satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical Universitysat-848Research ArticleЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫELEСТRONIC SYSTEMSПРЕЦИЗИОННАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ДЛЯ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИPRECISION MOTION SYSTEM FOR OPTO-MECHANICAL EQUIPMENT OF MICROELECTRONICSДайнякИ. В.DainiakI. V.

Кандидат технических наук, доцент

Associate Professor, PhD in Engineering

dainiak@bsuir.byКарповичС. Е.KarpovichS. E.

Доктор технических наук, профессор

Professor, PhD in Engineering

dainiak@bsuir.byКекишН. И.KekishN. I.

Graduate student

dainiak@bsuir.byГолдынЛ.GoldynL.

Graduate student

dainiak@bsuir.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиБеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarus201506082015042432Copyright © Дайняк И.В., Карпович С.Е., Кекиш Н.И., Голдын Л., 20152015Дайняк И.В., Карпович С.Е., Кекиш Н.И., Голдын Л.Dainiak I.V., Karpovich S.E., Kekish N.I., Goldyn L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/848

Предложена структура прецизионной системы перемещений на базе кольцевого многокоординатного сегментного синхронного двигателя и реконфигурируемого механизма параллельной кинематики. Многокоординатный синхронный двигатель в зависимости от конструктивного исполнения может иметь от двух до шести подвижных сегментов, число которых в целом определяет внутреннюю подвижность двигателя. Особенность механизма параллельной кинематики состоит в возможности его реконфигурирования за счет последовательного соединения двух соседних шатунов свободными элементами их сферических шарниров в треугольные контуры с одним сферическим шарниром в общей вершине. В результате управляемое движение подвижных сегментов двигателя трансформируется в сложное пространственное движение кольцевой платформы механизма с числом степеней свободы до шести включительно.

Предложена математическая модель решения задачи кинематики для рассматриваемого параллельного механизма, позволяющая вычислять положения подвижных сегментов синхронного многокоординатного двигателя в зависимости от заданного положения и ориентации исполнительной кольцевой платформы. Параметрические представления положения базовых точек сегментов двигателя во времени позволяют, в конечном итоге, формировать алгоритмы программируемых движений.

Обоснована возможность встраивания разработанной системы перемещений в проекционные системы оптикомеханического оборудования с сохранением традиционной схемы компоновки. При этом обеспечивается возможность адаптивной юстировки оптических элементов в процессе эксплуатации, позволяющая подстраивать оптические элементы при изменении геометрии проекционной системы вследствие старения. В результате поддерживаются на требуемом уровне показатели назначения проекционной системы: разрешающая способность, глубина резкости и контрастности изображения, дисторсия. Разработанная система перемещений может быть использована как координатная система позиционирования, совмещения и сканирования в сборочном и другом прецизионном оборудовании. 

The paper proposes a structure of precision motion system built on the basis of a circular multi-coordinate synchronous segment motor and reconfigurable parallel kinematic mechanism. The multi-coordinate synchronous segment motor may have from two to six movable segments depending on the design, and number of the segments generally defines an internal mobility of the motor. A specific feature of the parallel kinematic mechanism consists in the possibility of its structure reconfiguration by serial connection of two neighboring rods with the help of free elements of their spherical joints into triangular circuits with one spherical hinge at the common vertex. As result of this, the controlled motion of motor movable segments is transformed into the complex spatial displacement of circular platform with number of degrees of freedom up to six inclusively.

A mathematical model for solution of the kinematic problem in the investigated parallel mechanism has been offered in the paper. The model allows to calculate a position of movable segments of multi-coordinate synchronous motor depending on the desired position and orientation of the executive circular platform. The parametric definition of base point positions in the motor segments in time allows eventually to form algorithms of programmable motions.

The paper substantiates ability to embed the developed motion system into projection unit of opto-mechanical equipment while preserving traditional configuration scheme. This provides the possibility of adaptive adjustment of optical elements during operation; it allows to adjust the optical elements when the geometry of projection system is changed due to deterioration. As result, main characteristics of projection system: resolution, depth of field and image contrast and distortion are maintained at the required level. The developed motion system can be used as a coordinate system of positioning, alignment and scanning in the assembly and other precision equipment. 

прецизионная система перемещенийсегментный двигательмеханизм параллельной кинематикиоптико-механическое оборудованиеprecision motion systemsegment motorparallel kinematic mechanismopto-mechanical equipmentReferencesАваков, С. М. Автоматический контроль топологии планарных структур / С. М. Аваков, С. Е. Карпович. – Минск: ФУАинформ, 2007. – 168 с.Avakov, S. M., Karpovich, S. E. (2007) Automation Control of Planar Structure Topology. Minsk, FUAinform. 168 p. (in Russian).Оптико-механические комплексы для бездефектного изготовления фотошаблонов 0,35 мкм и 90 нм / С. М. Аваков [и др.] // Фотоника. – 2007. – № 6. – С. 35–39.Avakov, S. M., Ovchinnikov, V., Karpovich, S., Titko E., Trapashko, G. (2007) Optico-Mechanical Complexes for Defect-Free Manufacturing of 0.35 mkm and 90 nm Photomasks. Fotonika [Photonics], 6, 35–39 (in Russian).Аваков, С. М. Современное оборудование для производства изделий электронной техники / С. М. Аваков, С. Б. Школык // Петербургский журнал электроники. – 2006. – Вып. 1 (46)–2 (47). – С. 204–209.Avakov, S. M., Shkolyk, S. B. (2006) Modern Equipment for Production of Electronics Items. Peterburgsky Zhurnal Elektroniki [Saint-Petersburg Journal of Electronics], 1 (46) – 2 (47), 204–209 (in Russian).Системы многокоординатных перемещений и исполнительные механизмы для прецизионного технологического оборудования / В. В. Жарский [и др.]; под ред. С. Е. Карповича. – Минск: Бестпринт, 2013. – 208 с.Zharsk?, V. V., Karpovich, S. E., Dainiak, I. V., Lanin, V. L., Petukhov, I. B., Litvinov, E. A., Poliakovskii, V. V. (2013) Systems of Multi-Coordinate Motions and Actuation Mechanisms for Precision Technological Equipment. Minsk, Bestprint. 208 p. (in Russian).Карпович, С. Е. Прецизионные системы перемещений / С. Е. Карпович, Ю. С. Межинский, В. В. Жарский // Доклады БГУИР. – 2004. – № 3 (7). – С. 50–61.Karpovich, S. E., Mezhinsky, Yu. S., Zharsky, V. V. (2004) Precision Motion Systems. Doklady BGUIR [Reports of the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics], 3 (7), 50–61 (in Russian).Карпович, С. Е. Прецизионные системы перемещений для оборудования производства изделий электронной техники / С. Е. Карпович, В. В. Жарский, И. В. Дайняк // Доклады БГУИР. – 2014. – № 2 (80). – С. 60–72.Karpovich, S. E., Zharsky, V. V., Dainiak, I. V. (2014) Precision Motion Systems for Equipment Used for Manufacturing of Electronics Items. Doklady BGUIR [Reports of the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics], 2 (80), 60–72 (in Russian).Структура механической системы на базе параллельного манипулятора с шестью степенями свободы / С. Е. Карпович [и др.] // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси; редкол.: А. А. Дюжев [и др.]. – Минск: Промпечать, 2013. – Вып. 2. – С. 150–153.Karpovich, S. E., Zharsk?, V. V., Dainiak, I. V., Arebi, M. A. (2013) Structure of Mechanical System on the Basis of Parallel Manipulator with 6 Degrees of Freedom. Aktual'nye Voprosy Mashinovedeniia. Sbornik Nauchnykh Trudov [Important Issues of Engineering Science: Collection of Research ?apers] Minsk, Prompechat', 2, 150–153 (in Russian).Litvinau, Y. On-the-Fly Reconfigurable Parallel Manipulators / Y. Litvinau, S. Karpovich // Proceedings of 56th Int. Scientific Colloquium, Ilmenau, Germany, September 12–16, 2011 / Technical University of Ilmenau. – Ilmenau, 2011. – P. 90–91.Litvinau, Y., Karpovich, S. (2011) On-the-Fly Reconfigurable Parallel Manipulators. Proceedings of 56th Int. Scientific Colloquium, Ilmenau, Germany, September 12–16, 2011. Ilmenau, Technical University of Ilmenau, 90–91.Дайняк, И. В. Реконфигурируемые исполнительные механизмы параллельной кинематики / И. В. Дайняк, С. Е. Карпович, В. В. Жарский // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси; редкол.: А. А. Дюжев [и др.]. – Минск: Промпечать, 2013. – Вып. 2. – С. 145–149.Dainiak, I. V., Karpovich, S. E., Zharsk?, V. V. (2013) Reconfiguration Actuation Mechanisms of Parallel Kinematics. Aktual'nye Voprosy Mashinovedeniia. Sbornik Nauchnykh Trudov [Important Issues of Engineering Science: Collection of Research Papers] Minsk, Prompechat', 2, 145–149 (in Russian).Моделирование механизмов параллельной кинематики в среде MatLab/Simulink / С. Е. Карпович [и др.]. – Минск: Бестпринт, 2013. – 153 с.Karpovich, S. E., Zharsky, V. V., Dainiak, I. V., Litvinov, E. A. (2013) Simulation ?f Parallel Kinematics Mechanisms in MatLab/Simulink Environment. Minsk, Bestprint. 153 p. (in Russian).Карпович, С. Е. Построение математических моделей автоматизированного проектирования прецизионного оптико-механического оборудования для электронного машиностроения / С. Е. Карпович, В. Е. Матюшков, С. М. Аваков; под ред. С. Е. Карповича. – Минск: НПО «Интеграл», 2000. – 123 с.Karpovich, S. E., Matiushkov, V. E., Avakov, S. M. (2000) Development of Mathematical Models for Computer-Aided Designing of Precision Optico-Mechanical Equipment for Electronic Engineering. Minsk, JSC “Integral”. 123 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.