基于柔性铰链的微位移工作台性能分析与优化设计

柔性铰链的圆半径、最小铰链厚度、杠杆臂长等结构尺寸参数极大地影响着基于柔性铰链的微位移工作台的性能 ,针对于一种常用的以双柔性平行四连杆机构作导向的二维微位移工作台 ,分析并推导出了工作台结构参数对各性能的影响公式 ,并用有限元分析的方法验证了这些公式的正确性。之后建立了约束优化问题的数学模型 ,以具体实例介绍了用有限元分析的方法进行优化求解 。

压电驱动微位移工作台动态特性分析

压电驱动微位移工作台的动态特性分析对其设计及实际应用都有很大的指导作用。本文在线性化的前提下 ,通过对这种微位移工作台各个组成部分的相应简化 ,分析了在频响低于共振频率时微位移工作台的动态特性 ,得出了其传递函数。另外 ,本文还对影响工作台设计的两个重要边界条件 -初始预紧力和工作台所能达到的最大频响进行了比较详细的推导 。

以正交衍射光栅为计量标准器的二维微位移工作台

提出以正交衍射光栅作为X Y二维位移工作台计量标准器的思想,阐述了正交衍射光栅作为大量程二维位置检测传感器的工作原理及光路布置方法,推导了光栅运动位移与所产生干涉条纹的相移之间的关系。介绍了工作台粗、细两级定位系统的组成结构:粗定位部分由磁悬浮平面直线电机驱动,细定位部分采用弹性铰支结构并由压电陶瓷驱动;通过分别对电机和压电陶瓷驱动范围与定位精度的分析,提出对工作台精密快速定位的方法。设计了一套对电机与压电陶瓷进行驱动控制和光栅信号进行处理的电路,并结合实际正交衍射光栅的刻线精度,计算了工作台位置检测的有效分辨率。最后,分析了当前几种典型压电陶瓷驱动电路的特点,提出选用直流放大电源的方式作为本系统高压驱动方法,并给出了高压驱动电路图。

纳米级定位精度一维位移工作台

介绍了一种具有纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用粗精两级定位机构。可以实现0～6mm范围、1nm理论分辨力的快速、高精度定位；固定在工作台上的全息衍射光栅实现了对工作台位移的高精度闭环检测。采用ANSYS有限元分析软件对精定位工作台进行了静态及动态特性分析；采用双频激光干涉测长仪对工作台的定位精度进行了对比测量。位移工作台已用于表面三雏形貌测量中，给出了对标准样板的测试结果。

自带计量标准器的二维位移工作台研究

提出以平面正交衍射光栅作为二维位移工作台计量标准器的方法 ,随工作台的移动 ,光栅能同时检测一个平面上两个方向的位移 .阐述了正交衍射光栅作为位置检测元件的工作原理及其光路布置方法 ,二次衍射光线的两两迭加 ,形成两组干涉条纹信号 ,且这两组干涉条纹信号的相移与光栅两个正交方向的位移呈正比 ,通过光电转换和计数细分处理电路得到条纹信号的相移 ;检测光路布置在工作台下方 ,通过几组直角棱镜使干涉条纹信号进入光电探测器 .实验分析了工作台的测量精度 ,有效分辨率提高到 1 0nm .

直线位移工作台运动误差补偿方法研究

为了减小直线位移工作台的导轨运动误差,研究了一种基于光学原理,采用四象限光电探测器,通过计算机系统对工作台产生的导轨运动误差进行自动补偿的方法.根据补偿原理,构建了误差补偿数学模型,分析了光学系统的参数和系统输出特性之间的关系,并通过实验,阐述了影响补偿系统灵敏度的相关因素.实验表明该方法能够实现优于0.24 V/μm的灵敏度,补偿精度可达到0.4%.这种方法能够有效地提高直线位移工作台的工作精度,对行程小于100 mm的直线位移工作台具有一定的推广价值.

单向平动微位移工作台的静刚度分析

文章根据梁单元有限元法,把柔性铰链视为变截面梁单元,建立了柔性铰链的单元刚度矩阵;在此基础上,建立了单向平动微位移工作台的有限元计算模型,得到了微位移工作台的位移输出特性;同时,选取不同的柔性铰链参数,用有限元分析软件对微位移工作台进行分析计算并与理论计算进行比较,结果表明2种方法计算的结果相吻合,验证了理论模型的正确性。

一种5－D压电驱动微位移工作台的设计

微位移技术是扫描探针显微镜的核心技术之一，直接影响着ＳＰＭ的测量精度，因此设计出高精度的多自由度微位移机构具有重大的意义。本文设计了一种适用于ＳＰＭ的五自由度的微位移工作台，它从结构上解决了交叉误差，同时又兼顾低速和高速扫描的需要。此定位系统在１０μｍ运动范围内定位精度为１０ｕｍ，定位分辨力高于１ｎｍ。在１μｍ运动范围内定位系统最小位移分辨力高达０．５ｎｍ。

大行程纳米级二维位移工作台

提出以双衍射光栅位移传感器作二维工作台计量标准器的方法,阐述了双衍射光栅位移传感器的位移传感原理,以及光电信号细分处理方法。结合光栅的实际参数,分析了工作台的有效分辨率。

一种新型三维微位移工作台的设计和分析

为了解决微位移工作台的三维耦合问题,设计了一种驱动器固定的三维无耦合微位移工作台.本文介绍了它的结构和工作原理,通过有限元分析计算和样机实测验证,分别在X方向,X、Y方向和X、Y、Z方向施加载荷时,三维微位移工作台在X方向的位移不变,解决了三维空间运动耦合问题;分别在X、Y、Z方向施加不同载荷时,得到了工作台X、Y、Z方向的刚度,验证了工作台的位移、最大等效应力与载荷成正比.样机实测结果与有限元计算结果相吻合,工作台符合设计要求.

微位移工作台静、动态特性实验系统

采用柔性铰链精密工作台、电致伸缩微位移器驱动、微机控制方案,对精密微动工作台的静、动态特性进行测试,本文阐述了该系统的原理及其测试方法,给出了实验结果,提高了教学实验水平.

二维无耦合微位移工作台的刚度计算与分析

文章针对一种无耦合的二维微位移工作台,推导了该工作台的刚度理论公式。首先给出了工作台的结构,推导了柔性铰链杆端点处的转角和位移;在此基础上推导了二维微位移工作台在x、y2个方向的刚度理论公式;最后采用有限元仿真计算值对刚度理论公式进行了验证。结果表明,刚度理论公式计算值与有限元仿真计算值的相对误差不超过该文给定参数范围的11.11%。

二维解耦微位移工作台的设计和有限元分析

文中设计了一驱动器固定的二维解耦微位移工作台。根据所选微位移驱动器和微位移工作台空载达到最大位移时所需的驱动力,得到微位移工作台的理论设计刚度值,据此对微位移工作台进行设计,然后对其进行有限元计算,求得微位移工作台刚度的有限元计算值,刚度的理论值和有限元计算值吻合得很好,并且很好地解决了运动耦合问题,定位精度高。

一维计量型微位移工作台的研究

本文介绍了一种以衍射光栅作为计量标准器的垂直方向上的微位移工作台,用来实现在白光扫描干涉轮廓仪的表面形貌测量中Z方向上的精密定位,该工作台实现了轮廓仪的闭环测量和控制,文章重点讲述了光栅信号处理的硬件及软件细分技术,以及压电陶瓷驱动电路的原理和工作台闭环定位控制的流程。

二维解耦微位移工作台的设计与有限元分析

微位移工作台在微机电系统、超精密加工和生物医学工程等领域有广泛的应用。设计了一种驱动器浮动的二维解耦微位移工作台。工作台采用双层柔性铰链杆对称一体化结构,消除了X、Y方向的耦合运动。推导了微位移工作台的理论刚度。为了验证此微位移工作台能够满足设计要求,采用有限元方法进行分析计算,有限元计算得到的微位移工作台刚度与微位移工作台的理论刚度吻合较好,并且通过有限元计算的结果验证了工作台在X、Y方向的运动无耦合。

纳米级两维微位移工作台的参数测试

为了分析纳米级两维微位移工作台引入的测量误差 ,介绍了其机械结构及工作原理 ,进行了定位准确度实验和运动方向的直线度 (偏摆 )实验 ,实验结果表明 ,工作台的定位准确度较高 ,运动方向的直线度在工作台工作范围内无需修正 。

平面磨床工作台位移的计算机控制系统

本文在普通液压缸和一组通用节流阀的基础上 ,设计了用于控制磨床工作台升降装置运动的计算机控制系统。该系统通过控制多个具有一定开口面积比电磁节流阀的通断组合 ,实现对升降装置运动规律的控制。由于采用了快速启动、匀速前进和缓慢接近目标点的运动规律 ,大大减小了目标点处惯性对工作台位移精度的影响 。

基于学习策略的磨床工作台位移控制方法

提出利用学习控制策略和变速度、变加速度位移指令生成方法控制磨床工作台位移,可使工作台实现空载快速运动,切入慢速进给,从而减小了惯性对加工精度的影响。计算机仿真结果表明,对于批量磨削加工相同轴类零件的磨床,该方法具有较高的控制精度。

基于全部弹性变形原理的超精密微动工作台的实验研究

提出了一种无摩擦工作台。采用弹性导轨和弹性传动机构，所以不受间隙和摩擦的影响，可以达到较高的分辨率，同时微动台中也不需要任何精密制造的零件。试验证明，此微动台具有亚微米的定位精度，分辨率可达０．０１μｍ。探讨了微动台的结构和性能。