Optimización de la geometría de una etapa XY de nanoposicionamiento para la reducción del acoplamiento entre ejes

Abstract

[ES]El Trabajo de Fin de Grado que se presenta tiene por objeto la contribución a un proyecto de investigación mediante el análisis y diseño de una mesa de posicionamiento basada en flexión para un mecanismo de nanoposicionamiento XY. Dicho proyecto se integra dentro de una línea de investigación promovida por la Universidad del País Vasco y el grupo empresarial EGILE CORPORATION XXI, especializado en la fabricación de componentes y mecanizados de alta precisión. Consiste en rediseñar la mesa de un mecanismo de nanoposicionamiento. Para ello se parte de un diseño actual y mediante la modificación de su geometría, se pretende obtener unas mejores prestaciones en cuanto a precisión, facilidad de predicción del comportamiento y amplitud del movimiento. Las tareas a llevar a cabo serán las siguientes: obtención de un modelo simplificado de la mesa, convirtiendo las juntas flexibles reales en juntas tradicionales con una cierta rigidez torsional; definición de la geometría en base a los requisitos fijados, tanto de amplitud como de precisión; y verificación del diseño elegido, mediante el cálculo por MEF del rango de movimiento y precisión del mismo, frecuencias naturales y relación entre la fuerza aplicada y el movimiento obtenido.

[EU]Ondoren aurkezten den Gradu Amaierako Lana beste ikerkuntza batekiko elkarlanean oinarritzen da, lotura malguez osatutako nanokokapen mekanismo baten arterketa eta diseinuaren bidez. Lan hau Euskal Herriko Unibertistateak, EGILE CORPORATION XXI enpresa taldearekin batera, garatutako ikerketa lerro batean kokatzen da. Talde honek zehaztasun handiko mekanizazioan lan egiten du batez ere. Lan honen helburua nanokokapen mekanismo baten mahaia berdiseinatzea da. Horretarako, orain erabiltzen den diseinu batetik hasita, bere geometria aldatuz, funtzionamendu ezaugarri hoberen bilaketa burutuko da. Hori lortzeko hurrengo etapak jarraitu beharko dira: lehenik eta behin, mahaiaren eredu sinplifikatua egingo da, lotura malguak lotura arruntez aldatuz, bere zurruntasuna duen malguki batez ordezkatuz; ondoren, mekanismoaren geometria finkatuko da, betekizunak kontuan hartuz; azkenik, bere egokitasuna egiaztatu beharko da, EFMren bidez, mugimendu tartea eta bere zehaztasuna eta frekuentzia naturalak kalkulatuz, eta aplikatutako indarraren eta lortutako mugimenduaren arteko erlazioa aztertuz.

[EN]The main purpose of this end-of-degree work is to contribute to the development of a research project, by analyzing and designing a flexure guided nanopositioning stage. The stated project is part of a research line promoted by the University of the Basque Country and the group EGILE CORPORATION XXI, which bases its activity in high precision manufacturing. The re-design of the flexure guided nanopositioning stage starts from a current design, and the intention is to obtain a better performance of the mechanism, according to the precision, ease of analysis and range of movement, by changing its geometry. The tasks that will be carried out can be summarized as follows: to obtain a simplified model of the stage, by converting the flexure hinges into normal rigid links with an equivalent stiffness; to define the geometry of the new stage, based on the new requirements of precision and range of movement; and to verify the suitability of the new design, analyzing the amplitude of the deformations and the precision of those, the modes of vibration and the relationship between the actuation force and the obtained movement, via FEA.