本文關(guān)鍵詞：直線驅(qū)動的精密點膠系統(tǒng)設計與關(guān)鍵技術(shù)分析　出處：《山東大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 流體點膠技術(shù) 點膠流量控制 點膠位置控制 柔性定位系統(tǒng)

【摘要】：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,柔性導線制作,智能器件制造,細胞打印等領(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)的學習與探索,總結(jié)了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點,進而設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方程、活塞受力平衡方程和流體運動方程,形成了針對該類復雜系統(tǒng)的理論建模方法,為控制器的設計提供了模型基礎(chǔ)。進一步地,設計了 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0.5mm/s的斜坡信號啟動時誤差在20nn,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分析和整個柔性定位平臺的力學模型建立方法,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23.5Hz,轉(zhuǎn)動方向工作頻率達18.5Hz,沿x方向、y方向和繞z軸方向可分別達到±2.33mm、±2.28mm、±1.2°的工作行程和1um、1um、0.004°的分辨率,實現(xiàn)了微觀尺度下平面三自由度的大行程精密運動,初步驗證了本裝置良好的定位性能,為點膠位置控制提供了保證。
[Abstract]:The fluid dispensing technology as a manufacturing technology for liquid material, in electronic packaging, flexible wire production, intelligent device manufacturing, cell printing and other fields play an increasingly important role. In this paper, through the study and exploration of the existing technology, summarizes the advantages and disadvantages of the existing technology, and then designs the precision fluid dispensing. Motor driven model of manufacturing system, and the key part of the system, flow control system and position control system for dispensing dispensing, modeling and analysis. The specific contents are as follows: (1) the design of the linear drive system. The increasing material dispensing dispensing flow control system using creative piston pump dispensing mode voice coil direct drive motor, to achieve precise control of the dispensing of flow and velocity. The dispensing position control system using a voice coil motor with positioning platform flexible leaf, large travel and high precision Positioning. Designs the overall architecture of dispensing system controlled by computer, lower computer, lower computer through the NI6251 data acquisition card and data transmission system and fluid flow rate NI6259 and flexible positioning system data, through coordination with the implementation of precision dispensing. (2) according to the analysis of the voice coil motor driven flow system dispensing, explore a for the system partition and then combination solution ideas, consider the voice coil motor piston dynamics equation and force equilibrium equation and flow equation, the formation of a theoretical modeling method for this kind of complex system, provide the model foundation for the design of the controller. Furthermore, the design of the MATLAB simulation model diagram, system parameters determination and simulation results show that the 0.5mm/s ramp signal tracking system startup error in 20nn, shows that the system is good flow and velocity control and build the real effect. Experimental device to do experiments of dispensing flow control system, the successful production of line width less than 0.4mm of the linear structure of the dispensing samples, realized the dispensing function. (3) for dispensing position control system modeling and analysis, discusses the mechanical model of the mechanical analysis and the flexible positioning platform of single flexible spring method, form in view of the wide range flexure spring based on micro displacement positioning platform modeling and analysis method, provides a theoretical basis for structural design and parameter optimization of flexible positioning platform. The integrated flexible positioning platform working stroke, occupied space and working frequency and other factors, according to the theoretical analysis, the motor model and flexible positioning platform material, size parameters of rectangular design leaf spring and double leaf spring type, and through the ANSYS simulation platform to determine the final optimization, design parameters and relationship theory (4) according to the value. The dispensing position control system performance experiment. According to the optimization parameters of flexible positioning platform, set up the experimental device. The flexible positioning system in the experiment, four input and three output is simplified into a single input single output system, and expounds the way of pure linear measurement and linear coupling angle measurement base. Through debugging the voice coil motor input voltage ratio of each. The asymmetry of the flexible positioning platform can compensate for the error caused by the processing, to achieve along the X direction, Y direction and around the Z axis movement respectively. System identification and open-loop movement performance test for each direction, and the design of PID controller system closed-loop tracking and resolution performance test. The experimental results show that the linear motion system the frequency of up to 23.5Hz, the rotation direction of the frequency of the 18.5Hz, along the X direction, Y direction and Z direction can reach around + 2.33mm + 2.28mm + 1.2, respectively, at the work line Cheng and 1um, 1um, the resolution of 0.004 degree, realized the micro scale and three degree of freedom large stroke precision movement, initially verified the good positioning performance of the device, and provided a guarantee for dispensing position control.

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

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本文編號：1388848