直線驅(qū)動的精密點膠系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)分析.pdf

1、流體點膠技術(shù)作為一種針對液體材料的制造技術(shù)，在電子器件封裝，柔性導(dǎo)線制作，智能器件制造，細(xì)胞打印等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。本文通過對現(xiàn)有技術(shù)的學(xué)習(xí)與探索，總結(jié)了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點，進而設(shè)計了新型的音圈電機驅(qū)動的精密流體點膠制造系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，點膠流量控制系統(tǒng)和點膠位置控制系統(tǒng)，進行建模與分析。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計了直線驅(qū)動的點膠增材系統(tǒng)。點膠流量控制系統(tǒng)創(chuàng)造性的采用音圈電機直接驅(qū)動的活塞泵式點膠方式，實

2、現(xiàn)點膠流量與流速的精密控制。點膠位置控制系統(tǒng)采用音圈電機配合柔性板簧的定位平臺，實現(xiàn)大行程高精度定位。設(shè)計了點膠系統(tǒng)整體架構(gòu)，由上位機控制下位機，下位機分別通過NI6251數(shù)據(jù)采集卡與點膠流量系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)和NI6259與柔性定位系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)，通過協(xié)同配合實現(xiàn)精密點膠。
　　(2)針對音圈電機驅(qū)動的點膠流量系統(tǒng)進行分析，探索了一種首先將系統(tǒng)分拆然后組合求解的思路，考慮音圈電機動力學(xué)方程、活塞受力平衡方程和流體運動方程，形成了針對該類

3、復(fù)雜系統(tǒng)的理論建模方法，為控制器的設(shè)計提供了模型基礎(chǔ)。進一步地，設(shè)計了MATLAB仿真模型框圖，確定系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)并做仿真實驗，結(jié)果顯示系統(tǒng)跟蹤0.5m/s的斜坡信號啟動時誤差在20nm，表明系統(tǒng)良好的流量與流速控制效果。并搭建實驗裝置，做點膠流量控制系統(tǒng)相關(guān)實驗，成功制作出線寬小于0.4mm的線性結(jié)構(gòu)點膠樣品，初步實現(xiàn)了點膠功能。
　　(3)針對點膠位置控制系統(tǒng)進行建模與分析，探討了單個柔性板簧的力學(xué)分析和整個柔性定位平臺的力學(xué)模

4、型建立方法，形成了針對基于柔性板簧的大行程微位移定位平臺的建模與分析方法，為柔性定位平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。綜合柔性定位平臺工作行程、占用空間和工作頻率等因素，根據(jù)理論分析選擇電機型號和柔性定位平臺材料，設(shè)計矩形板簧和雙級π型板簧的相關(guān)尺寸參數(shù)，并通過ANSYS進行仿真優(yōu)化，確定平臺最終設(shè)計參數(shù)和相關(guān)性能理論值。
　　(4)針對點膠位置控制系統(tǒng)進行相關(guān)性能實驗。根據(jù)柔性定位平臺的優(yōu)化參數(shù)，搭建實驗裝置。實驗中將四輸

5、入三輸出的柔性定位系統(tǒng)簡化為單輸入單輸出系統(tǒng)，并闡述了純線性測量與線性耦合角度測量基本方式。通過調(diào)試各個音圈電機輸入電壓比例，補償因加工誤差帶來的柔性定位平臺的不對稱性，實現(xiàn)沿x方向、y方向和繞z軸方向的運動。分別對各個方向進行系統(tǒng)辨識和開環(huán)運動行程性能測試，并設(shè)計PID控制器做系統(tǒng)閉環(huán)跟蹤和分辨率等性能測試。實驗結(jié)果表明系統(tǒng)線性運動工作頻率可達(dá)23.5Hz，轉(zhuǎn)動方向工作頻率達(dá)18.5Hz，沿x方向、y方向和繞z軸方向可分別達(dá)到±2.3