随着微电子制造封装装备性能的不断提高,其关键运动部件——运动平台的高速高加速度运动特性与精密定位性能已成为影响装备整机性能的关键因素之一。大行程高速运动与高精度定位间的矛盾问题,是当前精密运动平台研发中的关键难题,对其进行深入研究并探索有效解决方案,对我国先进封装装备的自主研发与产业化发展前景具有重要意义。由于高速高加速度运动平台在定位过程中的惯性振动难以在短时间内衰减,严重影响平台的快速稳定与精密定位,从而限制了平台甚至整机的操作效率。本文针对高速高加速度大行程运动平台的快速精密定位难题,开展宏微运动平台的结构设计、振动抑制方法和精密定位方法的研究,设计一种宏微复合结构的高速大行程运动平台,提出一种基于外部元件主动减振的快速振动能量抑制方法,同时提出一种基于微动台结构的快速宏微切换方法与振动抑制方法,和平台振幅衰减后定位误差的双向动态补偿方法,实现宏微复合运动平台集成控制系统的开发,并通过实验研究,验证减振及误差补偿算法的有效性,所开发的宏微复合平台可实现高速高加速度大行程运行情况下的振幅快速衰减与纳米级精度定位。本文主要研究内容归纳为如下几方面:1、面向高端电子制造装备在效率、精度方面的高要求,深入开展高速高加速运动平台的国内外研究现状,详细调研运动平台减振方法与精密定位方法的研究进展,明确该领域仍存在的关键难题,确定本文研究思路及主要研究内容;2、面向高速高加速大行程运动平台的高精度定位目标,设计一种宏微复合结构的单轴运动平台,采用音圈电机为宏运动部件,设计压电陶瓷与弹簧复合的微动台结构为微运动部件;对平台进行动力学建模与仿真,明确平台的结构性能及固有频率;搭建平台的物理模型,确定微动台弹簧刚度,并对微动台的压电迟滞误差进行补偿,为实现平台的高精度定位奠定基础;3、针对高速运动平台减速定位过程中的惯性振动及其难以快速稳定(settling)的问题,提出一种面向目标位的外部主动减振方法,详细描述其减振原理,并明确其减振元件的动作时机及作用量;通过仿真与实验研究,获得平台不同运动条件下的减振效果及稳定时间,验证所提减振方法在平台定位过程对振幅衰减和平台快速稳定的有效性;4、面向运动平台的多工位快速精密操作与定位需求,提出一种基于平台自身结构的宏微运动快速切换和微动台减振操作方法,即基于平台定位过程中的振幅变化值,动态启动微动台进行相应的反向作用操作,实现平台的振动有效抑制;在减振实施中确定微动台切换时机及微驱动作用量,并开展微动台的减振实验及分析,有效验证该方法对高速高加速大行程运动平台定位过程的减振效果及其对平台快速稳定的作用;5、宏微运动平台在进行减振操作后仍存在位置误差、残余振动及环境干扰等因素,严重影响其精密定位。为此,本文提出一种基于微动台压电驱动件的定位误差双向动态补偿方法,通过目标位定位误差的实时反馈,进行微动台驱动的实时双向误差补偿。在微动台驱动补偿原理分析的基础上,基于平台定位误差量与压电陶瓷当前伸长量,给出微动台双向动态补偿量计算式,并开展平台的定位误差补偿实验。实验结果表明,该补偿方法可实现平台的纳米级精度定位;6、在上述相关算法研究的基础上,设计宏微运动平台的控制系统结构,编程实现宏微运动平台的控制算法、切换、减振与误差补偿等算法,建立整体宏微复合平台的集成软件系统。开展宏微运动平台系统的运行性能测试与定位精度实验。实验结果表明,所设计平台能实现大行程(10-50 mm)、高速(0.2-0.68 m/s)和高加速度(4-13.6 g)运动条件下的高精度定位,如在行程为40 mm、速度为0.2 m/s和加速度8 g条件下,平台可实现30 nm的定位精度。