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穆勒矩阵椭偏仪变角机构设计与实现

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1 绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究目的及意义

1.3国内外椭偏仪研究现状

1.4论文主要研究内容

2 穆勒矩阵椭偏仪变角机构结构设计

2.1椭偏仪测量原理

2.2现有产品概述

2.3变角机构设计方案

2.4电机选择

2.5本章小结

3 变角机构运动仿真分析

3.1引言

3.2仿真模型创建

3.3变角机构运动学仿真[29-34]

3.4变角机构动态仿真

3.5本章小结

4 变角机构有限元分析

4.1概述

4.2结构静力学分析

4.3结果分析

4.4模态分析

4.5本章小结

5 变角机构装配与测试

5.1整体装配与调试

5.2角度性能测试

5.3误差分析

5.4误差补偿措施

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

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摘要

穆勒矩阵椭偏仪是一种先进的光学测量仪器,与常规测量仪器相比,具有非接触、非破坏、快速和信息量丰富等优良特性。穆勒矩阵椭偏仪通过多入射角、多方位角等测量条件优化配置,可以实现纳米结构更高精度测量。变角机构是穆勒矩阵椭偏仪实现多角度测量的关键,是椭偏仪的重要组成部分。变角机构的性能直接影响着整个仪器的测试准确度和测试精度。本论文着重研究穆勒矩阵椭偏仪变角机构的机械设计与实现,论文研究工作主要包括以下几个方面:
  通过对比分析现有椭偏仪产品结构设计,并对不同类型变角机构的运动方式和优缺点进行分析比较。根据实际需求制定变角机构的整体设计方案。在此基础上,通过变角机构载荷核算,求出整个装置所需输入转矩,完成电机选型。
  基于变角机构设计方案,完成零部件的参数设计和三维实体造型;借助于Pro/E Wildfire软件平台对零部件进行虚拟装配,检测元件间的干涉情况。通过Pro/E的仿真模块,查看机构的整体运动轨迹,并对角度、角加速度以及受力的仿真结果进行分析,对设计方案进行仿真验证。
  利用ANSYS Workbench软件平台对变角机构的部分关键零部件进行结构静力分析,查看其变形情况,从而在设计阶段避免其薄弱环节。同时,通过自由模态分析,研究变角机构的振动特性。
  对工程实现的变角机构进行整体装配和调试,测量双臂实际旋转角度,通过重复性测量实验验证所设计的变角机构角度运动性能指标。在此基础上全面分析了变角机构的误差来源,并提出了相应地改善措施。

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