超精密位置感测与控制技术简介.ppt

1、,超精密位置感測與控制技術簡介,華梵大學機電工程學系,基礎課程名稱：微製造工程導論,微/奈米光機電高科技學程,超精密定義,Source：精密工學會誌，2001.2. Vol.67,華梵大學機電工程學系,精密、超精密的定義 根據日本超精密定位專門委員會四年一度的問卷調查，現階段精密、超精密定位精度的分界線，似乎是在0.1(0.1微米)附近。另外，根據該委員會針對韓國、美國、歐洲各國的會議報告彙整後判斷，目前在超精密定位技術上，日本是居於領先地位。,超精密定位技術的應用,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,精密定位的構成要

2、素,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,超精密感測器的分類,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,超精密定位與控制之應用範例,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,壓電效應的發現,華梵大學機電工程學系,壓電性 施應力於結晶 - 電氣分極 施電場於結晶 - 應變(逆壓電效應) 1880年居里兄弟 初期用途 測定Radium所放出的電荷(居里兄弟) 水深的量測(電波無法貫穿水面

3、) 利用水晶之信號變換器 超音波裝置 音波濾波器,壓電元件於機械致動器之應用,華梵大學機電工程學系,壓電元件的特點 固體、體積小 能量轉換效率高 反應速度快 微小位移的可控制性 出力大,近期的應用領域 半導體製造裝置 信息產業相關裝置 掃描是穿隧電流顯微鏡(STM) 超音波馬達 彈性表面波裝置(SAW) 霧化器 感測器 ,位移放大機構 - 1,華梵大學機電工程學系,1段式放大機構(槓桿原理),2段式放大機構,Source：Zhenqi et al. “A Linear Piezoelectric Integrated by a Monolithic Flexural Frame”, Journ

4、al of Mechanical Design, Sep. 1997, Vol.119, pp 414-417,位移放大機構 - 2,華梵大學機電工程學系,差動型2段式放大機構,NEC點陣式印表機印字頭,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,位移放大機構 - 3,華梵大學機電工程學系,Inchworm 移動機構(Burleigh Instru. 1975專利),Source：國科會精密儀器發展中心， 超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,方向改變機構,Source：Zhenqi et al. “A Linear Piezoele

5、ctric Integrated by a Monolithic Flexural Frame”, Journal of Mechanical Design, Sep. 1997, Vol.119, pp 414-417,華梵大學機電工程學系,超精密 移動檯,Source：Chang S. H. Tseng, C. K. and Chien H. C., 1999, “An Ultra-precision XY Piezo-micropositioner Part I: Design and Analysis”, IEEE Trans, Ultrasonic, Ferroelectrics,

6、and Frequency Control, 46, (4), pp. 897-905,華梵大學機電工程學系,粗微動複合式超精密 移動檯,華梵大學機電工程學系,Source：S. Moriyama, et al., “Precision X-Y Stage with a Piezo-driven Fine-table”, JSPE, Vol. 50, No. 4, pp. 718-723, Apr. 1985 in Japanese,具自走功能之加工機的工具檯,華梵大學機電工程學系,工具檯之要求條件 高分解能 高剛性 大行程 大出力 體積小 構造簡單,利用壓電衝擊力之移動機構,華梵大學機電工程

7、學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,利用電磁衝擊力之驅動機構,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,衝擊力驅動機構,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,影響移動特性的因素,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田 博士2002.3.14,衝擊力驅動機構的特點與應用,特點 構造簡單 分解能達數nm程度 理論上行程無限 移動檯靜止時受靜摩擦固定，無須持續通電 斜面上或垂直面上均可使用 應用 微動檯(含真空用) 超小型放電加工機 超精密加工機真空夾頭上微細零件的定位 細胞穿刺機構 掃描式穿隧電流顯微鏡 CCD基座定位 ,華梵大學機電工程學系,衝擊力驅動機構的應用例,華梵大學機電工程學系,Source：國科會精密儀器發展中心，超精密工程技術研習 劉永田