面向納米壓印光刻設(shè)備的精密定位工作臺的設(shè)計方法與實驗.pdf

1、本文以用于納米壓印光刻技術(shù)的精密定位工作臺的開發(fā)為目標(biāo),深入系統(tǒng)地研究了一種具有3平動自由度的空間柔性并聯(lián)定位機構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)分析、剛度分析、靜動力學(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)動器驅(qū)動的精密定位工作臺樣機。取得了如下主要研究成果:
　　 □以改進的 DELTA并聯(lián)機構(gòu)為基礎(chǔ),將機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副用單自由度柔性鉸鏈代替,研制了一臺具有3平動自由度的精密定位工作臺。該定位工作臺采用多個壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動方式

2、,可實現(xiàn)末端位置的主動調(diào)整。
　　 □采用“偽剛體模型”方法將該精密定位工作臺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、逆運動學(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可達工作空間,并以工作空間最大為目標(biāo)進行機構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。
　　 □考慮工作臺重力勢能和柔性鉸鏈的彈性應(yīng)變能,建立支鏈

3、驅(qū)動剛度模型,為壓電陶瓷驅(qū)動器的選擇提供依據(jù)。針對從動臂平行四邊形結(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,建立定位工作臺輸出剛度模型,分別討論了桿長、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證。
　　 □利用虛功原理方法建立了機構(gòu)的靜力學(xué)模型,討論了各構(gòu)件質(zhì)量、柔性鉸鏈剛度對動平臺位置的影響作用。利用虛功原理方法和拉格朗日方程方法建立機構(gòu)的動

4、力學(xué)模型,討論了構(gòu)件質(zhì)量、柔性鉸鏈剛度對驅(qū)動力矩的影響規(guī)律,并結(jié)合不同的運動軌跡,將根據(jù)兩種方法得到的動力學(xué)逆解模型進行對比,說明其有效性。討論了幾何參數(shù)、柔性鉸鏈剛度對系統(tǒng)固有頻率的影響。
　　 □綜合考慮包括理論建模誤差、桿長誤差、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動學(xué)模型為基礎(chǔ),建立了定位工作臺全參數(shù)誤差辨識模型,并進行了計算機仿真。
　　 □最后,利用所建造的精密定位工作臺樣機,