大行程纳米位移定位宏动台锁定控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大行程纳米位移定位宏动台锁定控制方法及系统。本方法的操作步骤是：（１）计算机（上位机）的通讯界面发出指令进行控制，首先使宏定位系统工作，带动宏、微两级工作台一起运动，当检测到的定位误差小于切换阈值时，完成宏定位；（２）通过计算机控制锁定宏动工作台，同时动态切换到微定位系统；（３）由微定位系统控制微动工作台进而达到系统要求的目标位置，完成定位。本系统主要包括：宏、微二级工作台及其相应的驱动系统；光栅反馈系统；ＰＭＡＣ控制器；激光干涉仪标定系统；计算机系统；以及隔振消除噪声装置（气浮隔振平台）等。在现有系统上，根据需求，采用本发明专利技术提供的方法，对现有系统硬件结构进行配置（压电陶瓷驱动装置），当宏动台达到定位要求停止运动时，通过压电陶瓷对其进行锁定，从而提高系统的定位精度。

Large stroke nano displacement positioning macro table locking control method and system

The invention relates to a large stroke nano displacement positioning macro table locking control method and system. The operation steps of this method are: (1) the computer (PC) communication interface control instructions issued, first makes the macro positioning system, driven by the macro and micro two level work table movement, when the positioning error detected less than the switching threshold, complete the macro positioning; (2) through the computer control macro lock table, and the dynamic switch to micro positioning system; (3) by the micro positioning system control the worktable and reach the target location requirements of the system, complete the positioning. This system mainly includes: macro and micro two level platform and corresponding driving system; grating feedback system; PMAC controller; laser interferometer calibration system; computer system; vibration and noise elimination device (air isolation platform). In the existing system, according to the requirement, the method provided by the invention, the configuration of the existing hardware structure (piezoelectric ceramic drive), when macrostage meet positioning requirements when the motion stops, by the piezoelectric ceramic lock, so as to improve the positioning accuracy of the system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种精密定位技术，是MEMS关键技术之一，针对纳米量级精密定位技术中宏动 台定位稳定性问题，提出一种大行程纳米位移定位控制方法及系统。
技术介绍
纳米技术是21世纪最有前途的新兴学科之一。其发展十分迅猛，并由此开创了纳米电子 学、纳米材料学、纳米生物学、纳米机械学、纳米制造学、纳米显微学及纳米测量学等高技 术群。纳米科学与技术从广义上说可定义为0. 1 100nm尺度空间(分子和原子水平)上的工程 学，它是21世纪科学技术发展的前沿，将导致人类认识和改造世界能力的重大突破。1999 年10月在中国召开的"面向21世纪计量测试理论与仪器研讨会"上，专家们就认为纳米 级测量已经成为当今测量领域的热点，在新的世纪要继续解决好纳米尺度的产生、传递及标 定的理论和技术。随着人们对纳米科学的不断探索，纳米定位技术已经广泛应用于许多学科 与领域，特别是当代超精密加工技术、纳米技术、微机电系统等的兴起与发展对长度量的测 量提出了越来越高的要求。如在微电子领域，1999年的典型线宽为180nm，到2006年的典型 线宽为100nm， 2009年的典型线宽将为70nm，而定位精度应为线宽的1/3 1/4;在医疗科学 领域，医学手术上的超薄切片，切厚为100土5咖；在生物工程领域，DNA的尺度在2 3nm范 围内等。因此，纳米定位技术在超精加工、微电子工程、生物工程、纳米
中有着重 要的应用。随着科学技术的不断发展，应用将越来越广泛，它将在制造业、航空航天工业、 国防军事工业以及现代医疗等方面发挥巨大的潜力。而要实现这些纳米级加工与测量都离不 开超精密定位即纳米定位技术。国内外有关精密定位工作台大多是采用宏微两级控制驱动，定位精度和分辨率已从过去 的毫米级过渡到了微米级、从亚微米级进入到了目前的纳米级。但当宏动台完成宏运动的同 时，虽然进行了补偿，但宏动台仍然会有微小的振动，对于高精度定位系统，其影响是不可 忽视的。目前，基本都是通过研究宏动台自身特性，从内部入手采取补偿措施，尚未检索到 一种对宏动工作台外部进行锁定的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的不足，提出一种大行程纳米位移定位宏动台锁定 控制方法及系统，基于现有的纳米量级宏伟两级驱动定位平台，采用本专利技术提供的方法和系 统，对现有系统硬件结构进行配置改进(压电陶瓷锁定装置)，通过宏定位、锁定宏动台、动态切换至微动台进行微位移补偿，实现系统目标位置，完成定位。 为达到上述目的，本专利技术的构思是 令宏动台运动完成宏定位宏定位系统是用来实现大行程定位，首先由PMAC控制器按照预先设定来控制宏动台移动， 同时，宏动台侧面的金属光栅尺会不断检测定位位置并实时将其反馈至控制器，当检测到的 定位误差小于切换阈值时，完成宏定位。令锁定宏动台，完成动态切换 当控制器检测到的宏动台定位误差小于切换阈值时，将驱动电压经放大器放大后施加到 压电陶瓷传动装置，使得压电陶瓷立即产生位移通过与其接触的弹簧顶住导轨以减小间隙， 从而对宏动台实现锁定。同时，上位机控制动态切换到微动台补偿位移。 微动台进行微位移补偿，达到系统定位目标由上位机控制动态切换到微定位系统后，安装在宏动台上的微动工作台进行微位移补偿， 通过微动台内部电感测微仪进行位置反馈以实现微定位控制的局部闭环，另外，微动台侧面 装有光栅测量装置实时反馈定位位置至PMAC卡，另外，在微动台上装有的反射镜用于实现激光干涉仪的定位误差测量，从而实现宏、微两级定位。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案一种大行程纳米位移定位宏动台锁定控制方法，其特征在于具体操作步骤如下-a. 上位机的通讯界面发出指令进行控制，首先使宏定位系统工作，对宏动工作台 实现宏定位；b. 通过上位机控制锁定宏动工作台，同时动态切换到微定位系统；c. 由微定位系统控制微动工作台进行微位移补偿进而达到系统要求的目标位置， 完成定位。上述步骤a中的宏动工作台实现宏定位的方法是首先由PMAC控制器按照预先设定来控 制宏动工作台移动，同时，宏动台侧面的金属光栅尺会不断检测定位位置并实时将其反馈至控制器，当 检测到的定位误差小于切换阈值时，完成宏定位。上述步骤b中的通过上位机控制锁定宏动工作台，同时动态切换到微定位系统的方法是 当控制器检测到的宏动台定位误差小于切换阈值时，将驱动电压经放大器放大后施加到压电 陶瓷传动装置，使得压电陶瓷立即产生位移顶住导轨以减小间隙，从而对宏动台实现锁定。上述步骤c中的微定位系统控制微动工作台进行微位移补偿进而达到系统要求的目标位置，完成定位的方法是由上位机控制动态切换到微定位系统，安装在宏动台上的微动工作 台进行微位移补偿，通过微动台内部电感测微仪进行位置反馈以实现微定位控制的局部闭环， 另外，微动台上装有反射镜用于实现激光干涉仪的定位误差测量，从而实现宏、微两级定位。一种大行程纳米位移定位宏动台锁定控制系统，应用于大行程纳米位移定位宏动台锁定 控制方法，其特征在于上位机经PMAC控制器、伺服电机驱动器、交流伺服电机连接宏动台， 所述宏动台经编码器、光栅测量装置I连接PMAC控制器，所述PMAC控制器经锁定装置连接至 宏动台；所述上位机经PZT驱动器连接微动台，所述微动台经光栅测量装置II连接PMAC控制 器，所述微动台连接激光干涉仪；所述上位机为计算机。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显著优点本专利技术能够减小宏动台运动停止后台面 的振动，减小定位误差，提高系统的定位精度，而且装置简洁便于操作，使用范围广，不仅 局限于定位系统，经过较小的改动，可以应用于相似控制功能的系统。 附图说明图l是大行程纳米位移定位控制方法流程图； 图2是大行程纳米位移定位系统结构框图； 图3是大行程纳米位移定位宏动台锁定控制框图； 图4是大行程纳米位移定位整个系统软件框图； 图5是大行程纳米位移定位工作台总图； 图6是大行程纳米位移定位宏动台立体图； 图7是大行程纳米位移定位宏动台锁定装置局部安装图； 图8是大行程纳米位移定位宏动台锁定装置压电陶瓷组件； 图9是大行程纳米位移定位微动台二维图； 具体实施例方式本专利技术的一个优选实施例结合附图详述如下参见图2，本大行程纳米位移定位宏动台锁定控制系统是上位机1经PMAC控制器2、伺服电机驱动器3、交流伺服电机4连接宏动 台5，所述宏动台5经编码器6、光栅测量装置I 11连接PMAC控制器2，所述PMAC控制器2 经锁定装置12连接至宏动台5;所述上位机1经PZT驱动器7连接微动台8,所述微动台8 经光栅测量装置II 9连接PMAC控制器2，所述微动台8连接激光干涉仪10;所述上位机1 为计算机。本实施例为大行程纳米位移定位宏微两级驱动定位平台设计了一种宏动台锁定装置，该 装置由压电陶瓷、弹簧及支架组成。图5是大行程纳米位移定位工作台总图，l.宏动台及其驱动、测量装置2.微动台及其驱动、测量装置3.激光干涉仪标定装置。图6是宏动台立体图， 图7、图8是大行程纳米位移定位宏动台锁定装置的局部安装图与压电陶瓷组件。参见图1，本大行程纳米位移定位宏动台锁定控制方法的操作步骤如下(1) 计算机(上位机)的通讯界面发出指令进行控制，首先使宏定位系统工作，带动宏、 微两级工作台一起运动，当检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大行程纳米位移定位宏动台锁定控制方法。其特征在于具体操作步骤如下：　ａ．上位机的通讯界面发出指令进行控制，首先使宏定位系统工作，对宏动工作台实现宏定位；　ｂ．通过上位机控制锁定宏动工作台，同时动态切换到微定位系统；　ｃ．由微定位系统控制微动工作台进行微位移补偿进而达到系统要求的目标位置，完成定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣莲，韩颖，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[]