精密仪器课程设计报告

设计报告

设计名称：精密仪器课程设计

学生姓名：陈静学号：1001170101地点：机械楼420

时间：年月日～年月日提交报告日期：年月日

成绩与评语：

指导教师签名：

南京理工大学机械工程学院

课程设计报告摘要

摘要：本设计采用柔性铰链精密工作台、电致伸缩微位移器驱动、电容式位移传感器测量、微机控制方案，对精密微动工作台的静、动态特性进行测试。本设计报告中阐述了微位移技术的应用及国内外发展状况和该系统设计的原理及其测试方法，并给出了实验结果。

关键词：柔性铰链电致伸缩微位移器电容位移传感器微机控制特性测试

Abstract:This design adopts the flexible hinge precision worktable, the electric circuit displacement device driver, capacitive displacement transducer to measure and the microcomputer control system. It also tests static and dynamic characteristics of the precision micro bench. This design report expounds the micro displacement technology application and development situation at home and abroad, principle of the system design and the test method. It also give the experimental results .

Key words: the flexible hinge the electric circuit displacement device capacitive displacement transducer microcomputer control

test characteristics

目录

1 引言 (3)

1.1 课程设计背景 (1)

1.2 微位移技术的应用及国内外发展现状 (1)

1.2.1 微位移技术的应用 (1)

1.2.2 微位移技术在国内外发展现

状····························错误！未定义书签。

2 精密微动工作台总体设计方案 (3)

2.1 导轨形式——以柔性铰链为基本单元的弹性导轨 (4)

2.1.1 柔性铰链的特性 (4)

2.1.2 双柔性平行四连杆机构 (4)

2.1.3 微动工作台设计计算公式 (5)

2.2 驱动方式——电致伸缩

式·····································错误！未定义书签。

2.2.1 电致伸缩效应 (6)

2.2.2 电致伸缩材料 (6)

2.2.3 电致伸缩器件 (6)

2.2.4 电致伸缩陶瓷驱动器设计方案 (7)

2.3 测量方案——电容式传感器 (8)

2.3.1 变极距型平板电容式传感器 (8)

2.3.2 差动脉宽调制电路 (9)

2.3.3 滤波放大电路 (11)

2.4 控制方法——微机控制······································错误！未定义书签。

3 精密微动工作台误差分析··········································错误！未定义书签。

3.1 弹性微动工作台设计误差分析································错

误！未定义书签。

3.2 微动工作台几何误差········································错误！未定义书签。

4 精密微动工作台特性分析··········································错误！未定义书签。

4.1 静态特性分析··············································错

误！未定义书签。

4.2 动态特性分析··············································错

误！未定义书签。

4.2.1 幅频特性，静动态刚度 (13)

4.2.2 阶跃响应 (15)

参考文献 (16)

1 引言

1.1 课程设计背景

作为精密机械与精密仪器的关键技术之一的微位移技术(Micro displacement technology），近年来随着微电子技术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速的发展起来。例如用金刚石车刀直接车削大型天文望远镜的抛物面反射镜时，要求加工出几何精度高于l/l0光波波长的表面，即几何形状误差小于0.5u m。计算机外围设备中大容量磁鼓和磁盘的制造，为保证磁头与磁盘在工作过程中维持1um内的浮动气隙，就必须严格控制磁盘或磁鼓在高速回转下的跳动。特别是到20世纪70年代后期，微电子技术向大规模集成电路和超大规模集成电路方向发展，随着集成度的提高，线条越来越微细化。256K动态RAM线宽已缩小到1.25um左右，目前己小于0.1um，对与之相应的工艺设备（如图形发生器、分步重复照相机、光刻机、电子束和X射线曝光机及其检测设备等）提出了更高的要求，要求这些设备的定位精度为线宽的1/3—1/5，即亚微米甚至纳米级的精度。

1.2 微位移技术的应用及国内外发展现状

1.2.1 微位移技术的应用

微位移系统在精密仪器中主要用于提高整机的精度，因此随着科学技术的发展，精密仪器的精度越来越高，微位移技术的应用也越来越广泛。根据目前的应用范围，大致可分为以下4个方面：

1）精度补偿

精密工作台是高精度精密仪器的核心，它的精度优劣直接影响整机的精度。当今精密仪器中的精密工作台正向高速度、高精度的方向发展。目前，精密工作台的运动速度一般在20—50mm/s，最高的可达100mm/s以上，而精度则要求达 以下。由于高速度带来的惯性很大，因此一般运动精度比较低。为了到0.1m

解决高速度和高精度的矛盾，通常采用粗、精相结合的两个工作台来实现，如图1(a)所示。粗工作台完成高速度、大行程；而高精度由微动工作台来实现，通过微动工作台对粗动工作台运动中带来的误差进行精度补偿，以达到预定的精度。

2）微进给