超精密快刀伺服加工复杂光学面形的技术研究

超精密快刀伺服加工技术适用于复杂面形光学零件的高效优质加工。文中通过分析快刀伺服加工的控制结构、压电陶瓷驱动性能,进行了超精密快刀伺服装置的设计与研制,建立了其传递函数模型。最后完成了典型复杂面形光学零件的加工试验,并对加工结果进行测试与分析,测试结果表明满足了设计的性能指标要求。     

快刀伺服系统的控制系统设计

基于研制的一种内嵌式快刀伺服系统,进行控制系统的设计。根据快刀伺服闭环控制系统特性,介绍了快刀伺服系统的硬件结构;以MFC类库为基础,完成上位机的编程控制;利用数学模型在Matlab软件中进行阶跃响应仿真分析;通过PID参数调试对阶跃响应曲线和速度曲线进行了分析。通过重复定位精度实验测试,验证了该控制系统的稳定性。     

纳米级精密定位工作台研究

为实现压印设备的精密加工,应尽可能地提高工作台的定位精度.通过合理选材,设计出具有六自由度的工作台,并分析工作台定位精度的影响因素,通过误差分析,得到能够满足纳米级定位精度的工作台结构参数.     

复杂光学表面的快刀伺服加工特性与路径规划

复杂面形和微结构阵列等类型的光学元件应用范围越来越广,传统的机械加工方法难以满足面形精度和加工效率要求,超精密快刀伺服(Fast tool servo,FTS)是实现这类零件优质高效加工的有效手段.但是在复杂光学表面的快刀伺服加工中,面形的高低起伏将会使刀具和工件的相对位置实时变化,导致加工状态恶化、面形精度下降,甚至...     

纳米定位机构及其控制系统的研究

在纳米科学与技术领域 ,纳米定位技术是纳米测量和原子操作工程研究及走向产业化的前提条件和工作基础。本文设计了一种新颖的以柔性铰链为弹性导轨、压电陶瓷为驱动器的纳米定位机构 ,给出了其动力学模型 ,结合纳米传感器微位移检测装置和微机控制系统设计并研制了数字闭环控制的纳米定位系统。实验表明 :该纳米定位系统行程 10 μm ,定位精度优于± 0 .0 3μm ,定位分辨力 3nm ,最大定位时间 40ms。     

压电式移相器的研究

对压电式移相器进行了研究，设计了具有放大特性的柔性铰链式移相器。采用了神经网络PID自适应控制方法，改善了非线性，降低了环境干扰的影响，提高了压电式移相器的性能。     

新型三维微动台的设计与试验分析

研究设计一种新型的、以压电陶瓷为驱动器的三维微动台结构。该微动台以柔性铰链为弹性导轨实现了微定位。 分析所采用的直圆柔性铰链的参数变化对其造成的性能影响;提出一种新型柔性铰链结构,利用有限元分析软件AN SYS对这种新型结构进行理论分析和试验测试。试验表明:采用这种柔性铰链结构的微动台刚度比较小、运动耦合误差 小,定位精度优于±0.01μm。     

新型直线回转式快刀伺服装置的性能测试与分析

基于快刀伺服的金刚石车削技术是光学自由曲面、非圆柱面和微结构表面等方面高效率、高精度的加工技术,受到国内外的广泛关注。在该技术中,随着被加工曲面面型的变化,刀具的瞬态工作前角会实时发生变化,而影响刀具磨损、切削力的变化以及切削稳定性。设计一套直线回转式快刀伺服装置,可在自由曲面车削中实现刀具工作前角的调整。该装置实现了亚微米级的工作精度和10nm的运动分辨率。试验测试的结果表明该装置具有了良好的工作性能。     

基于压电液压的快速刀具伺服系统研究

研究基于压电陶瓷(PZT)的新型快速刀具伺服系统,与液压放大方案耦合.这种设计的优势是轴向放大,降低了对阿贝误差的敏感性,紧凑的放大器设计和高带宽行程比.然后利用模型和数据对系统的性能进行了验证,表明系统满足了设计要求.     

微机器人中用细钢丝替代球铰链的定位误差

设计的双指微动操作手的本体是基于并联机构的微机器人,其工作盘上装有针状手指。微机器人的传动支接采用柔性铰链微位移放大机构,并用细钢丝代替球铰链。讨论了柔性铰链的定位误差,建立了用细钢丝代替球铰链的设差模型,借助于柔性铰链相对于理想运动轨迹的偏离曲线,对由此引起的定位误差进行了分析计算。     

航天器元件多参数综合可靠性环境试验研究综述

综述了航天器元件综合可靠性环境试验研究的背景、意义及国内外研究现状,提出了高线加速度、振动、温度、气压、噪声五参数的综合环境试验样机的研究步骤和技术方案,针对方案实现的几个关键技术问题——离心机动平衡问题、振动台动圈的纠偏问题、离心机机臂的抑振问题、离心加速度场作用下的温度场及声场控制问题进行了简要分析并提出拟解决的办法。     

超精表面缺陷检测系统的实验研究

电子产品高度集成化与高性能化发展,对超精表面及亚表面无损伤性要求越来越高.为实现纳米尺度分辨率、大视场表面损伤检测,利用原子力微悬臂探针设计了一种新型超精表面缺陷探测系统,采用柔性机构进行微悬臂探针俯仰与倾斜度微调,利用压电双晶片实现接触、非接触以及轻敲3种不同探测模式.系统特性实验表明该探测系统位移分辨率可达2 nm,共振频率90 Hz,满足超精表面缺陷检测系统性能要求.     

新型双臂菱形压电柔性机构理论设计与建模

针对目前传统菱形位移放大机构的输出刚度、固有频率和位移放大比无法同时提高的问题,提出了一种双臂复合菱形柔性机构,并介绍了其理论设计与建模方法。基于欧拉-伯努利梁理论和卡氏第二定理,推导出双臂复合菱形柔性机构的位移放大比和刚度解析模型,利用拉格朗日方程建立了该柔性机构的固有频率解析模型,并通过商业有限元软件验证了解析模型的准确性。根据理论计算结果,通过电火花切割工艺加工出复合柔性机构,并与相同尺寸参数的传统菱形位移放大机构进行实验比较研究。实验结果表明,压电双层臂柔性机构的固有频率为1330Hz,位移放大比为4.2,同时提高了固有频率和放大比。此外,所建立的位移放大比和固有频率力学解析模型可以为新型压电柔性机构的优化设计提供理论指导。     

基于有限元方法的柔性铰链式微夹持器优化设计

设计了一种以柔性铰链为转动副的微夹持器。微夹持器采用压电陶瓷驱动，具有结构简单、加工方便、夹持范围大等优点。在设计过程中，采用有限元方法，推导了柔性铰链的刚度矩阵与一致质量矩阵，优化了微夹持器的结构尺寸。为了验证算法的正确性，根据优化后的尺寸建立了几何模型，并利用ANSYS有限元分析软件对夹持器进行了静力学和动力学分析，分析结果与计算结果吻合较好，说明了算法的正确性。     

双足压电直线作动器结构优化与实验

为提高双足压电直线作动器的有效驱动,增强作动器中二级杠杆微位移结构和柔性铰链的放大能力,对作动器的结构参数进行优化。首先,对二级杠杆微位移机构的放大倍数进行理论计算,基于ANSYS完成作动器定子作动仿真过程;其次,通过仿真分析发现,在作动器定子中综合使用直圆型柔性铰链和直梁型柔性铰链,会使作动器定子放大倍数得到优化,最优铰链参数对应的放大倍数为8.131;最后,制作了该作动器样机并进行了定子驱动足振幅测试,两驱动足的振动相对稳定。实验结果表明,驱动足I,II的位移振幅在60和63μm的上下范围浮动,与实际相符合。与现有的压电直线作动器相比较,该作动器结构简单,易于安装调试,具有大振幅驱动和运行稳定等特点。     

基于柔性铰链杠杆放大机构的二维微位移平台设计

针对传统机械式的微位移机构无法满足高精度的定位要求,而柔性铰链本身驱动又存在驱动位移小的问题,设计了基于柔性铰链的杠杆放大机构。利用有限元分析软件A N SY S W orkbench12对微位移机构进行静力学和动力学模态分析,通过理论计算和仿真结果对比,微位移机构的尺寸可以满足设计要求。     

柔性铰链的计算和分析

针对常用的直圆柔性铰链进行力学分析,与迄令一直沿用由J.M.PAROS给出的柔性铰链绕z轴的转动刚度(柔度)计算公式相比,提出了更为简洁、精确的转动刚度计算公式,使其有利于柔性铰链的设计和分析。对直圆柔性铰链所能承受的最大力矩和最大角位移进行了分析,给出了它们在不考虑应力集中影响下的计算公式。讨论了直圆柔性铰链各个参数对其性能的影响。为柔性铰链在精密定位系统中的应用提供了一定的理论基础。     

共聚焦激光扫描荧光显微镜扫描系统研制

为适应三维光学微细加工及三维光学信息存储研究的需要,研制了共聚焦激光扫描荧光显微镜的工作台式扫描系统,扫描范围138μm×138μm.工作台采用压电陶瓷驱动器(PZTactuator)驱动的方式来获得高分辨率的位移,采用带柔性铰链的杠杆放大装置来获得较大的位移范围.描述了工作台的工作原理,并对其静态和动态性能进行了测试,实验表明这一扫描系统能很好的应用于共聚焦激光扫描荧光显微镜系统.     

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。