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精密微位移工作台及其在垂直扫描白光干涉仪中的应用研究

周晓林  
【摘要】:随着时代的发展,在精密机械制造、精密测量仪器和精密位移驱动中对精度要求变得越来越高。由于精密定位技术决定这些精密制造工业的精度,因此,只有在精密定位技术得到了发展,各精密领域才能发展,特别在高新科技术研究领域,精密定位技术显得更加重要。精密定位技术之所以能够在各种科学技术占用重要的地位,是因为其含有微位移工作台,能够提供具有纳米级分辨率的微米级步进位移。本文根据实际的需求,研究并制作了微位移工作台,并在白干涉仪中使用微位移工作台,分析和比较了微位移工作台的影响因素。本文的主要研究内容和工作如下: (1)阐述了在当今世界主要国家微位移工作台的研究及其发展状况,以及我国在精密定位技术这个方面所取得一些重要的成果和研制微位移工作台的情况。 (2)分析了微位移工作台的两个重要组成部件压电陶瓷和柔性铰链的相关性质。分析了压电陶瓷本身固有的非线性及其成因,并通过实验验证了压电陶瓷的非线性。柔性铰链尺寸参数与其性能密切相关,比较各个参数对其性能影响程度,同时运用Ansys分析软件对柔性铰链的性能进行分析,运用非线性遗传算法对柔性铰链的各个参数进行了优化,使得固有频率达到最大。 (3)压电陶瓷驱动电源是微位移工作台的动力之源,它的稳定性对微位移工作台的位移精度影响很大,因此,设计一个性能良好的压电陶瓷驱动电源对于整个微位移工作台是一个关键的部分。本文根据压电陶瓷驱动器对压电陶瓷驱动电源的要求以及对压电陶瓷位移的影响因素,设计一个纹波较小压电陶瓷电源。 (4)将设计的微位移工作台应用于白光干涉仪——表面形貌测量系统,分析了微位移工作台对白光干涉仪测量系统的影响。在白光干涉仪测量系统中,对同一标准件采用重复性测量、分析,表明:微位移工作台的纹波信号対仪器的精度产生影响,纹波信号越小,测量误差越小,精度越高。


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