《微位移技术》PPT课件

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1、精密仪器设计DesignofPrecisionInstrument五、微位移技术微位移技术一：概述二：压电、电致伸缩器件三：电磁控制的微动工作台四：柔性铰接五：精密工作台的设计及特性分析六：其他类型微位移工作台微位移技术发展很快。用金刚石车刀直接车削大型天文望远镜的抛物面反射镜时，要求加工出几何精度高于1/10光波波长的表面，即几何形状误差小于0.05m。计算机外围设备中大容量磁鼓和磁盘的制造，为保证磁头与磁盘在工作过程中维持1m内的浮动气隙，就必须严格控制磁盘或磁鼓在高速回转下的跳动。特别是到20世纪70年代后期，微电子技术向大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（V

2、LSI）方向发展，随着集成度的提高，线条越来越微细化。256K动态RAM线宽已缩小到1.25m左右。目前已小于0.1m，对与之相应的工艺设备（如图形发生器、分步重复照相机、光刻机、电子束、和X射线曝光机及其检测设备等）提出了更高的要求，要求这些设备的定位精度为线宽的1/3～1/5,即亚微米甚至纳米级的精度。概述概述微位移机构的分类及应用微位移机构系统的基本构造：微位移机构的分类及应用微位移机构（或称微动工作台）由微位器和导轨两部分组成，根据导轨形式和驱动形式分成五类：①柔性支撑、压电或电致伸缩微位器驱动；②滚动导轨，压电陶瓷或电致伸缩微位移器驱动；③滑动导轨，机械式驱动；④

3、平行弹性导轨，机械式或电磁、压电、电致伸缩微位移器驱动；⑤气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动。微位移器根据形成微位移的机理可分成两大类：机械式和机电式.微位移机构的分类及应用微位移系统的应用：微位移系统在精密仪器中主要用于提高整机的精度，根据目前的应用范围，大致可分为四个方面:1.精度补偿精密工作台是高精度精密仪器的核心，当前精密工作台的运动速度，一般在20mm/s～50mm/s，最高的可达)100mm/s以上，而精度则要求达到1μm以下，由于高速度带来的惯性很大，一般运动精度比较低，为解决高速度和高精度的矛盾，通常采用粗精相结合的两个工作台来实现。微位移机构的分类及应用如图

4、5-3(a)所示粗工作台完成高速度大行程而高精度由微动工作台来实现，通过微动工作台对粗动工作台运动中带来的误差进行精度补偿，以达到预定的精度。微位移机构的分类及应用2.微进给主要用于精密机械加工中的微进给机构以及精密仪器中的对准微动机构，如图5-3(b)所示金刚石车刀车削镜而磁盘，车刀的进给量为5μm就是利用微位移机构实现的。微位移机构的分类及应用3.微调精密仪器中的微调是经常遇到的间题，如图5-3(c)所示，左图表示磁头与磁盘之间的浮动间隙的调整，右图为照相物镜与被照乾版之间焦距的调整。微位移机构的分类及应用4.微执行机构主要用于生物工程、医疗、微型机电系统、微型机器人等

5、，用于夹持微小物体。如图5-3(d)所示，微型器件装配系统的微夹持器。几种常用的微动工作台1.柔性支承—压电或电致伸缩微位移器驱动柔性支承微动机构是近年来发展起来的一种新型的微位移机构。它的特点是结构紧凑、体积很小，可以做到无机械摩擦、无间隙，其有较高的位移分辨率，可达1nm。使用压电或电致伸缩器件驱动，不仅控制简单(只需控制外加电压)，而且可以很容易实现亚微米甚至是毫微米级的精度，同时不产生噪声和发热，可适于各种介质环境工作，是精密机械中理想的微位移机构。书P143几种常用的微动工作台2.滚动导轨—压电器件驱动采用滚动导轨作为精密仪器中的精密工作台是一种常见的导轨形式，它

6、具有行程大，运动灵活、结构简单、工艺性好、易实现较高的定位精度的优点。我国1445所使用滚珠导轨作为微动工作台的支承和导向元件，压电器件驱动实现了对自动分步重复光刻机(DSW)的微定位控制〔图5-7)。微动台的最大行程±9.5μm，定位精度为±0.04μm。几种常用的微动工作台3.平行弹簧导轨—机械式位移缩小机构驱动（1)弹性缩小机构：这种微动机构利用两个弹簧的刚度比进行位移缩小，如图5-8所示。这种缩小机构的缺点是当微动台承受外力或移动导轨部分存在摩擦力时，它将直接成为定位误差的因素，而且对于步进状态的输人位移容易产生过渡性的振荡，所以在不适于动态响应的条件下，可用于光学

7、零件的精密调整机构等。几种常用的微动工作台3.平行弹簧导轨—机械式位移缩小机构驱动(2)杠杆式位移缩小机构杠杆式位移缩小机构也是微动机构中常用的一种形式。(3)楔形位移缩小机构图5-10(a)所示是利用具有微小角度的斜楔机构的位移缩小机构也已在实际中应用。特点是易获得大的缩小比，同时又能获得较大的移动范围。几种常用的微动工作台3.平行弹簧导轨—机械式位移缩小机构驱动几种常用的微动工作台4.平行弹簧导轨—电磁或电致伸缩微位移器驱动为克服丝杠螺母机构的摩擦和间隙，可采用电磁驱动的弹簧导轨微动工作台。其原理如图5-11所