Para se obter alto desempenho em máquinas-ferramenta de ultraprecisão, são necessários o desenvolvimento de sistemas de posicionamento e o controle de movimento, os quais não raramente devem operar com resolução e repetibilidade na faixa submicrométrica. A utilização das modernas técnicas de metodologia de projeto auxiliam no desenvolvimento deste tipo de sistema. Neste trabalho são discutidas e analisadas as diversas alternativas disponíveis para os elementos constituintes do sistema de posicionamento. Aspectos críticos como cinemática, acionamento, guias e apoios são estudados e confrontados usando o método de análise de valor. E baseados no resultado do estudo prévio, obtém-se um sistema híbrido para microposicionamento angular de alta rigidez e ampla largura de banda, capaz de posicionar uma superfície com resolução angular inferior a 4.\'10 POT.-5\' graus. Através das técnicas de modelagem, pode-se verificar a funcionalidade desse sistema projetado, quanto ao seu comportamento estático e dinâmico. Uma modelagem cinemática é apresentada com o objetivo de auxiliar na veracidade do projeto do posicionador angular, através da qual pretende-se observar a influência de cada ponto de apoio no posicionamento final. São apresentados os resultados obtidos em simulações numéricas, as quais constatam não só o próprio desempenho do posicionador, como também, a validade da técnica utilizada. / In order to achieve high performance in ultra-precision machine tools, appropriate capability is required of motion control and positioning systems which have to operate at resolutions and repeatability in the sub-micrometre range. Machining may reach high levels of precision through the use of suitable sensors, actuators and controllers so that the development of micro-positioner with low backlash, high bandwidth and accuracy is a crucial aspect of high precision machining technology. Modern design techniques can greatly assist in the development and design of such systems. In this work, several design options for the elements of a positioning system are discussed and analysed. Critical aspects such as kinematics, driving and bearings are studied and compared using the value analysis method. A hybrid system based upon the results of this study is proposed which combines the best characteristics of each design option. The system possesses the capability of positioning a workpiece and/or tool angularly and/or linearly (micro-tilt stage) with a resolution better than 4 \'10 POT.-5\' arc degree and high stiffness and bandwidth. Through modelling techniques, it is possible to verify the static and dynamic behaviour of the system. A kinematics model of the micro-tilt stage is presented in order to establish a relationship between the displacement of the actuators and the final position of the stage. It is anticipated that such an approach will be required in respect of interferometric feedback control. Simulations of the model are performed showing that the technique applied is valid and the system fulfils the requirements for ultra-precision design.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-14092011-151441 |
| Date | 26 May 1999 |
| Creators | Montanari, Luciana |
| Contributors | Duduch, Jaime Gilberto |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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