尺蠖式壓電步進進針機構(gòu)的研究.pdf

1、掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope，STM)是納米測量研究中最有力的工具之一。粗進針機構(gòu)作為其核心組成部分之一，在很大程度上決定了STM的結(jié)構(gòu)和性能。在商用STM中，普遍采用直線步進電機進行粗進針，然而由于存在螺紋空程、傳動摩擦、間隙和發(fā)熱等問題，直線步進電機的定位精度只維持在微米量級，并且其溫度漂移導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)微小變化也會影響STM成像質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致撞針的情況發(fā)生。
　　 本論文研究并制

2、作了一款適用于STM的尺蠖式壓電步進進針機構(gòu)，將柔性鉸鏈與壓電陶瓷結(jié)合，實現(xiàn)了單步的步距誤差小于6nm，理論運動范圍大于50mm的位移運動。試驗表明，所設(shè)計的進針機構(gòu)具有穩(wěn)定的位移特性、足夠的剛度和工作可靠性，并且具有斷電箝位鎖緊功能，不僅可以水平應(yīng)用，而且可以垂直應(yīng)用，很好地滿足了STM儀器對粗進針機構(gòu)的要求。
　　 本課題完成的主要工作包括：
　　 1.研究和分析了多種STM粗進針機構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)、加工裝配、工作穩(wěn)定性

3、等方面的優(yōu)缺點，確定了尺蠖式壓電步進的設(shè)計方案。
　　 2.設(shè)計了尺蠖式的壓電步進進針機構(gòu)機械結(jié)構(gòu)。完成了箝位和中間八連桿柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計，并利用ANSYS有限元分析軟件進行了仿真驗證。
　　 3.針對尺蠖式壓電步進進針機構(gòu)，研究了運動控制算法，設(shè)計了系統(tǒng)的控制電路，實現(xiàn)了進針機構(gòu)的穩(wěn)定運動。
　　 4.對進針機構(gòu)進行了水平方向和垂直方向的性能測試，包括進針機構(gòu)的單步步距、八連桿的線性和重復(fù)性以及機構(gòu)的運動速度等