面向納米壓印光刻設(shè)備的精密定位工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方法與實(shí)驗(yàn).pdf

1、本文以用于納米壓印光刻技術(shù)的精密定位工作臺(tái)的開發(fā)為目標(biāo),深入系統(tǒng)地研究了一種具有3平動(dòng)自由度的空間柔性并聯(lián)定位機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、剛度分析、靜動(dòng)力學(xué)分析、誤差建模等關(guān)鍵技術(shù),并建造了由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的精密定位工作臺(tái)樣機(jī)。取得了如下主要研究成果:
　　 □以改進(jìn)的 DELTA并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ),將機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副用單自由度柔性鉸鏈代替,研制了一臺(tái)具有3平動(dòng)自由度的精密定位工作臺(tái)。該定位工作臺(tái)采用多個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方式

2、,可實(shí)現(xiàn)末端位置的主動(dòng)調(diào)整。
　　 □采用“偽剛體模型”方法將該精密定位工作臺(tái)分別等效為偏置式偽剛體模型和非偏置式偽剛體模型,并利用齊次坐標(biāo)變換方法和矢量閉環(huán)方法構(gòu)建其正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,結(jié)合有限元分析比較兩種模型的優(yōu)劣,并以非偏置式偽剛體模型作為后續(xù)分析的依據(jù),以柔性鉸鏈允許轉(zhuǎn)角范圍為約束條件分析工作臺(tái)可達(dá)工作空間,并以工作空間最大為目標(biāo)進(jìn)行機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 □考慮工作臺(tái)重力勢(shì)能和柔性鉸鏈的彈性應(yīng)變能,建立支鏈

3、驅(qū)動(dòng)剛度模型,為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的選擇提供依據(jù)。針對(duì)從動(dòng)臂平行四邊形結(jié)構(gòu),討論不同約束方式下,上下端連接橫梁柔度特性對(duì)其輸出剛度的影響。利用柔度矩陣和位置變換矩陣相結(jié)合的方法,建立定位工作臺(tái)輸出剛度模型,分別討論了桿長(zhǎng)、柔性鉸鏈切口半徑等幾何參數(shù)的影響規(guī)律,并利用有限元仿真加以驗(yàn)證。
　　 □利用虛功原理方法建立了機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)模型,討論了各構(gòu)件質(zhì)量、柔性鉸鏈剛度對(duì)動(dòng)平臺(tái)位置的影響作用。利用虛功原理方法和拉格朗日方程方法建立機(jī)構(gòu)的動(dòng)

4、力學(xué)模型,討論了構(gòu)件質(zhì)量、柔性鉸鏈剛度對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩的影響規(guī)律,并結(jié)合不同的運(yùn)動(dòng)軌跡,將根據(jù)兩種方法得到的動(dòng)力學(xué)逆解模型進(jìn)行對(duì)比,說(shuō)明其有效性。討論了幾何參數(shù)、柔性鉸鏈剛度對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響。
　　 □綜合考慮包括理論建模誤差、桿長(zhǎng)誤差、柔性鉸鏈加工誤差、裝配誤差等多種誤差源形式,并以采用遞推方式得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ),建立了定位工作臺(tái)全參數(shù)誤差辨識(shí)模型,并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。
　　 □最后,利用所建造的精密定位工作臺(tái)樣機(jī),