝对光栅的位置反馈信号进行闭环控制。
进一步，该高速精密运动平台的两级光栅定位方法的具体步骤如下：
第一步，平台在运动过程中，由工控机通过电信号控制电机进行高速运动，位置反馈信号由增量光栅提供，通过闭环的位置信号控制电机进行初级的位置进给。
第二步，当初进给到达了一个预先设定的误差阈值时，平台减速，切换位置反馈信号，位置反馈信号由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号。
第三步，平台减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位。
进一步，当用户需要平台运动到特定的位移L时，通过工控机输入L，并完成相应的电机控制；首先工控机提取电机的位置信号L1与用户的目标行程L进行比较运算，运用闭环控制算法对电机进行运动控制，其中闭环位置信号由增量光栅读数头提供；此时电机的增量光栅是以高响应频率模式进行闭环反馈控制；当L-L1＜=δ的条件成立时候，也就是电机完成初定位，开始切换反馈信号进行微运动及定位；设微运动的行程为Δ，且要求增量光栅定位误差δ应小于微运动的行程Δ；切换时，位置反馈信号则由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号；此时平台已减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位，定位精度误差控制在E的范围内。
本发明通过增量式光栅与绝对光栅的组合与切换控制，实现宏微运动平台高速运动下的高精度定位，解决了运动平台的大行程高速运动与高精度定位的矛盾，实现了宏微运动平台高速运动下的高精度定位。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高速精密运动平台的两级光栅定位方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的高速精密运动平台的两级光栅定位方法的工作原理图。
图3是本发明实施例提供的光栅信号处理图。
图中：L、运动行程L1、增量光栅定位实时位置P、绝对光栅定位实时位置Δ、微运动行程E、最终定位精度δ、
增量光栅定位误差δ＜Δ。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本案例提供的一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法的流程。为了便于说明，仅仅示出了与本案例相关的部分。
本发明是这样实现的，一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法包括以下步骤：
由增量光栅提供位置反馈信号，控制电机进行初级位置进给；
切换位置反馈信号；
采用绝对光栅的位置反馈信号进行闭环控制。
进一步，该高速精密运动平台的两级光栅定位方法的具体步骤如下：
第一步，平台在运动过程中，由工控机通过电信号控制电机进行高速运动，位置反馈信号由增量光栅提供，通过闭环的位置信号控制电机进行初级的位置进给。
第二步，当初进给到达了一个预先设定的误差阈值时，平台减速，切换位置反馈信号，位置反馈信号由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号。
第三步，平台减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法包括以下步骤：
S101：由增量光栅提供位置反馈信号，控制电机进行初级位置进给；
S102：切换位置反馈信号；
S103：采用绝对光栅的位置反馈信号进行闭环控制。
如图2所示，该高速精密运动平台的两级光栅定位方法的具体步骤如下：
第一步，平台在运动过程中，由工控机通过电信号控制电机进行高速运动，位置反馈信号由增量光栅提供，通过闭环的位置信号控制电机进行初级的位置进给。
第二步，当初进给到达了一个预先设定的误差阈值时，平台减速，切换位置反馈信号，位置反馈信号由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号。
第三步，平台减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位。
图3是本发明实施例提供的光栅信号处理图，如图所示，一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法是这样实现的，当用户需要平台运动到特定的位移L时，通过工控机输入L，并完成相应的电机控制。首先工控机提取电机的位置信号L1与用户的目标行程L进行比较运算，运用闭环控制算法对电机进行运动控制，其中闭环位置信号由增量光栅读数头提供。此时电机的增量光栅是以高响应频率模式进行闭环反馈控制。当L-L1＜=δ(δ是增量光栅定位误差)的条件成立时候，也就是电机完成初定位，开始切换反馈信号进行微运动及定位。设微运动的行程为Δ，且要求增量光栅定位误差δ应小于微运动的行程Δ。切换时，位置反馈信号则由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号。此时平台已减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位，定位精度误差控制在E的范围内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高速精密运动平台的两级光栅定位方法，其特征在于，所述的高速精密运动平台的两级光栅定位方法包括以下步骤：由增量光栅提供位置反馈信号，控制电机进行初级位置进给；切换位置反馈信号；采用绝对光栅的位置反馈信号进行闭环控制。
2.如权利要求1所述的高速精密运动平台的两级光栅定位方法，其特征在于，所述的高速精密运动平台的两级光栅定位方法具体步骤如下：
第一步，平台在运动过程中，由工控机通过电信号控制电机进行高速运动，位置反馈信号由增量光栅提供，通过闭环的位置信号控制电机进行初级的位置进给；
第二步，当初进给到达了预先设定的误差阈值时，平台减速，切换位置反馈信号，位置反馈信号由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号；
第三步，平台减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位。
3.如权利要求1所述的高速精密运动平台的两级光栅定位方法，其特征在于，当用户需要平台运动到特定的位移L时，通过工控机输入L，并完成相应的电机控制；首先工控机提取电机的位置信号L1与用户的目标行程L进行比较运算，运用闭环控制算法对电机进行运动控制，其中闭环位置信号由增量光栅读数头提供；此时电机的增量光栅是以高响应频率模式进行闭环反馈控制；当L-L1＜=δ的条件成立时候，也就是电机完成初定位，开始切换反馈信号进行微运动及定位；设微运动的行程为Δ，且要求增量光栅定位误差δ应小于微运动的行程Δ；切换时，位置反馈信号则由增量光栅转为绝对光栅读数的绝对位置信号；此时平台已减速，绝对光栅通过高分辨率模式实现高精度的位置闭环反馈，使平台实现亚纳米级的精密定位，定位精度误差控制在E的范围内。
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