柔性电子曲面共形变形机理与相似度判别准则

摘要

柔性电子具有大面积、轻质、非平面、易变形等特点，相比于基于平面基板的电子器件，在诸如大面积、大变形、复杂曲面的结构上转印集成具备较大的优势。但也存在与目标曲面转印困难、难以自由灵活地实现共形变形等工艺难题。本文以柔性电子等之类的基于大面积、轻质、非平面、易变形等特点的柔性膜为对象，围绕其曲面共形转印工艺、共形变形机理、变形后相似度判别准则以及实验等方面展开研究。具体内容如下： 首先，设计了三种曲面共形转印工艺方案。选择基于点插值的主被动结合的转印方案，对其中转印机械手进行详细的结构设计，对吸嘴处真空度进行了仿真计算。 其次，建立了使柔性膜整体变形程度最小的目标曲面全局姿态变换矩阵；建立了基于弹性势能极小值的柔性膜点插值的曲面变形模型；利用遗传算法对此模型进行优化求解。 然后，建立了基于几何特征统计的空间结构圆形描述符的三维曲面相似度判别准则。通过空间结构圆形描述符得到三维点云的二维投影分布，分区建立特征量统计矩阵以及相似度判别模型。利用Kuhn-Munkres算法匹配各个区域，以此建立了整个三维曲面的相似度判别准则。 最后，搭建与实现了曲面转印制备工艺平台与转印机械手，对相关参数进行测定。依据实验平台开展柔性膜共形变形的相关实验，扫描了9点插值下的柔性膜变形曲面的三维点云，判别其与目标曲面以及力学建模仿真曲面之间的相似程度，由此验证了基于点插值的主动共形变形工艺以及基于弹性势能极小值的曲面变形模型。 本文研究的柔性膜曲面共形转印工艺以及基于势能极小值的柔性膜点插值共形变形机理模型，已在柔性曲面电子共形制备平台得以实现与验证，同时也为相关柔性对象的拾取、转移、变形与贴放等操作提供了一定的参考与借鉴意义。

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