柔性铰链文献综述

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1、浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告班级姓名课题名称柔性铰链微运动的测量与控制方法文献综述报告（包括国内外本课题及相关研究的现状、分析及参考文献目录，理工类要求不少于2000字）目录1前言2柔性铰链发展和研究成果2.1柔性铰链国外早期研究成果2.2柔性铰链国外中期研究成果2.3柔性铰链国外现状2.4国内柔性铰链研究成果2.5国内外柔性铰链最新研究成果3微位移机构4总结参考文献指导教师审批意见签名：年月日柔性铰链微运动的测量与控制方法1前言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

2、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。人们在进过对各种类型的弹性支承实验探索后才逐步开发出体积小、无机械摩擦、无间隙的柔性铰链[1]。随后柔性铰链在支撑结构、联接结构、调整机构和测量仪器中的得到广泛应用,并日益成熟。70年代末，美国国家标准局引入了柔性铰链机构以放大压电驱动器的位移，使其设计的工作台既具有亚纳米级的位移分辨率，又具有相对较大的行程。近年来，柔性铰链以其特殊的性能在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域得到广泛应用没，尤其是柔性铰链与压电致动结合实现超精密位移和定

3、位。2柔性铰链发展和研究成果2.1柔性铰链国外早期研究成果在60年代初，随着柔性铰链技术的提出，并以其体积小、无间隙等优点，在支撑结构、联接结构、调整机构和测量等仪器得以广泛应用。由于当时圆弧型柔性铰链技术发展不够成熟，当时的柔性铰链技术存在径向刚度差，无法承受较大的径向力问题，因而无法在其他领域得到广泛应用。2.1.1柔性铰链轴承柔性铰链轴承在现代机器中出现得越来越多。图1是典型的柔性铰链轴承。它可以将轴瓦设计为一体,简化了装配过程并降低了加工的尺寸公差要求。与固定形状的轴承相比,柔性铰链轴承可降低液图1柔性铰

4、链轴承体滑动摩擦轴承的半速涡动,防止颤振。2.1.2柔性铰链联接件图2是由柔性铰链组成的柔性联接器。它只传递垂直于纸面方向的推力,在水平方向和垂直方向移动的刚度很低。利用柔性铰链还可设计具有2个转动自由度的弹性万向节,有结构紧凑、传动精密的特点。柔性铰链可以使V型槽的表面能自我调节,避免球与V型槽表面在作用力变化时产生相对运动,见图3。将其运用于由3个球和3个V型槽组成的结合器中,力和位移之间的迟滞现象减少了95%。图2柔性联接器图3柔性结合器2.1.3柔性铰链调整结构图4是基于柔性铰链的光学元件座子。在平台的任

5、一边加上调整螺钉,可使水平表面精密地偏转。它成本低,在小的运动范围内具有很高的分辨率。还可设计2个转动自由度的柔性铰链调整机构用于透镜装配。图4光学元件座德克萨斯大学设计的光刻对准台中运用了柔性铰链四连杆作为调整机构,见图5。在距离中心10mm处施加一个4N的力可使安装模板的平台相对感光基底偏转。有限元分析表明,当倾斜角为时,模图5柔性铰链4连杆调整机构板的侧向运动小于5nm。2.1.4测量和标定60年代末出现了许多具有亚纳米级灵敏度的线性位移测量传感器。它们很多都使用了光学干涉仪,然而,条纹细分是建立在理想形态

6、干涉信号的基础上的,实际的干涉条纹同理想形态还有差距。利用X射线干涉测量来线性内插光学干涉仪的条纹可以准确地测量亚条纹级的位移。英国国家物理实验所(NPL)的组合式光学和X射线干涉仪(COXI)结合了光学干涉仪图6柔性铰链平行四杆机构的大行程和X射线干涉仪的高分辨率,光学干涉仪以间隔为158125nm的整数条纹步进,X射线干涉仪以01192nm的硅(200)晶格步进。为了实现硅晶薄片之间纳米级运动,采用了柔性铰链平行四杆机构传递位移,见图6。利用该仪器可对亚纳米级灵敏度的线性位移传感器进行标定。美国国家标准局设计

7、了一体化的柔性铰链机构,以联接X射线干涉仪和光学干涉仪。它采用3级杠杆,从驱动点到工作台面的位移缩小比达到1000∶1,由此降低了对驱动元件的要求,但柔性铰链机构较为复杂。他们还利用柔性铰链在几角秒的运动范围内达到1微角秒的调节精度。为了加大X射线干涉仪的测量范围，德国设计了对称结构的柔性图7对称结构的柔性铰链传动机构铰链传动机构，见图7。该机构消除了在主运动垂直方向上的干涉运动,测量范围达到了200。2.2柔性铰链国外中期研究成果70年代中期，圆弧型柔性铰链技术的趋于成熟，70年代末，美国国家标准局引入了柔性铰

8、链机构以放大压电驱动器的位移，使其设计的工作台既具有亚纳米级的位移分辨率，又具有相对较大的行程。而此时的柔性铰链机构结构紧凑、运动精度高等特点，因此在精密机械、精密测量、微米和纳米技术等领域得到了广泛应用。2.2.1超精密定位工作台1978年美国国家标准局开发了一个微定位工作台并用于光掩模的线宽测量。为了能在光学和电子显微镜中使用,要求工作台结构紧凑并能在真空中工作。如图