測控儀器設(shè)計(jì)20xx上課第四章-資料下載頁
2025-01-07 22:44本頁面
【正文】 高 行程 177。 ，定位精度 177。 μm（ 自動(dòng)分布重復(fù)光刻機(jī) ） 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 4）平行片簧導(dǎo)軌一步進(jìn)電機(jī)及機(jī)械式位移縮小機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 行程 177。 50μm 分辨力 μm 精度 177。 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 5）平行彈簧導(dǎo)軌一電磁位移器驅(qū)動(dòng) 行程 較大；分辨力 μm；精度 177。 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 6）氣浮導(dǎo)軌一步進(jìn)電機(jī)及摩擦傳動(dòng) 177。 μm定位精度 分布重復(fù)照相機(jī)上使用 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 7）二維 XY雙向微位移工作臺(tái) 50~100 μm位移 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 二、微驅(qū)動(dòng)器件 ? （ 1）壓電及電致伸縮器件： 在微位移器件中，壓電及電致伸縮器是應(yīng)用逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)工作的，即電介質(zhì)在外電場作用下產(chǎn)生應(yīng)變。電介質(zhì)在外加電場作用下的應(yīng)變與電場的關(guān)系為 : 2S d E ME?? 具有壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)的材料稱為壓電材料。常用壓電材料是壓電陶瓷，尤其是以鋯酸鉛和鈦酸鉛組成的固溶體使用更為普遍，以 Pb（鉛）、Zr（鋯）、 Ti（鈦）這三種元素符號(hào)的第一個(gè)字母組成 PZT來代表。 壓電器件和電致伸縮器件結(jié)構(gòu)緊湊體積小，位移分辨力高，控制簡單，不發(fā)熱，抗干擾性好，因而是理想的微位移器件，分辨力可達(dá)到 ，定位精度可達(dá) 177。 。 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 2）壓電器件 ll d Ub? ? 壓電微位移器件是用逆壓電效應(yīng)工作的，廣泛用于激光穩(wěn)頻、精密工作臺(tái)微移動(dòng)、精密加工微進(jìn)給及微調(diào)等。對(duì)壓電器件要求其具有壓電靈敏度高、行程大、線性好、穩(wěn)定性好和重復(fù)性好等。 S l bS d E dE l U?? ? ?即哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 尺蠖結(jié)構(gòu) 增大行程 分辨率 20nm，位移25mm 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 二、微驅(qū)動(dòng)器件 （ 2）電致伸縮器件 電致伸縮器件可以用相對(duì)較低的電壓獲得較大的位移驅(qū)動(dòng)，如施加 100～ 500V的電壓，獲得幾十微米的應(yīng)變量 電致伸縮器件與壓電器件一樣，都有滯后效應(yīng)，如圖所示。此外還有漂移現(xiàn)象，漂移量一般小于應(yīng)變范圍的 15％。 2CS M U?哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 3）電磁驅(qū)動(dòng)器 ? 電磁驅(qū)動(dòng)器是用電磁力來驅(qū)動(dòng)微工作臺(tái)。微工作臺(tái)可用平行片簧導(dǎo)軌導(dǎo)向，也可用金屬絲懸掛導(dǎo)向。 電磁式驅(qū)動(dòng)器位移分辨力約 ，最大初始間隙 800μm左右，線性范圍士 100μm 。 電磁微驅(qū)動(dòng)器方法簡單，驅(qū)動(dòng)范圍大，但線圈通電流后易發(fā)熱，易受電磁干擾。 ? ?22S NId2 d 39。 K?? ?F F 39。 F ??2BSF 2?? F39。=K d?2BSKd2 ?? ? 2BSd2K???哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 ? 特點(diǎn)： ? 無機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高 ? 柔性鉸鏈的類型 ? （ 1）單軸柔性鉸鏈 ? （ 2）雙軸柔性鉸鏈 （ 三 ） 柔性鉸鏈 ? 由于宇航和航空等技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)的支承，不僅提出了高分辨率的要求，而且對(duì)其尺寸和體積提出了微型化的要求。人們?cè)诮?jīng)過對(duì)各類型的彈性支承的實(shí)驗(yàn)探索后，才逐步開發(fā)出體積小無機(jī)械摩擦、無間隙柔性鉸鏈。 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 單軸柔性鉸鏈 雙軸柔性鉸鏈 a） 交叉型 b） 圓桿型 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 柔性鉸鏈設(shè)計(jì) 特點(diǎn)：位移量比較?。◣资翈装傥⒚祝?；取 t≥ r 核心問題：如何計(jì)算轉(zhuǎn)角剛度？ 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 ? 片簧支承結(jié)構(gòu)簡單，無間隙無摩擦，尤其適合微位移范圍小并且空間尺寸無嚴(yán)格要求的微位移機(jī)構(gòu)中 （ 四 ） 片簧支承 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 ? 五、精密微動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn) ? 設(shè)計(jì)要求 ? 1）支承或?qū)к壐睉?yīng)無機(jī)械摩擦、無間隙。 ? 2）具有高的位移分辨力及高的定位精度和重復(fù)性精度。 ? 3）具有高的幾何精度，工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)直線度誤差要小，即顛擺、扭擺、滾擺誤差小，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好。 ? 4）具有較高的固有頻率，以確保工作臺(tái)具有良好的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力。 ? 5）工作臺(tái)最好采用直接驅(qū)動(dòng) ? 6）系統(tǒng)響應(yīng)速度要快，便于控制 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 1）導(dǎo)軌形式的選擇 包括平行片簧導(dǎo)軌和柔性支承導(dǎo)軌，它們無機(jī)械摩擦，無磨損，動(dòng)、靜摩 擦系數(shù)差很小，幾乎無爬行，又無間隙，不發(fā)熱，可達(dá)到很高的分辨率， 是高精度微動(dòng)工作臺(tái)常用的導(dǎo)軌形式，但它們行程小，只適合用于微位移。 在移動(dòng)需要大行程，分辨力達(dá)到亞微米的情況下，可用空氣靜壓導(dǎo)軌，這 種導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，無機(jī)械摩擦、無磨損、無爬行，又具有減震作用，但 成本較高。 大行程時(shí)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以機(jī)械減速機(jī)構(gòu)推動(dòng)工作臺(tái)在空氣靜壓導(dǎo)軌上運(yùn) 動(dòng)，而微位移時(shí)用壓電器件推動(dòng)工作臺(tái)以彈性導(dǎo)軌導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)。 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 （ 2）微動(dòng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng) 選擇 ? 1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)與機(jī)械位移縮小裝置 定位精度低于 。適于大行程，中等精度微位移場合。 ? 2）電熱式和電磁式機(jī)構(gòu) 易受電磁干擾，難以達(dá)到高精度，一般為 左右，行程較大，可達(dá)數(shù)百微米。 ? 3）壓電和電致伸縮器驅(qū)動(dòng) 分辨力可達(dá)納米級(jí)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的定位精度可達(dá) 。但行程小，一般為幾十微米。 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 微驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)舉例 ? 分辨率小于 ? 行程大于 4微米 ? 瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于 100ms 哈工大電氣學(xué)院光電信息測控技術(shù)與裝備研究所 ? 彈性模量 E=210 GPa （ 45鋼） ? 許用應(yīng)力 GPa ? 取 R=， t=2mm,b=100mm ? Kθ==819 0 mm*kg/rad 換算為剛度值 ,l取 10mm ? K=4* (Kθ /l2)= 12kfm??計(jì)算固有頻率
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