课题组在国家自然科学基金、973计划、广东省重大科研项目等支持下,重点围绕点阵高速精密运动规划与测量开展了系统的理论研究和技术攻关,形成了较为系统的发明专利群,成果已应用于高速精密直线电机及运动平台、宏微复合光栅尺等基础件【已获授权发明专利36件、PCT专利4件、软件著作权5件,发表SCI/EI收录31篇】。 发明了离散多点高速精密定位的运动规划与控制方法,将运动驱动参数与每个离散点的初始运动状态参数融入高速运动部件的非线性动力学响应优化模型,以此对指定多目标点进行多段非对称运动规划,为高速运动下多点精密定位运动规划与控制提供了新方法。运动平台在定位精度为±3μm(1μm)约束时,所需运动时间缩短了22.1%(16.1%);将该技术应用于直线电机及运动平台,在重复定位精度1μm条件下,单轴模组最大加速度达到4g,达到国外同类先进水平。 发明了系列宏微复合运动平台及其切换控制方法。发明了多种宏微复合构型的运动平台、基于刚体运动和振动误差分级补偿、在切换过程施加反向作用力以抑制振动等,实例表明,补偿后定位过程最大弹性振动振幅从15μm降到1μm以下。发明了微动平台动态特性匹配调节原理及装置,所开发的三轴超精密微点密集阵列加工机床精度(Z轴定位精度0.2μm)和速度(20-65点/秒)优于国际同类先进水平(30点/秒)。 发明了里程碑/增量式宏微复合光栅尺,包括单轨双码道宏微复合编码与解码技术,以及宏微交替、互为校验的切换技术;发明了差异化滑轮的高速稳定滑车机构,针对光栅尺身非线性材料,提出了基于自学习补偿机制的预置目标点邻域温度补偿方法等。为攻克高速精密测量时速度、精度、可靠性冲突的技术难题提供了有效的解决途径。开发的产品精度(2.5μm)优于国际同类产品(±3um)。 发明了绝对式/增量式宏微复合精密光栅尺,利用增量编码高速粗定位、再读绝对式编码确定精确位置。包括:绝对式/增量式融合的编码方式;基于三模态扫描和宏微复合策略的CMOS高速图像读码技术;支持CMOS多级细分的光学放大系统;静态误差补偿方法等。开发的产品精度(0.74μm)优于国际同类产品(±3μm),接近国际零膨胀玻璃产品(±0.5μm,速度仅为0.12m/s),成本不到为1/5。 本项目技术获得国际同行的高度认可,如布鲁克公司首席研发运营官Matt Novak博士认为该技术可能对主流的光栅尺制造商来说是重大突破。成果应用广泛,取得了显著的经济社会效益(新增销售9.9亿),引领了行业技术进步。