尺蠖式压电陶瓷电机的双模式驱动器开发与研究

尺蠖式压电陶瓷电机具有小尺寸,长行程,纳米级定位和大推力的特性,被广泛应用于集成电路装备和精密运动平台中。然而目前受其驱动器约束,难以实现长行程运动时高精度定位、位移可控和速度可控,因而无法应用到具有高推力、高速度和长行程纳米级精度定位的集成电路7 nm工艺IC芯片检测装备中。提出并开发了一种双模式驱动器,基于电荷效应和应力效应原理分别建立了位移-电压和速度-频率的控制模型。采用滑模控制的方法解决了在双模式驱动器大电压输出时的纹波问题,提高了尺蠖式压电陶瓷电机输出的位移分辨率。通过实验对双模式驱动器进行了硬件性能和控制模式验证,同时验证了尺蠖式压电陶瓷电机的运动特性。

压电陶瓷电机驱动的三维微动定位平台及验证

压电陶瓷电机具有高分辨率和压电驱动装置的动态特性,具有体积小、结构紧凑、成本低、输出力大、响应快、精度高、无电磁干扰等特点,但存在滞后误差、垂向位移误差,行程短的问题,尤其在电极损耗后,补偿量增大,严重影响了定位精度和难以满足三维加工的工作要求。该文通过对压电陶瓷电机驱动的百毫米以上超精密加工三维结构平台的性能研究,采用宏微双驱动协调控制,实现大行程和小步距的有机结合,对微动精密工作台性能进行实验,得到了平台运行的特性曲线。结果表明该机构的动态性和稳态性能良好,实现超低速、响应快、超高分辨率、高精度的双向步进运动,可以达到亚微米至纳米量级的定位精度,满足极微细电火花加工的高精度要求,为进一步研究压电陶瓷电机在超精密运动系统的应用、提高系统的定位精度,提供科学依据。

谈新型驱动装置压电陶瓷电机的应用和发展

压电陶瓷电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机,具有低速下大力矩输出、无电磁干扰、静音操作、保持力矩大、响应速度快、结构简单等特点。它打破了由电磁效应获得转速和扭矩的传统电机的概念,是当代国内外热门的高新技术之一受到关注。针对压电陶瓷电机的市场潜力巨大,分析了压电陶瓷电机的性能优势,介绍了压电陶瓷电机的结构形式与工作原理,研究了压电陶瓷电机的类型和产品的技术特点。

压电陶瓷电机在数控齿轮测量仪器中的应用

简要介绍压电陶瓷电机的工作原理及性能,分析了压电陶瓷电机用于数控齿轮测量仪器上的优缺点,通过实际应用验证了压电陶瓷电机可以作为直线驱动系统用于齿轮测量仪器中。

压电陶瓷拨爪电机驱动特性研究

利用PCI-7484数据采集卡、光栅和加速度传感器等构建了压电陶瓷拨爪电机驱动测试系统,对其驱动特性进行了实验性分析研究,得到了压电陶瓷拨爪电机交流驱动模式所产生附加振动的规律以及直流工作模式下的纳米级驱动特性曲线,从而为进一步提高压电陶瓷拨爪电机驱动系统的控制精度提供了参考依据。

基于压电陶瓷和DSP的微细电火花线切割机

从机床本体结构、脉冲电源和控制系统三方面介绍了一种微细电火花线切割机。该机床采用压电陶瓷直线电机和光栅尺构成高精密的伺服驱动系统来满足微细、高精度加工的要求。在控制方式上采用PC-DSP主从式控制结构,上位机采用工控机完成管理功能和插补计算,下位机是自行设计的以DSP为核心处理器的控制驱动卡,主要完成对压电陶瓷直线电机的位置控制。该机床采用新型微能脉冲电源实现微小能量可控加工,以达到微细加工的要求。

纳米电机驱动大行程超精密工作台的设计研究

介绍了一种由压电陶瓷拨爪电机驱动的一维纳米级定位精度工作台的工作原理及其设计。压电陶瓷拨爪电机可以避免使用传统的粗精两级定位机构,直接实现纳米级驱动定位。针对压电陶瓷拨爪电机的特性,设计了低摩擦的磁悬浮导轨,并采用分体式结构和柔性铰链,将驱动系统与定位工作台隔离,从而有效减少了压电陶瓷拨爪电机在驱动时产生的高频震动对定位精度的影响。固定在工作台上的直光栅实现了对工作台位移的高精度闭环检测。经测试,工作台可以实现0-200mm范围,10nm分辨率的快速、高精度定位,满足纳米测量的要求。

三轴联动精密工作台设计与分析

三轴联动精密工作平台是激光显微镜机械系统中载物的关键部件。工作平台采用多层式结构,以压电陶瓷直线电机作为驱动,由双对称滚珠直线导轨带动两托板在x、y两方向上微位移精密运动;以伺服电机和滚珠丝杠配合带动载物板在z方向上运动。研究影响工作台精度的主要原因,通过误差分析与测量建立了误差补偿模型。最终验证证明,通过误差补偿工作台达到了更高的定位精度,实现了平台设计的目标。

基于扫描电子显微镜的集成电路显微拍摄系统

提出使用扫描电子显微镜来获取集成电路芯片的形貌图像,以弥补光学显微镜分辨率的不足。利用拼接的方法来获得完整的芯片形貌图像。描述了压电陶瓷电机驱动工件台的工作原理。该工件台的定位误差小于20 nm,可使临近图像的重叠区域保持一致。介绍了使用电子束扫描控制器对电镜扫描场进行增益、旋转和位移校正的方法,使获得的芯片图像不需旋转即可进行拼接,减少了后续图像处理软件的工作量。实验证明,该系统可以获得亚微米级芯片的清晰图像。

基于VB的纳米级驱动控制系统研究

压电陶瓷拨爪电机具有大行程、高速、位移分辨率高等突出优点,可以避免使用传统的二级驱动,直接实现纳米级驱动定位.利用PCI-7484数据采集卡和FAGOR自反馈光栅数显卡提供的DLL动态连接库函数及VB中的Timer控件,实现了对压电陶瓷拨爪电机的实时可编程控制以及位移信号的获取,成功地构建了纳米级驱动控制系统.经测试,该系统的位移分辨率可达10 nm.

FTS-300快速刀具伺服系统驱动元件特性研究

针对FTS快速刀具伺服系统驱动元件,研究了压电陶瓷电机的静态特性和动态特性,并对其进行了试验研究,选用峰值功率大的电源放大器,可以有效缩短PZT电容的充放电时间,提高响应速度。