指 導 老 師：朱志良 博士 學 生：周家源 學 號：4A114004

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1 指 導 老 師：朱志良 博士 學 生：周家源 學 號：4A114004
行走式奈米長行程定位平台之研究 指 導 老 師：朱志良 博士 學 生：周家源 學 號：4A114004

2 摘要 行走式奈米長行程定位平台，利用壓電陶瓷片來驅動定位平台。
壓電陶瓷片具有消除伺服馬達驅動導螺桿所導致的背隙以及摩擦的問題，且體積小、反應快、機電轉換效率高、生熱小等優點來驅動平台。 非共振超音波馬達（NRUSM），具有壓電陶瓷片的特性，其速度最大可達到 85 mm/s、最大平均加速度可達到 375 mm/s2、定位精準度可達到 0.69nm。

3 前言 目傳統長行程定位平台大多採用伺服馬達驅動導螺桿、或以線性馬達配上導軌來作動，但因為有螺桿間隙以及摩擦等問題，無法真正的達到奈米等級的定位的要求，之後才發現利用壓電陶瓷的特性來驅動奈米長行程定位平台。 精密定位平台將可應用於各式系統中，如工具機、精密加工機、光纖與波導器自動對準系統、三次元量測儀、掃瞄式穿隧電流顯微鏡、掃瞄式探針顯微鏡、及原子力顯微鏡等。

4 設計原理 非共振超音波馬達驅動原理， 就是將多個壓電陶瓷片加以堆疊呈一單點接觸，使的最後的摩擦接觸點可以依所堆疊的壓電陶瓷片總合的位移量進行移動。 ceramic plate 陶瓷板 electrode電極 單一摩擦接觸點共使用8個壓電陶瓷片，主要分為上下兩部分，分別為上方的切線（Shear）方向移動，及下方的上下伸縮（Expend）移動。最後摩擦接觸點的位移量，為最前面壓電陶瓷片的總合。 NRUSM單腳結構

5 單腳相位差 通以交流電時因兩組不同排列方式的壓電材料，產生了左右及上下兩種形變。 單腳相位差90度

6 雙腳相位差 微觀看它在伸長與縮短之間，兩組壓電材料位置會相差90度(慢90度)，若是將兩隻腳組合一起看的話，一來一往間就會相差180度產生類似走路的動作。 雙腳組合後相位差180度

7 動作變化流程圖 步驟4與步驟8為主要進行摩擦推動的2個步驟，並當其一個摩擦接觸點推動時，另一組縮短使其摩擦接觸點不與載台接觸，並同時調整左右方向已準備下一步的驅動。 通常都以組來表現，一組會有2隻腳，所以會有2個摩擦接觸點，為了均勻的施力於載台。

8 應用 由於 SEM 必須在真空環境中進行觀察，因此在奈米加工設備的驅動裝置中通過使用非共振超音波馬達，減少了機構驅動裝置的軸數。

9 結論 非共振超音波馬達來帶動定位平台，體積雖小但因為壓電陶瓷片的特性，其定位精準度可達到0.69nm、最大速度可達到85 mm/s、平均加速度可達到375 mm/s2，對半導體製程微機電系統、生醫檢測 、精密零件組裝都有很大的幫助。

10 參考文獻 陳泓錡，〃奈米長行程定位平台行走式 〃，南台科技大學，機械工程系所期中報告，2010.
黃雅君，〃奈米長行程定位平台行走式 〃，南台科技大學，機械工程系所期中報告，2010.

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