一维精密微位移机构的设计文献综述

《一维精密微位移机构的设计文献综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、文献综述一维精密微位移机构的设计1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）微位移机构通常指机构工作时所产生的工作位移小于毫米级的机构，其核心是微位移器，通常根据产生微位移的原理将其分为机械式和机电式。微位移机构（或称微动工作台）由微位移驱动器和导轨两部分组成。根据导轨形式和驱动方式可分成五类：柔性支承、压电或电致伸缩微位器驱动；滚动导轨，压电陶瓷或电致伸缩微位移器驱动；滑动导轨，机械式驱动；平行弹性导轨，机械式或电磁、压电、电致伸缩微位移驱动器驱动；气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动[1]。高精度微动工作台系统是现代许多学科和高科技赖以发展的基

2、础，是精密微驱动技术中一项重要内容，在现代航空航天、光纤对接、扫描隧道显微镜（STM）、机器人、细胞操作、集成电路制造等得到了广泛的应用[2]。精密工作台是集精密位置检测技术、驱动技术、直线导向技术、控制技术等多项技术为一体的有机综合体[3]。作为21世纪机密机械与精密技术的关键技术之一——微位移技术,近年来随着微电子技术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。广泛应用于宇航、机械、微电子领域，它的发展是其它尖端技术的基础,美国、日本、英国等国家均将它列入国家发展计划进行重点研究。由于宇航和航空等技术的发展的需要,对实现小范围内偏转

3、的支承,不仅提出了高分辨的要求,而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。20世纪60年代前后，由于宇航和航空等技术发展的需要，对实现小范围内偏转的支承，不仅提出了高分辨率的要求，而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支承的实验探索后，才逐步开发出体积小无间隙的柔性铰链[4]。在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。随着柔性铰链的研究发展，柔性铰链立即被广泛地用于陀螺仪、加速度计、精密天平等仪器仪表中,并获得了前所未有的高精度和稳定性[5]。如日本工业技术院计量研究所，利用柔性铰链原理研制的角度微调装

4、置，在3分的角度范围内，达到了1000万分之一度的稳定分辨率。近年来，柔性铰链又在精密微位移工作台中得到了实用，开创了工作台进入毫微米级的新时代。柔性铰链用于绕轴作复杂运动的有限角位移，它的特点是：无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高。柔性铰链有很多种结构，最普通的形式是绕一个轴弹性弯曲，这种弹性变形是可逆的。2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）2.1背景社会的发展，效率问题成为衡量设备先进性的重要指标之一。高效率生产、使用已是当今社会的发展需求，先进的设备和仪器中的运动部件正向高速度、高精度发展。由于高速度

5、所产生的运动惯量较大，很难实现高精度。而微位移系统在精密机械和仪器中主要用于提高运动的精度和灵敏度。随科学技术的进步，对设备精度要求越来越高，微位移技术应用越来越广泛。目前主要应用在精度补偿、微进给、微调、微作动器等方面。目前已经进入了“亚微米-纳米”时代。在电子，光学，机械制造等众多技术领域中，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的微位移系统，用以直接工作或配合其他仪器设备完成高精度的研究和使用。微位移技术在微机电系统，纳米制造技术，微电子及纳米电子技术，纳米生物工程等众多高科技领域将发挥越来越重要的作用。微位移机构采用压电陶瓷驱动器，驱

6、动工作时利用某些晶体的逆压电效应。具有很高的位移分辨率。使用压电或电致伸缩器件驱动，由于机电耦合效应进行的速度很快，来不及与外界热交换，因此不存在发热问题，同时没有噪声，适用于各种介质环境工作，是一种理想的微位移器[6]。微位移器传递位移是借着利用柔性铰链自身的微小弹性变形,推动微动工作台,实现微量进给。微位移机构优点显著，具有体积小、机构紧凑、无机械摩擦、无间隙、极高的灵敏度和精度等特点,满足精密加工对微定位的要求[6～7]。在实际的机构结构设计中,采用杠杆放大原理,提高微位移机构的系统刚度,满足磨床加工对微位移系统刚度的要求[6]。日

7、本日立所研制X-Y-θ三自由度微动工作台，用于投影光刻机和电子束曝光机。粗动台行程为250×250mm，位移分辨率为0.5mm，三自由度的微动工作台被固定在粗动台上，X、Y方向行程为20m，位移分辨率为10nm，角度行程为1.4mrad，分辨率1rad。2.2现状和发展方向高速运动的工作台欲实现亚微米级的定位精度是非常困难的。为了解决二者之间的矛盾，通常采用粗、精结合的方法来实现[8]。在粗动工作台上加一个精动工作台，粗动工作台实现高速度、大行程，精动工作台实现微动，完成精密定位中的补偿。这个精动工作台即由微位移机构实现[9]。最早由Pa

8、ros和Weisbord提出了一种结构紧凑、体积小、无机械摩擦、无间隙的传动导向机构。由于其具有的高精度、高稳定性，以柔性铰链机构为导向机构的超高精度微动工作台及微动机器人已被广泛用于能束加工