本文關(guān)鍵詞：精密六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光刻技術(shù)是半導(dǎo)體制造工業(yè)的核心技術(shù),主流的光刻機(jī)以及正在研制的下一代光刻機(jī)都采用了雙工件臺(tái)技術(shù)和宏微結(jié)合定位技術(shù)。其中,微動(dòng)部分的功能由六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)包括起承載作用的Chuck臺(tái)、六自由度微動(dòng)電機(jī)以及起連接作用的柔性鉸鏈陣列。微動(dòng)臺(tái)的定位精度達(dá)到納米級(jí),超高的運(yùn)動(dòng)精度對(duì)微動(dòng)臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能提出了更高的要求。微動(dòng)臺(tái)中柔性連接結(jié)構(gòu)增加了微動(dòng)臺(tái)的柔度,降低了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。本課題以六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)臺(tái)為研究對(duì)象,考慮微動(dòng)臺(tái)中柔性鉸鏈陣列對(duì)微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響,通過(guò)對(duì)柔性鉸鏈的尺寸參數(shù)和分布方式進(jìn)行優(yōu)化來(lái)提高微動(dòng)臺(tái)的整體動(dòng)態(tài)性能。此外,柔性鉸鏈與Chuck臺(tái)之間通過(guò)膠接形式連接在一起,Chuck臺(tái)應(yīng)盡量避免承受集中應(yīng)力,因此需要考慮膠接連接對(duì)Chuck臺(tái)的應(yīng)力作用。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:1.利用圓錐曲線將切口型柔性鉸鏈切口形狀參數(shù)化。通過(guò)卡氏第二定理建立圓錐曲線切口型柔性鉸鏈的六自由度柔度矩陣解析模型,分析柔性鉸鏈切口形狀參數(shù)對(duì)柔性鉸鏈性能指標(biāo),如各向柔度、相對(duì)柔度、軸漂的影響。利用有限元分析軟件Ansys對(duì)柔性鉸鏈三個(gè)平動(dòng)方向柔度進(jìn)行仿真,理論值相對(duì)于仿真值的誤差分別為1.87%、4.46%和5.39%。2.建立Chuck臺(tái)-柔性鉸鏈陣列-微動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的多剛體模型,推導(dǎo)系統(tǒng)的六自由度動(dòng)力學(xué)模型。以微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)第一階固有頻率最大為優(yōu)化目標(biāo),柔性鉸鏈陣列分布參數(shù)和形狀參數(shù)為優(yōu)化參數(shù),優(yōu)化得到的系統(tǒng)第一階模態(tài)固有頻率為312.83Hz,對(duì)應(yīng)振型為繞x軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)化結(jié)果與Ansys有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較,誤差為4.17%,兩者第一階模態(tài)振型一致。3.通過(guò)有限元分析模型對(duì)膠接接頭進(jìn)行性能分析。觀察二維分析模型中膠接面上的應(yīng)力集中情況。在三維模型中提取了膠層界面的應(yīng)力情況,考慮了三維效應(yīng)對(duì)膠層界面應(yīng)力的影響。對(duì)不同膠層厚度、膠層長(zhǎng)度的膠接模型進(jìn)行有限元分析,研究膠層厚度、膠層長(zhǎng)度對(duì)膠層中應(yīng)力分布的影響。4.搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過(guò)錘擊法對(duì)微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)以及圓錐曲線切口型柔性鉸鏈進(jìn)行模態(tài)分析。對(duì)力錘的沖擊信號(hào)和加速度傳感器測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析,得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分配,得到若干頻率響應(yīng)函數(shù),進(jìn)行模態(tài)擬合。通過(guò)將實(shí)驗(yàn)撿得的頻率值與理論模型的理論值以及仿真值進(jìn)行比較,微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的理論值與仿真值相對(duì)于實(shí)驗(yàn)值誤差分別為7.87%和3.30%,柔性鉸鏈的理論值與仿真值相對(duì)于實(shí)驗(yàn)值誤差分別為4.59%和2.44%。綜上,本文提出了一種圓錐曲線切口型柔性鉸鏈,推導(dǎo)了柔性鉸鏈的六自由度柔度模型,建立了Chuck臺(tái)-柔性鉸鏈陣列-微動(dòng)電機(jī)的多剛體動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)優(yōu)化算法對(duì)系統(tǒng)的第一階固有頻率進(jìn)行最大值優(yōu)化,研究了Chuck臺(tái)與柔性鉸鏈之間膠接連接對(duì)Chuck臺(tái)的應(yīng)力影響。
【關(guān)鍵詞】：六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 柔性鉸鏈 動(dòng)力學(xué)模型 頻率優(yōu)化 膠接
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN305.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究的背景與意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-18
• 1.2.1 柔性鉸鏈國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 柔順機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 圓錐曲線切口型柔性鉸鏈建模20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 圓錐曲線20-22
• 2.3 圓錐曲線切口型柔性鉸鏈力學(xué)模型22-24
• 2.4 柔性鉸鏈各項(xiàng)性能24-29
• 2.4.1 各向柔度24-26
• 2.4.2 相對(duì)柔度26-27
• 2.4.3 軸漂27-29
• 2.5 有限元分析驗(yàn)證29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-32
• 第3章 微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 柔性鉸鏈排布方式32-34
• 3.3 微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型34-40
• 3.4 動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化40-47
• 3.4.1 優(yōu)化問題的定義40-43
• 3.4.2 優(yōu)化問題的求解43-44
• 3.4.3 優(yōu)化結(jié)果分析44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 膠接連接性能分析48-56
• 4.1 引言48
• 4.2 膠接基礎(chǔ)理論48-50
• 4.2.1 膠接接頭形式48-49
• 4.2.2 膠接接頭的受力形式49-50
• 4.3 膠層應(yīng)力分布分析50-54
• 4.3.1 二維單搭接模型50-52
• 4.3.2 三維單搭接模型52-54
• 4.4 膠層幾何參數(shù)對(duì)膠接效果影響54-55
• 4.4.1 膠層長(zhǎng)度對(duì)搭接性能影響54-55
• 4.4.2 搭接厚度對(duì)搭接應(yīng)力影響55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 模態(tài)實(shí)驗(yàn)與分析56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 模態(tài)分析方法介紹56-58
• 5.3 微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)模態(tài)分析58-63
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建58-60
• 5.3.2 測(cè)點(diǎn)布置60-61
• 5.3.3 頻響函數(shù)分析61-63
• 5.4 圓錐曲線切口型柔性鉸鏈固有頻率驗(yàn)證63-65
• 5.4.1 固有頻率實(shí)驗(yàn)測(cè)定63-64
• 5.4.2 結(jié)果對(duì)比與分析64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果72-74
• 致謝74

  本文關(guān)鍵詞：精密六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：459833