纳米压印光刻机精密定位工作台设计与研究

摘要

纳米压印光刻技术作为新一代芯片制造技术之一，因其具有加工成本低廉，生产加工效率高等优点而受到了广泛的关注。而在相关领域的研究中，对于用于光刻机的精密定位工作台所涉及定位技术的研究具有重要的意义。精密定位工作台作为纳米压印光刻机的核心部分，其定位精度直接影响光刻机的压印图形质量。 本文深入系统地研究了一种用于纳米压印光刻机的精密定位工作台的构型设计、运动学分析、静力学分析、误差分析与建模等关键技术，具体内容如下: 1.以传统3-PPRR并联机构为基础，将机构中的传统运动副用相应的柔性铰链代替，设计了一台精密定位工作台，并建立了该机构的SolidWorks三维模型。该定位工作台以压电陶瓷驱动器作为驱动装置，从而实现机构末端位姿的主动调整。 2.建立了机构的伪刚体模型并通过其运动约束方程，得出了机构的位置逆解表达式，进而得到机构的位置正解表达式。得到了机构速度及加速度的正反解。通过RecurDyn对机构进行运动仿真从而对所规划的运动轨迹进行验证。最后利用Matlab软件对机构的工作空间进行了仿真。 3.对各类柔性铰链刚度进行分析与建模后，建立了柔性并联机构的静刚度理论模型，利用所建立的三维模型对本定位机构进行了有限元分析与仿真，最终验证该机构的静力学特性满足本课题的要求。 4.最后，对影响精密定位工作台的多项误差源进行了综合分析与研究。建立了精密定位机构的误差模型，并提出了两种误差补偿办法。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 纳米压印光刻技术研究概况

1．3 定位工作台研究概况

1．4 本文研究的主要内容

第2章 精密定位工作台构型设计

2．1 引言

2．2 纳米压印光刻技术工作原理

2．3 柔性铰链研究

2．3．1 柔性铰链的应用领域

2．3．2 柔性铰链的材料

2．3．2 柔性铰链的加工方法

2．4 柔性铰链的几何模型

2．4．1 柔性铰链转动副

2．4．2 柔性铰链移动副

2．4．3 柔性球铰

2．5 3-PPRR机构设计与建模

2．5．1 机构特性

2．5．2 微动机构设计原则

2．5．3 3-PPRR柔性并联定位机构设计

2．6 本章小结

第3章 精密定位工作台运动学分析与仿真

3．1 引言

3．2 “伪刚体模型”概念

3．3 3-PPRR并联机构运动学分析

3．3．1 建立伪刚体模型及分析

3．3．2 机构自由度计算

3．3．3 运动学逆解求解

3．3．4 运动学正解求解

3．3．5 速度分析

3．3．6 加速度分析

3．4 精密定位工作台运动学仿真

3．4．1 RecurDyn软件简介

3．4．2 基于RecurDyn进行刚柔混合系统仿真

3．5 机构工作空间的求解

3．6 本章小结

第4章 精密定位工作台静刚度分析

4．1 引言

4．2 典型柔性铰链的刚度分析

4．2．1 柔性转动副的刚度分析

4．2．2 柔性移动副刚度分析

4．3 精密定位工作台静刚度理论分析模型

4．4 有限元法基本思路

4．5 基于ANSYS Workbench的静刚度有限元分析

4．5．1 ANSYS有限元软件介绍

4．5．2 柔性铰链的有限元分析

4．5．3 3-PPRR定位机构静刚度分析

4．6 本章小结

第5章 精密定位工作台精度分析

5．1 引言

5．2 柔性并联机构的误差源分析

5．2．1 柔性铰链的误差源分析

5．2．2 机构组合装配误差

5．2．3 数学建模误差

5．3 3-PPRR精密定位工作台的误差分析

5．4 柔性并联机构的误差补偿

5．4．1 机构参数识别

5．4．2 工作空间误差补偿法

5．4．3 关节空间误差补偿法

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果