尺蠖式壓電步進(jìn)進(jìn)針機(jī)構(gòu)的研究.pdf

1、掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope，STM)是納米測量研究中最有力的工具之一。粗進(jìn)針機(jī)構(gòu)作為其核心組成部分之一，在很大程度上決定了STM的結(jié)構(gòu)和性能。在商用STM中，普遍采用直線步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行粗進(jìn)針，然而由于存在螺紋空程、傳動(dòng)摩擦、間隙和發(fā)熱等問題，直線步進(jìn)電機(jī)的定位精度只維持在微米量級，并且其溫度漂移導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)微小變化也會(huì)影響STM成像質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致撞針的情況發(fā)生。
　　 本論文研究并制

2、作了一款適用于STM的尺蠖式壓電步進(jìn)進(jìn)針機(jī)構(gòu)，將柔性鉸鏈與壓電陶瓷結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單步的步距誤差小于6nm，理論運(yùn)動(dòng)范圍大于50mm的位移運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的進(jìn)針機(jī)構(gòu)具有穩(wěn)定的位移特性、足夠的剛度和工作可靠性，并且具有斷電箝位鎖緊功能，不僅可以水平應(yīng)用，而且可以垂直應(yīng)用，很好地滿足了STM儀器對粗進(jìn)針機(jī)構(gòu)的要求。
　　 本課題完成的主要工作包括：
　　 1.研究和分析了多種STM粗進(jìn)針機(jī)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)、加工裝配、工作穩(wěn)定性

3、等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了尺蠖式壓電步進(jìn)的設(shè)計(jì)方案。
　　 2.設(shè)計(jì)了尺蠖式的壓電步進(jìn)進(jìn)針機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)。完成了箝位和中間八連桿柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　 3.針對尺蠖式壓電步進(jìn)進(jìn)針機(jī)構(gòu)，研究了運(yùn)動(dòng)控制算法，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制電路，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)針機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
　　 4.對進(jìn)針機(jī)構(gòu)進(jìn)行了水平方向和垂直方向的性能測試，包括進(jìn)針機(jī)構(gòu)的單步步距、八連桿的線性和重復(fù)性以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度等