精密定位技術(shù)作為微觀領(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù)之一,其技術(shù)水平直接影響到微觀領(lǐng)域的研究水平。微行程精密定位技術(shù)雖然發(fā)展得比較成熟,但大行程精密定位技術(shù)由于具有更大的定位行程,所以其應(yīng)用范圍更廣,也更具有研究意義與價(jià)值。本論文旨在設(shè)計(jì)一套基于潘式壓電馬達(dá)的二維毫米級(jí)行程納米位移臺(tái)裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)行程的納米級(jí)精密定位。論文綜合分析了微行程精密定位技術(shù)以及大行程精密定位技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,描述了潘式壓電馬達(dá)的步進(jìn)原理,基于該原理設(shè)計(jì)了二維毫米級(jí)行程的納米位移臺(tái)的總體機(jī)械機(jī)構(gòu),基于直流放大式電壓驅(qū)動(dòng)方法,采用OP07和PA85放大器芯片設(shè)計(jì)了用于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷疊堆的電壓放大電路,采用VC++編寫MFC軟件實(shí)現(xiàn)凌華PCI 6216V型模擬輸出卡輸出電壓的可編程控制以及安捷倫N1231B型激光干涉儀測(cè)量板卡的數(shù)據(jù)讀取及保存,設(shè)計(jì)了基于外差激光干涉測(cè)量原理的微位移測(cè)量系統(tǒng),結(jié)合壓電電壓放大電路及MFC軟件構(gòu)建了壓電陶瓷疊堆及納米位移臺(tái)的微位移測(cè)控系統(tǒng),提出了一種多項(xiàng)式擬合及插值擬合相結(jié)合的壓電陶瓷非線性修正方法,進(jìn)行了納米位移臺(tái)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。為了驗(yàn)證本論文設(shè)計(jì)的納米位移臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)、壓電電壓放大電路、上位機(jī)軟件以及提出的壓電陶瓷非線性修正方法,對(duì)各個(gè)部分以及納米位移臺(tái)整體性能進(jìn)行了仿真或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證,分別進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):(1)光滑支撐塊以及磁性座機(jī)械設(shè)計(jì)的仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果表明,采用石英窗口鏡作為光滑支撐塊時(shí)納米位移臺(tái)的穩(wěn)定性比采用石英平凸透鏡時(shí)好,磁性座的設(shè)計(jì)能使磁鐵的磁力增強(qiáng)。(2)壓電電壓放大電路噪聲和階躍響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該電路的最大噪聲為66 mV,該噪聲引起的位移波動(dòng)為0.7 nm,該電路的最大電壓階躍響應(yīng)時(shí)間為40μs,能夠滿足納米位移臺(tái)的頻率要求。(3)上位機(jī)軟件性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所編寫的程序能夠輸出納米位移臺(tái)步進(jìn)所需的電壓信號(hào)。(4)壓電陶瓷疊堆不良特性檢測(cè)及非線性修正實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該非線性修正方法能夠使非線性誤差降低89%。(5)納米位移臺(tái)測(cè)量裝置的測(cè)量穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該裝置X方向的測(cè)量穩(wěn)定性為±10 nm,Y方向的測(cè)量穩(wěn)定性為±25 nm。(6)納米位移臺(tái)性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,納米位移臺(tái)單次步進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生100 nm左右的損耗,該損耗與所受摩擦力的大小有關(guān);X方向單次步進(jìn)1000 nm時(shí)Y方向的耦合位移為20 nm,Y方向單次步進(jìn)1000 nm時(shí)X方向的耦合位移為50 nm;X、Y方向多次步進(jìn)具有良好的重復(fù)性,均能達(dá)到毫米級(jí)定位行程。
【學(xué)位單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH703
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 精密定位技術(shù)
    1.2 精密定位技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 微行程精密定位技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 大行程精密定位技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)
第二章 XY向納米位移臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 XY向納米位移臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
        2.1.1 潘式壓電馬達(dá)步進(jìn)原理
        2.1.2 XY向納米位移臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
    2.2 壓電陶瓷
        2.2.1 壓電效應(yīng)
        2.2.2 疊堆型壓電陶瓷
    2.3 粘貼板的設(shè)計(jì)
    2.4 光滑支撐塊的設(shè)計(jì)
    2.5 磁性座的設(shè)計(jì)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 壓電電壓放大電路設(shè)計(jì)及上位機(jī)軟件編程
    3.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)方法
        3.1.1 電壓驅(qū)動(dòng)方法
        3.1.2 電流驅(qū)動(dòng)方法
    3.2 壓電電壓放大電路設(shè)計(jì)
        3.2.1 集成運(yùn)算放大器的選用
        3.2.2 相位補(bǔ)償
        3.2.3 輸入輸出保護(hù)電路
    3.3 壓電電壓放大電路測(cè)試
        3.3.1 壓電電壓放大電路的噪聲測(cè)試
        3.3.2 壓電電壓放大電路的階躍響應(yīng)測(cè)試
    3.4 上位機(jī)軟件編程
        3.4.1 安捷倫N1231B激光干涉儀信號(hào)處理卡
        3.4.2 凌華PCI 6216V模擬輸出卡
        3.4.3 位移臺(tái)步進(jìn)軟件設(shè)計(jì)
        3.4.4 位移臺(tái)步進(jìn)軟件測(cè)試
    3.5 本章小結(jié)
第四章 壓電陶瓷疊堆特性檢測(cè)及非線性修正
    4.1 激光外差干涉測(cè)量法
    4.2 剪切壓電陶瓷疊堆微位移測(cè)量系統(tǒng)
    4.3 剪切壓電陶瓷疊堆特性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
        4.3.1 遲滯非線性特性檢測(cè)
        4.3.2 蠕變特性檢測(cè)
    4.4 剪切壓電陶瓷塊遲滯非線性修正
    4.5 本章小結(jié)
第五章 納米位移臺(tái)構(gòu)建及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 納米位移臺(tái)的構(gòu)建
    5.2 納米位移臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)
    5.3 納米位移臺(tái)單次步進(jìn)實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 X方向單次步進(jìn)實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 Y方向單次步進(jìn)實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 納米位移臺(tái)耦合誤差實(shí)驗(yàn)
    5.4 納米位移臺(tái) 1 mm步進(jìn)實(shí)驗(yàn)
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 論文展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2880482