基于平板扫描器的新型AFM系统

研制了一种基于平板扫描器的新型原子力显微镜(AFM)系统。该系统创新地把二维平板扫描器和一维反馈控制器相结合,有效地克服了传统扫描器Z向反馈控制与XY扫描平面之间的非线性交叉耦合误差,同时保证了大范围扫描时检测光路的稳定性。利用该系统与传统AFM作了氧化铝薄膜和光栅对比扫描实验,结果表明这种AFM系统能够获得无扭曲、规则的理想图像。     

扫描探针显微镜单管式扫描器结构误差的研究

单管式扫描器的结构误差是影响扫描探针显微镜测量精度的主要误差因素之一。本文对单管式扫描器的结构误差,主要包括交叉耦合误差、非正交误差以及扫描器形状误差,进行了实验和理论研究,并提出了一些相应的补偿措施。     

扫描隧道显微镜和原子力显微镜

介绍了扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的原理和目前情况。     

原子力与扫描隧道组合显微镜

由大连理工大学物理系研制的原子力与扫描隧道组合显微镜 ( AF/ PSTM) ,9月 2 3日通过了国家教育部组织的鉴定。鉴定委员会对该成果给予了高度评价。该仪器是同时具有纳米分辨原子力显微镜和纳米分辨光学显微镜双重功能图像分解的纳米成像仪器。仪器技术原理是在 AF/ PSTM中设置一个双功能共振光纤尖 ,当光纤尖在样品表面近场扫描时 ,反馈控制等振幅扫描成像 ,一次扫描中 ,同时采集样品的原子力显微镜 AFM图像和光子扫描隧道显微镜PSTM图像。该仪器在分子生物学、医药学、新材料学、集成光学、纳米科技等领域均很有用 ,高校将来甚至…     

卧式原子力显微镜的研制

提出原子力显微镜 (AFM)的新设计 ,讨论卧式 AFM的工作原理及其性能特点 ,简要介绍 AFM的控制电路系统及其图像扫描和图像处理软件系统 ,给出 AFM扫描获得的部分样品的图像结果。     

计量型原子力显微镜的非线性误差及轴间耦合误差的校准

本文研究了原子力显微镜的计量校准问题,建立了校准的数学模型,这个数学模型可以用于各种ＳＰＭ的校准中。对于位移轴的非线性误差和耦合误差进行了校准,给出了校准后残余误差的测量结果。并对一块经过ＰＴＢ检定的样板进行了测量,测量结果表明对于３００ｎｍ的台阶高度,测量念头平均为１．１ｎｍ。     

X轴分离式高速原子力显微镜系统设计

为了提高原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的成像速度,本文提出了一种新的AFM结构设计方案并搭建了相应的实验系统。在该方案中,Y、Z扫描器集成于测头内驱动探针进行慢轴扫描和形貌反馈;X扫描器与测头分离,驱动样品做快轴扫描。X扫描器采用高刚性的独立一维纳米位移台,能够承载尺寸和质量较大的样品高速往复运动而不易发生共振;同时Z扫描器的载荷实现最小化,固有频率得以显著提高。为了避免测头的扫描运动引起检测光束与探针相对位置的偏差,设计了一种随动式光杠杆光路;为了便于装卸探针以及精确调整激光在探针上的反射位置,设计了基于磁力的探针固定装置和相应的光路调节方案。对所搭建的AFM系统的初步测试结果表明,该系统在采用三角波驱动和简单PID控制算法的情况下,可搭载尺寸达数厘米且质量超过10g的较大样品实现13μm×13μm范围50Hz行频的高速成像。     

高速大扫描范围原子力显微镜系统的设计

针对目前高速扫描型原子力显微镜(AFM)主要是限于物检测且扫描速度和扫描范围均有待提高,提出了一种高速原子力显微镜结构设计方案。在压电陶瓷致动器驱动的柔性铰链结构式位移台的基础上,构建了AFM大范围扫描器,使原子力显微镜在x-y扫描方向的运动范围达到了100μm×100μm。通过傅里叶频谱分析,计算获得了AFM扫描器常用的三角波驱动信号和正弦波驱动信号的高次谐波特性及其对AFM高速扫描成像的影响程度。为了消除在扫描运动过程中的机械自激振荡,提出了将正弦波信号作为高速扫描的驱动信号,行扫速度达到50line/s。在正弦波驱动的基础上提出了一种基于位置采样的图像获取方法,有效地减小了AFM扫描器的非线性误差造成的图像畸变现象。     

基于原子力显微的多模式扫描探针显微镜

扫描探针显微镜是目前世界上分辨率最高的显微镜之一,也是纳米技术研究的主要工具。本文在分析原子力显微镜工作原理的基础上,探讨多模式扫描探针显微镜的相关功能,并对扫描探针显微镜的发展前景进行展望。     

3-RRRU并联机器人运动学建模与误差分析

针对3-RRRU并联机器人控制精度问题,基于空间矢量法建立运动学正解模型以及误差模型,详细分析了机器人各结构误差源对控制精度的影响。仿真结果表明:驱动角度误差分布在0.001°～0.01°时,第一支链的驱动角误差对被控终端的精度影响最大为84.2um;连杆加工误差在0.01mm～0.1mm变化时,靠近动平台的被动杆为0.1mm时对被控终端精度影响最大,其最大误差值为137.2um;静、动平台的外接圆半径加工误差为0.1mm时,机器人终端最大误差为568.4um。因此,对于线性连杆加工误差和角度误差源,连杆加工误差对多支链、多连杆机器人精度的影响高于角度误差,且静、动平台的加工误差对机器人的终端控制精度影响最大,为后续机器人结构的最优化设计提供了理论依据。     

星载天线指向机构误差分析与建模

探讨了星载卫星天线指向机构误差源,结合方位-俯仰型天线座建立误差模型,并分析不同误差因素对天线指向精度的影响,从而为该种天线座的设计精度要求提供了理论依据。同时,该研究思路与方法也可用于其他多轴机构的误差分析,具有一定的实际意义。     

基于机床运动模型的走刀步长计算方法

为提高五坐标数控加工刀具轨迹生成的精度和切削效率,通过特定机床结构运动建模,对自由曲面刀具轨迹规划中的走刀步长计算方法进行研究。针对刀具摆动与工作台转动类型的非正交结构五坐标机床,在建立机床运动传递关系的基础上,实现任意刀轴方位的机床各轴运动坐标分解,构建机床运动模型。基于此,分析切削误差产生机理,推导出非正交结构的机床实际运动误差估计公式。利用切削误差对比关系,迭代计算满足精度要求的最大走刀步长。算例表明,在相同的允许误差条件下,本文算法较之传统变步长方法,最大误差降低了37.01%,而平均步长相对于等步长方法,增加了8.91%,说明基于机床运动模型的走刀步长计算方法能够有效控制切削误差,并提高自由曲面五坐标加工的刀具轨迹质量。     

动态聚焦激光振镜扫描系统的误差分析及图形校正算法

动态聚焦激光振镜扫描系统广泛应用于大幅面激光扫描领域,在实现振镜高速扫描的同时,必须要保证扫描图形的精度。本文从动态聚焦激光振镜扫描系统的原理入手,分析了动态聚焦激光振镜扫描系统图形误差产生的原因,并给出了扫描图形的误差校正模型和精确校正算法,并在华中科技大学快速成型中心的粉末烧结快速成型设备上进行了试验验证。     

柔性关节式坐标测量机的误差源分析与建模

近30年来研究发展了可用于多种制造业的各种几何形体参数测量的柔性关节式坐标测量机,它具有灵活、轻便、价格较低等优点,适宜于现场使用,但限制其应用的关键就是其测量精度问题,本文首先建立测量机的测量模型,然后对影响测量机精度的误差源进行分析,建立更有效的误差模型。通过求出误差模型中各个参数并进行修正补偿后,大大提高测量机的精度,并分析了测量机存在最佳测量区域的问题。     

3UPS-PU并联机构的运动学误差建模与验证

以探月工程采样封装专项实验平台3UPS-PU并联机构为研究对象,利用矩阵微分方法构建了机构的误差分析模型,结合体积误差和位姿误差中的单一元素,从宏观、微观两个方面分别验证了误差分析模型的正确性。运用误差分析模型对机构的单项误差进行分析,得到影响机构的主要误差因素,从而使并联机构在选取合适的零部件制造公差和装配等级方面有据可依。解决了3UPSPU并联机构误差分析相关的一系列问题,为机构的补偿提供可靠依据,同时,该方法也适用于类似机构的研究与分析。     

一种新型三自由度虚轴坐标测量机机构的误差建模与仿真

设计了一种新型三自由度虚轴坐标测量机机构,给出了其运动学正解模型,依据全微分理论,导出测头位置误差与结构参数误差及3个并联驱动杆长度误差之间的相互关系,从而建立起这种新型并联机构的误差模型;然后利用计算机仿真方法,验证了误差模型的准确性,分析了3个并联驱动杆长度变化以及结构参数误差变化对测头位置误差的影响,为该虚轴坐标测量机机构的加工制造及其误差补偿奠定了理论基础,该并联机构还可用于运动模拟器、并联机床等其它并联运动装备.     

四自由度混联码垛机器人运动学分析与仿真

以四自由度混联码垛机器人为研究对象,介绍了移动关节与回转关节组合式串并联的混联机器人机构特点,分析了该机器人的运动学特征,求出了其位置正反解析解,利用运动影响系数矩阵对其速度进行了系统研究。最后应用Pro/E软件建立了该机器人的三维实体造型,并用ADAMS软件进行了运动学仿真验证。     

水下灵巧手运动学分析与实验

介绍了一种三指水下灵巧手,分析建立了单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵,通过运动实验验证了运动学模型的正确性,为进一步研究灵巧手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据.     

数控滚齿机几何误差建模与分析

基于多体系统理论对数控滚齿机进行了结构分析,得到了数控滚齿机的拓扑结构;分析研究了相邻体的运动关系,根据相邻体的运动关系,结合数控滚齿机的拓扑结构,得出了数控滚齿机的几何误差模型;对所得到的几何误差模型进行解耦,获得了数控滚齿机各轴独立的补偿量。研究结果为数控滚齿机几何误差补偿的实现奠定了基础。