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用于晶圆传输的同步带传动机械手误差分析与补偿

作　者: 栾玉亮
导　师: 刘延杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 同步带传动晶圆传输机械手显著性分析运动学标定误差补偿
分类号: TP241.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济全球化和社会信息化的快速发展,集成电路(IC)逐渐成为电子信息产业的核心,是推动国民经济和社会信息化发展的高新技术之一。IC制造装备技术是IC产业发展进步的基础,而晶圆传输系统则是IC制造装备中重要的组成部分。在晶圆传输系统中,晶圆传输机器人是必不可少的关键部分,主要承担着快速、精确、稳定和高可靠性的传输晶圆的任务。本课题结合国家973项目超大规模集成电路制造装备基础问题研究(2009CB724206),主要研究了晶圆传输机械手的误差分析与补偿。首先,针对同步带广泛应用在晶圆传输机器人的情况,介绍了同步带的特性和分类,重点分析在同步带传动中由于多边形效应和偏心转动产生误差的原因,并分别进行了仿真。通过仿真分析,对同步带传动应用时参数得出了应用规律,为实际应用中减小误差提供了理论依据。其次,对晶圆传输机械手进行了运动学分析,建立了机械手的运动学模型,并得到了位置正解和逆解方程,为误差分析和标定补偿提供了理论基础。通过分析影响机械手末端定位精度的各主要因素,并合理转化同步带传动误差,确定了机械手的各个误差源,并建立了相应的误差模型。基于机械手的误差模型,分析了影响末端定位的各个误差源的灵敏度,并提出了显著性这个新的影响衡量标准。再次,根据实际误差模型,结合机械手的特点,提出了精度设计和运动学标定为一体的精度保障体系。运用蒙特卡罗相关理论,对各个误差源进行制造前的精度综合,之后采用了基于几何迭代法和运动学逆解的非线性参数识别的“分步标定”法对各个误差源进行补偿,效果明显,达到了高精度晶圆传输机器人的传输要求。最后,本文搭建了实验系统,对机械手进行了末端定位误差的标定补偿实验。结果证明,标定补偿有效地减小了机械手的末端定位误差,同时也很好的证明了补偿方法的正确性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题的研究目的和意义  8
  1.2 晶圆传输机器人研究与发展现状  8-14
    1.2.1 国外研究与发展现状  10-13
    1.2.2 国内研究与发展现状  13-14
  1.3 同步带发展及应用现状  14-15
  1.4 精度分析与标定技术研究综述  15-16
    1.4.1 精度分析研究综述  15-16
    1.4.2 标定技术研究综述  16
  1.5 课题来源及主要研究内容  16-18
第2章晶圆传输机械手同步带传动分析  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 同步带传动应用特性  18-20
    2.2.1 同步带传动特点  18-19
    2.2.2 同步带分类  19-20
  2.3 同步带传动多边形效应误差  20-24
    2.3.1 多边形效应误差分析  20-23
    2.3.2 多边形效应误差仿真分析  23-24
  2.4 同步带传动偏心转动误差  24-29
    2.4.1 偏心转动误差分析  24-27
    2.4.2 偏心转动误差仿真分析  27-29
  2.5 同步带传动参数选择  29
  2.6 本章小结  29-31
第3章晶圆传输机械手误差建模与分析  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 晶圆传输机械手运动学建模  31-33
  3.3 晶圆传输机械手误差建模  33-36
  3.4 晶圆传输机械手灵敏度分析  36-38
  3.5 晶圆传输机械手显著性分析  38-39
  3.6 本章小结  39-41
第4章晶圆传输机械手精度综合与误差补偿  41-49
  4.1 引言  41
  4.2 精度综合  41-43
    4.2.1 蒙特卡罗精度综合概述  42
    4.2.2 基于蒙特卡罗法的精度综合  42-43
  4.3 晶圆传输机械手误差补偿原理  43-45
  4.4 晶圆传输机械手运动学标定与补偿  45-48
    4.4.1 分步标定基本原理  45-46
    4.4.2 分步标定与补偿  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第5章晶圆传输机器人实验研究  49-55
  5.1 引言  49
  5.2 晶圆传输机械手实验系统构建  49-50
  5.3 晶圆传输机械手标定实验  50-54
    5.3.1 末端位置及实验方案的确定  50-51
    5.3.2 分步标定前机械手末端定位误差  51-52
    5.3.3 分步标定后机械手末端定位误差  52-54
  5.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

用于晶圆传输的同步带传动机械手误差分析与补偿

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