基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的白光干涉儀用柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、柔性鉸鏈具有體積小、無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高、導(dǎo)向精度高等諸多特點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于精密機(jī)械、精密測(cè)量、精密天平、微納米技術(shù)等領(lǐng)域,并獲得了前所未有的高精度和穩(wěn)定性。垂直掃描白光干涉儀是基于光的干涉原理而研制,由于具有高精度、高速度、高穩(wěn)定性、非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地用于納米測(cè)量、表面粗糙度測(cè)量、超精密表面輪廓測(cè)量、光學(xué)系統(tǒng)評(píng)價(jià)等光學(xué)檢驗(yàn)的領(lǐng)域中,其系統(tǒng)中的微位移定位機(jī)構(gòu)的柔性鉸鏈的性能對(duì)干涉儀的測(cè)量精度具有重要的影響。

2、　　本文基于研制的用于金剛石砂輪表面形貌測(cè)量的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的垂直掃描白光干涉三維形貌測(cè)量?jī)x,設(shè)計(jì)了該儀器系統(tǒng)中微位移工作臺(tái)的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu),并以其為研究對(duì)象進(jìn)行了建模、靜力學(xué)性能與動(dòng)力學(xué)特性分析、實(shí)驗(yàn)研究等方面的研究工作。主要內(nèi)容包括:
　　首先,根據(jù)力學(xué)和微積分方程推導(dǎo)了三種常用柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的一般計(jì)算公式,并給出了這三種常用柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。通過(guò)公式定量地分析了鉸鏈參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的影響,并進(jìn)行靜力學(xué)分析。
　　其次,深入

3、研究了柔性鉸鏈的動(dòng)力學(xué)特性。建立了柔性鉸鏈的動(dòng)力學(xué)模型,研究了機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響;分析了柔性鉸鏈的固有頻率和敏感度;分析了柔性鉸鏈的應(yīng)力及應(yīng)變,給出了柔性鉸鏈最大動(dòng)應(yīng)力及其發(fā)生的位置。
　　再次,通過(guò)對(duì)柔性鉸鏈的變形進(jìn)行了仿真與分析,研究了柔性鉸鏈剛度及動(dòng)力學(xué)特性之間的內(nèi)在關(guān)系。
　　最后,根據(jù)垂直掃描白光干涉儀的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù),設(shè)計(jì)了柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)。用Pro/Engineer對(duì)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行了建模,給出了有限元