基于惯性能时空最优分布的高加速轻载机构精密定位方法

工程(英文) ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (3) : 391-398.

PDF(2784 KB)
PDF(2784 KB)
工程(英文) ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (3) : 391-398. DOI: 10.15302/J-ENG-2015063
研究论文
Research

基于惯性能时空最优分布的高加速轻载机构精密定位方法

作者信息 +

A Precision-Positioning Method for a High-Acceleration Low-Load Mechanism Based on Optimal Spatial and Temporal Distribution of Inertial Energy

Author information +
History +

Abstract

High-speed and precision positioning are fundamental requirements for high-acceleration low-load mechanisms in integrated circuit (IC) packaging equipment. In this paper, we derive the transient nonlinear dynamicresponse equations of high-acceleration mechanisms, which reveal that stiffness, frequency, damping, and driving frequency are the primary factors. Therefore, we propose a new structural optimization and velocity-planning method for the precision positioning of a high-acceleration mechanism based on optimal spatial and temporal distribution of inertial energy. For structural optimization, we first reviewed the commonly flexible multibody dynamic optimization using equivalent static loads method (ESLM), and then we selected the modified ESLM for optimal spatial distribution of inertial energy; hence, not only the stiffness but also the inertia and frequency of the real modal shapes are considered. For velocity planning, we developed a new velocity-planning method based on nonlinear dynamic-response optimization with varying motion conditions. Our method was verified on a high-acceleration die bonder. The amplitude of residual vibration could be decreased by more than 20% via structural optimization and the positioning time could be reduced by more than 40% via asymmetric variable velocity planning. This method provides an effective theoretical support for the precision positioning of high-acceleration low-load mechanisms.

Keywords

high-acceleration low-load mechanism / precision positioning / spatial and temporal distribution / inertial energy / equivalent static loads method (ESLM) / velocity planning

引用本文

导出引用
. . Engineering. 2015, 1(3): 391-398 https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015063

参考文献

[1]
H. Ding, L. M. Zhu, Z. Q. Lin. Accurate positioning and operation of high acceleration and high precision stage for IC packaging. Prog. Nat. Sci., 2003, 13(6): 568–574 (in Chinese)
[2]
Z. H. Feng, H. Y. Hu. Advances in dynamics of high-speed mechanisms. Adv. Mech., 2002, 32(2): 196–204 (in Chinese)
[3]
O. Wallrapp. Review of past developments in multibody system dynamics at DLR—From FADYNA to SIMPACK. Vehicle Syst. Dyn., 2004, 41(5): 339–348
[4]
W. S. Choi, G. J. Park. Structural optimization using equivalent static loads at all the time intervals. Comput. Method. Appl. M., 2002, 191(19−20): 2105–2122
[5]
G. J. Park, B. S. Kang. Validation of a structural optimization algorithm transforming dynamic loads into equivalent static loads. J. Optimiz. Theory App., 2003, 118(1): 191–200
[6]
W. S. Choi, G. J. Park. Structural optimization using equivalent static loads at all time intervals. Comput. Method. Appl. M., 2002, 191(19−20): 2105–2122
[7]
Y. I. Kim, G. J. Park. Nonlinear dynamic response structural optimization using equivalent static loads. Comput. Method. Appl. M., 2010, 199(9−12): 660–676
[8]
M. K. Shin, K. J. Park, G. J. Park. Optimization of structures with nonlinear behavior using equivalent loads. Comput. Method. Appl. M., 2007, 196(4−6): 1154–1167
[9]
H. A. Lee, Y. I. Kim, G. J. Park, R. M. Kolonay, M. Blair, R. A. Canfield. Structural optimization of a joined wing using equivalent static loads. J. Aircraft, 2007, 44(4): 1302–1308
[10]
B. S. Kang, G. J. Park, J. S. Arora. Optimization of flexible multibody dynamic systems using the equivalent static load method. AIAA J., 2005, 43(4): 846–852
[11]
K. D. Nguyen, T. C. Ng, I. M. Chen. On algorithms for planning S-curve motion profiles. Int. J. Adv. Robot. Syst., 2008, 5(1): 99–106
[12]
K. Zheng, L. Cheng. Adaptive s-curve acceleration/deceleration control method. In: Proceedings of the 7th World Congress on Intelligent Control and Automation. Chongqing, China, 2008: 2752–2756
[13]
P. H. Meckl. Optimized s-curve motion profiles for minimum residual vibration. In: Proceedings of the 1998 American Control Conference. Philadelphia, PA, USA, 1998: 2627–2631
[14]
H. Z. Li, Z. Gong, W. Lin, T. Lippa. A new motion control approach for jerk and transient vibration suppression. In: Proceedings of 2006 IEEE International Conference on Industrial Informatics. Singapore, 2006: 676–681
[15]
Z. J. Yang. Topological optimization approach for structure design of high acceleration mechanisms using equivalent static loads method. J. Mech. Eng., 2011, 47(17): 119–126 (in Chinese)
[16]
Z. J. Yang, X. Chen, R. Kelly. A topological optimization approach for structural design of a high-speed low-load mechanism using the equivalent static loads method. Int. J. Numer. Meth. Eng., 2012, 89(5): 584–598
[17]
H. Li, M. D. Le, Z. M. Gong, W. Lin. Motion profile design to reduce residual vibration of high-speed positioning stages. IEEE/ASME T. Mech., 2009, 14(2): 264–269

Acknowledgements

This work is supported by the National Key Basic Research Program of China (2011CB013104), National Natural Science Foundation of China (U1134004), Guangdong Provincial Natural Science Foundation (2015A030312008), Science and Technology Program of Guangzhou (201510010281), and Guangdong Provincial Science and Technology Plan (2013B010402014).
Compliance with ethics guidelines
Xin Chen, Youdun Bai, Zhijun Yang, Jian Gao, and Gongfa Chen declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.
基金
本文得到了国家重点基础研究发展计划 (2011CB013104)、国家自然科学基金 (U1134004)、广东省自然科学基金 (2015A030312008)、广州市科技计划(201510010281) 和广东省科技计划 (2013B010402014) 的支持,在此一并表示感谢。()
PDF(2784 KB)

Accesses

Citation

Detail

段落导航
相关文章

/