Análisis dinámico de un posicionador nanométrico de estructura flexible mediante pruebas impulsivas y simulación

Abstract

Los sistemas de posicionamiento de ultraprecisión son utilizados en aplicaciones que demandan errores del orden de los nanómetros, tales como: microscopía, metrología, fabricación de MEMS, entre otras. Estos sistemas deben ser diseñados para cumplir con especificaciones dinámicas, de tal manera de obtener tanto un recorrido útil como frecuencias de resonancia en valores adecuados. Por lo tanto, en este trabajo se presenta un posicionador nanométrico de estructura flexible accionado por un piezoeléctrico. Específicamente, se presenta la identificación de dicha dinámica mediante pruebas de excitación impulsiva sobre el sistema frente a tres valores diferente de carga. Complementariamente, se presenta mediante simulaciones numéricas el análisis dinámico del sistema flexible para dichos casos. Los resultados obtenidos de manera experimental muestran correspondencia satisfactoria con los resultados obtenidos mediante simulación por elementos finitos, para cada configuración de carga presentada.

Ultraprecision positioning systems are used in applications that require nanometric resolutions, such as: microscopy, metrology, MEMS manufacturing, among others. These systems must be designed to achieve dynamic specifications like suitable stroke and natural frequencies. Therefore, this paper presents a nanopositioning system with a flexure structure actuated by a piezoelectric stack. Specifically, the system dynamics for three different payloads is identified by experimental impulsive response. Complementary, the same system configurations are studied by finite elements simulations. The experimental and simulation results are in a satisfactory agreement for each case.