纳米级XY微定位平台的设计与研究

为了实现二维平面纳米级定位,研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台.该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点.为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出.考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型.通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5nm,固有频率分别为143Hz和180Hz.该微定位平台可应用于纳米级的微定位.     

新型精密磨削辅助微进给平台的研制及特性研究

设计了一种用于平面磨削主动控制的新型数控微进给工件平台.该平台由3个压电陶瓷(PZT)驱动器驱动,3个半圆形的弹性铰链构成的弹性环节实现对压电陶瓷驱动器的预紧.通过实验的方法研究了微进给平台的位移输出、静动态刚度等特性.     

皮秒激光功率变化对激光诱导晶体硅变化的影响

为了深入了解皮秒激光烧蚀对晶体硅所造成的影响,使用不同平均功率下的皮秒脉冲激光辐照晶体硅,然后使用X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜,分别对被烧蚀晶体硅的化学成分与微观组织结构进行观察与分析。研究发现:随着激光脉冲平均功率的增加,烧蚀产物中晶体硅的相对含量不断下降,而SiO2的相对含量则逐步上升;与此同时,材料的无定形化程度也随之加剧。最终认为:因激光脉冲平均功率增加而逐渐升高的激光能量密度是诱导上述实验结果出现的主要原因,并最终不断扩大并加剧着材料所受到热与机械损伤的范围与程度。     

超精密磨削加工表面形貌建模与仿真方法宰

超精密磨削技术是实现微/纳米加工的主要手段.系统深入研究超精密磨削过程的机理,洞悉磨削加工表面生成的内涵,成为超精密磨削加工技术的重要研究内容之一.提出一种新型的超精密磨削加工表面生成方法.基于Jobnson变换和线性滤波技术,给出砂轮表面形貌数字生成方法.该砂轮表面数值生成方法克服了利用试验测量砂轮表面形貌所得数据而带来的误差,提高了磨削加工表面仿真分析的准确性.根据磨削运动学,建立磨粒运动轨迹方程、相互干涉条件和有效磨粒确定方法.据此,给出超精密磨削加工表面生成算法.通过数值计算生成不同统计学特征的砂轮形貌,并得到不同加工参数下磨削表面的表面形貌,仿真结果验证了所给算法的正确性和有效性.     

超快激光辐照诱导金属钛的变化

为实现对超快激光诱导金属钛改变趋势的定性控制及材料改变范围的定量控制, 开展了飞秒和皮秒脉冲激光分别与金属钛烧蚀的对比实验研究。随后使用激光扫描共聚焦显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜分别就激光脉冲时间宽度变化对被烧蚀金属钛的表面形貌与烧蚀深度、化学成分、微结构状态的影响规律进行了分析。研究发现: 随着激光脉冲时间宽度从飞秒增加到皮秒量级, 被烧蚀金属钛的表面形貌质量逐渐变差, 最终烧蚀产物的化学成分愈加复杂, 微结构状态的无定形化程度也随之增加。最终认为伴随激光脉冲时间宽度增加, 金属钛中热累积效应的增强而造成被烧蚀材料内部更为严重的热与机械损伤是导致上述实验现象产生的主要原因。     

基于虚功原理的3-RRPR柔性精密定位工作台动力学分析

为了实现柔性精密操作系统的高频控制,提出一种新型空间柔性并联精密定位工作台系统,该工作台采用多个压电陶瓷驱动方式,通过半圆形凹槽单自由度柔性铰链的弹性变形实现末端执行件3平动自由度的主动调整.根据机构伪刚体模型,采用矢量闭环方法建立其位置、速度以及加速度方程,并结合柔性铰链弹性应变能,采用虚功原理方法进行动力学分析,推...     

对超精密加工及纳米加工环境的分析

介绍了超精密加工技术概要 ,对超精密加工以及纳米加工的支撑环境进行了归纳 ,并分别阐述了支撑环境中温度、湿度、洁净度及振动几个环境因素 ,最后给出了保证其支撑环境的一般性措施     

精密磨床辅助工件平台的设计

为补偿精密磨床砂轮的振动对加工精度的影响，设计了一台作为磨床辅助进给装置的微进给工件平台。该工作平台采用压电陶瓷作为驱动机构，弹性铰链作为预紧机构。为了避免压电陶瓷驱动器受到弯矩的作用，在压电陶瓷驱动器的顶部和动平台之间加了一个球形接头。利用弹性铰链的预紧力，实现驱动器和动平台之间的赫兹接触。高精度的电容式位移传感器用来测量动平台的实际输出并形成反馈控制系统。为了消除压电陶瓷的迟、蠕变等非线性，采用了非线性PID控制算法来实现微进给平台的实时控制。采用跟踪微分器对信号进行跟踪并得到其微分信号，提高了控制系统的鲁棒性。通过计算机仿真了所设计的微进给平台的特性和闭环控制算法的有效性。     

Windows操作系统下的软件定时器的设计与应用

为了实现计算机软件的精确定时，设计了一种高精度的微秒级定时器。该定时器利用计算机的高精度计数器完成定时功能，在长城Pentium Ⅳ计算机上的定时精度可以达到几十微秒。为了检验此高精度定时器的性能，利用Visual C 编制了基于Windows多线程机制的控制程序，使计算机通过一个16位的D／A转换器输出不同频率和波形的模拟信号。试验结果表明，基于Windows的高精度定时器具有很高的定时稳定性和准确性。最后，利用该定时器对压电陶瓷驱动器的特性进行了试验研究。     

三自由度精密定位工作台工作空间分析及优化

针对纳米压印光刻技术(NIL)过程中的纳米级空间定位要求,设计了一种采用柔性并联构型和压电陶瓷驱动的三自由度精密定位工作台。基于伪刚体(PRB)模型理论将柔性铰链等效为理想转动副和线性扭簧,建立了精密定位平台的PRB模型,并以此分析了该类工作台的逆运动学特性;根据弹性铰链转角范围所限定的约束条件分析了定位工作台的工作空间。另外,为了达到以预定的全局条件数为约束条件的最大工作空间体积,对工作台结构参数进行优化,并通过数值仿真验证其有效性。