纳米级精度定位系统与环境耦合的微扰动控制与机理分析

本项目研究基于多轴原子力显微镜(Multi-axis AFM)的纳米级精度复杂曲面加工的多尺度机电系统及相应的可控环境系统。建立多轴AFM探针沿曲线轨迹连续扫描实现试件材料纳米级去除过程的界面效应力-温度场耦合数学模型，建立加工过程中工艺参数与纳米级曲面精度之间的映射关系；建立多尺度机电系统的系统级跨尺度动力学模型，并提出基于该模型的纳尺度运动规划算法与多尺度控制算法；建立纳米级精度复杂曲面加工过程与环境耦合的动态模型，并分析加工过程中产生的微扰动在多尺度机电系统中的传播规律，并据此建立面向纳米级精度复杂曲面加工的可控环境系统。本项目的研究对于实现高效率的纳米级精度复杂曲面加工具有重要的理论与应用价值。

基于原子力显微镜的微纳加工技术在MEMS系统及微细表面加工方面有着重要的应用。本课题应用于AFM加工过程的机理研究及基于AFM的纳米加工设备的研究工作。建立了在加工中的跨尺度模型，实现了过程的可控性。通过有限元分析仿真及理论计算，完成了对Z向及X-Y宏微运动平台的设计工作，为初步搭建可实现复杂微细结构加工的实验平台提供了基础。