高频运行摆臂机构动力学特性辨识及其对位姿精度影响研究

The performance characteristic of the high-frequency running swing arm institutions is rapid start and stop, short distance, high-frequency and multi-degree freedom. It introduced the flexibility of the high-frequency running swing arm institutions. The multi-dimension running impacts make the response of the complexity. The structure dynamic characteristics of the high-frequency running swing arm institutions directly influence the pose accuracy. The high-frequency vibrations become the main obstacle to improve the production efficiency of electronic manufacturing equipment. To resolve the above mentioned problem, the applicant proposed a research theory and method on the dynamic of high-frequency running institutions. It investigates thoroughly the influencing rule of the structure dynamic characteristic on the pose accuracy. The main idea is①Based on the structure response in high-frequency, rapid start and stop running state, a running modal analysis method based is proposed to on-line identify the modal parameters；②Aiming at the distribution character of the running time series and the induced time varying structure characteristic, the mute modal representation pattern of the running institutions is studied to get the influencing rule of the structure dynamic characteristic on the pose accuracy. ③Based on the high-frequency running law, the map model between the running impact and the multiple order vibration response is built. The sensitivity analysis method is proposed to study on the pose accuracy of the running institutions under bidimensional high-frequency running impact. Then the influencing rule of the structure dynamic characteristic on the pose accuracy is proposed.

高频运行摆臂机构快速启停、短距、高频、多自由度运行特性，使得结构部件柔性特征明显，多维运行冲击下系统结构响应复杂，机构动力学特性直接影响摆臂机构位姿精度，这种高频运行振动成为阻碍电子制造装备生产效率提高的主要障碍之一，为解决上述问题，申请者提出一种高频运行摆臂机构动力学特性研究方法，实现运行工况下的高频摆臂机构动力学特性辨识，得到高频运行机构动力学特性对终端位姿精度的影响规律。该方法的主要思想是：①研究高频运行摆臂高频、快速启停运行冲击下结构的响应特性，提出运行激励下的结构模态参数在线辨识方法，获取实际工况下机构动力学特性；②针对工作时序冲击序列及其引入的时变结构特性，研究机构终端响应的多阶模态表征方式，给出机构运行激励下终端振动响应机制。③基于高频运行工况，建立运行激励与机构多阶模态响应映射模型，分析高频运行激励下终端位姿响应敏感环节，获取高频运行机构动力学特性对终端位姿精度的影响规律。

电子制造装备中机构的特点是快速启停、短距、高频、多自由度往复运动。LED芯片分选设备的摆臂机构高频往复运行所引入的惯性冲击对其机构部件结构作用更加复杂，直接影响末端定位精度，增大定位时间降低工作效率， 成为影响工作精度和效率提高的主要障碍之一，而机构高频往复运行特性使得目前常规的实验模态分析方法都难以应用。为此，对 LED 芯片分选机摆臂机构的运行振动响应进行了比较系统和深入地探讨，提出了基于结构应变响应的高频往复运行机构振动分析方法，研究高频运行下变结构多阶高低频振动特性， 内容主要包括以下几方面：.　　提出一种基于广义模态质量分布矩阵的辨识方法进行多结构部件的薄弱环节判定，通过广义模态质量分布矩阵将各部件模态参数进行统一表达， 对摆臂机构部件间的薄弱特性进行量化， 确定具体部件的相对薄弱程度，准确快速地辨识出摆臂机构部件中的敏感环节。.　　基于结构应变响应提出了摆臂机构高频运行下结构振动响应测量方法，给出了基于响应的结构应变模态分析方法，搭建摆臂机构实验台架进行摆臂运行应变测试，实现高频往复运行结构的在线振动响应测量。.　　进行摆臂机构高频运行下结构振动响应分析，研究摆臂实际运行结构存在的多阶高频振动特性， 比对摆臂静态常规锤击测试实验， 指出摆臂运行条件下结构呈现显著的高低频段特征，摆臂各点的振动特征也与静态锤击响应特征存在差异，而目前运行振动研究过于强调了低频段成分作用， 因此应当考虑运行过程中结构高频成分对摆臂振动的影响。.　　针对摆臂工作过程结构响应的非稳态特性，研究指出摆臂机构存在运行相关的两类激励，即摆臂机构运行过程变结构形式引入的激励和摆臂机构运行工作频率引入的激励。这两类激励主要影响摆臂高频运行过程的振动特征。.基于摆臂高频运行振动响应分析结果，实现 LED 分选机运行控制优化、摆臂机构工作时序优化，摆臂结构刚度阻尼参数设计， 并进行在线芯片分选排列精度检测，实验验证针对摆臂结构形式和摆臂工作时序的摆臂运行振动抑制方法。实验结果表明摆臂机构运行相关激励被有效得到控制， 并提高了 LED 分选机芯片排列稳定性和工作效率。