一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台制造技术

本发明专利技术提供一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台，属于精密定位领域。所述的微/纳米定位平台包括二维工作台、及位于二维工作台上方的空间误差测量系统、位移反馈系统、控制系统。二维工作台用于实现微/纳米定位平台的运动，空间误差测量系统位于二维工作台上方，用于测量微/纳米定位平台在运动过程中的空间误差，位移反馈系统与空间误差测量系统位于同一平面，用于测量微/纳米定位平台的实时位置，控制系统用于控制微/纳米定位平台的实时运动。本发明专利技术提供的微/纳米定位平台具有小型化、易集成的特点，并且对比普通定位平台可以实现自测量与自补偿功能。位平台可以实现自测量与自补偿功能。位平台可以实现自测量与自补偿功能。

【技术实现步骤摘要】
一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台


[0001]本专利技术属于精密定位领域，涉及一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台。

技术介绍

[0002]微/纳米定位平台是纳米加工和纳米测量的前提与保障，近年来，随着科学技术的不断发展，智能制造、超精密加工等尖端技术在研究中起到了非常重要的作用。为适应这些尖端技术对于加工与测量的需求，微/纳米定位平台的定位精度要求也越来越高。微/纳米定位平台主要用于纳米加工和纳米测量，可分为堆叠式微/纳米定位平台和共平面式微/纳米定位平台两种，如：CN202021651987.0中的一种长行程高精密二维平台即为堆叠式的一种定位平台，两运动轴的运动平面不共面，但由于两平面通过机械堆叠连接，不可避免会产生角度误差降低定位精度，与堆叠式微/纳米定位平台相比，共平面式微/纳米定位平台的X轴运动平面与Y轴运动平面处于同一平面，避免了X、Y轴运动平面不共面造成的阿贝误差。
[0003]但是由于加工误差和装配误差的存在，微/纳米定位平台会产生几何误差，最终导致微/纳米定位平台产生空间误差。该微/纳米定位平台共存在13项几何误差，包括X、Y单轴的六自由度误差(水平方向与竖直方向的直线度误差、定位误差、俯仰角误差、偏摆角误差和滚转角误差)和双轴的垂直度误差。这些误差的存在会影响微/纳米定位平台的定位精度，因此需要提高微/纳米定位平台的定位精度。提高定位精度的方法分为误差消除和误差补偿，相较于误差消除，误差补偿的方法精度高、效率高，成本低也是其优点之一。
[0004]误差补偿分为离线误差补偿与在线误差补偿，目前微/纳米定位平台多采用离线误差补偿的方法，但是微/纳米定位平台在实际运行状态中，几何误差会随运动参数的变化而变化，导致离线补偿存在缺陷。因此，本专利技术提供的微/纳米定位平台采用在线测量和补偿的方法，并且测量系统不会影响微/纳米定位平台的实际使用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术问题，本专利技术提出一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台，包括二维工作台、及位于二维工作台上方的空间误差测量系统、位移反馈系统、控制系统。二维工作台用于实现微/纳米定位平台的运动，空间误差测量系统位于二维工作台上方，用于测量微/纳米定位平台在运动过程中的空间误差，位移反馈系统与空间误差测量系统位于同一平面，用于测量微/纳米定位平台的实时位置，控制系统用于控制微/纳米定位平台的实时运动。具体如下：
[0008]所述的二维工作台包括运动台25、X轴推杆26、Y轴推杆27、第一Y轴导轨28、第一X轴导轨29、第一X轴滑块30、第一Y轴滑块31、第二X轴导轨32、第二Y轴导轨33、第二X轴滑块
38、第二Y轴滑块39、X轴超声电机40、Y轴超声电机41、运动台基板42。所述的第一Y轴导轨28、第一X轴导轨29、第二X轴导轨32和第二Y轴导轨33放置在运动台基板42平面上形成共平面，运动台基板42位于可调节平面水平度的大理石平台上，便于调节微/纳米定位平台的水平度：第一Y轴导轨28与第二X轴导轨32相互垂直，第二Y轴导轨33与第一X轴导轨29相互垂直。所述第一Y轴导轨28与第一Y轴滑块31配合组成移动副，第一X轴导轨29与第一X轴滑块30配合组成移动副，第二X轴导轨32与第二X轴滑块38配合组成移动副，第二Y轴导轨33与第二Y轴滑块39配合组成移动副。所述的X轴推杆26与第一Y轴滑块31和第二X轴滑块38固连，Y轴推杆27与第一X轴滑块30和第二Y轴滑块39固连。通过X轴超声电机40与Y轴超声电机41分别带动X轴推杆26、Y轴推杆27移动，进而使四个滑块(30、31、38、39)在四条导轨(28、29、32、33)上进行移动，完成微/纳米定位平台的双轴运动，且微/纳米定位平台X轴正方向为X轴推杆26远离运动台25的方向，微/纳米定位平台Y轴正方向为Y轴推杆27远离运动台25的方向。在测量微/纳米定位平台垂直度时，五角棱镜36放置于运动台25中心，第二激光器37放置于X轴推杆26的中心线上，第二四象限光电探测器13固定在Y轴推杆27的中心线上，测量结束后取下五角棱镜36和第二激光器37。此微/纳米定位平台为共平面式二维工作台，X轴与Y轴运动平面共面，对比堆叠式二维工作台，共平面式二维工作台能够避免测量时因X轴Y轴运动平面不共面所造成的阿贝误差，提高了定位精度。
[0009]所述的空间误差测量系统包括俯仰角和偏摆角误差测量单元、直线度误差测量单元和垂直度误差测量单元三部分，具体的：
[0010]所述俯仰角和偏摆角误差测量单元采用激光自准直的原理，测量单元包括半导体激光器1、第一直角反射镜2、第一分光棱镜3、第二分光棱镜4、第一四分之一波片5、第一平面反射镜6、第二直角反射镜7、第一平凸透镜8、第一四象限光电探测器9、第七直角反射镜17、第八直角反射镜18、第四分光棱镜19、第二四分之一波片20、第二平面反射镜21、第九直角反射镜22、第二平凸透镜23、第四四象限光电探测器24。其中第一平面反射镜6与第二平面反射镜21分别安装在运动台25的相邻侧边上，第一四分之一波片5贴在第二分光棱镜4上，第二四分之一波片20贴在第四分光棱镜19上。由半导体激光器1发射的光经过第一直角反射镜2进入第一分光棱镜3中，分为透射光和反射光两部分：其中的透射光进入第二分光棱镜4再次进行分光，透射光经过第一四分之一波片5到达第一平面反射镜6进行反射，反射光到达第二分光棱镜4时分为两部分反射光，一部分再次进行反射到达第二直角反射镜7，再经过第一平凸透镜8后到达第一四象限光电探测器9，用于测量微/纳米定位平台X轴的俯仰角和偏摆角误差。经过第一分光棱镜3时发生反射的光经第七直角反射镜17与第八直角反射镜18后到达第四分光棱镜19，其透射光经过第二四分之一波片20到达第二平面反射镜21进行反射，反射光到达第四分光棱镜19时再次进行反射到达第九直角反射镜22，经过第二平凸透镜23后到达第四四象限光电探测器24，用于测量微/纳米定位平台Y轴的俯仰角和偏摆角误差。
[0011]所述直线度误差测量单元包括水平直线度误差测量模块以及竖直直线度误差测量模块。所述竖直直线度误差测量采用激光准直原理，竖直直线度误差测量模块包括第三直角反射镜10、第四直角反射镜11、第三分光棱镜12、第二四象限光电探测器13、第五直角反射镜14、第六直角反射镜15、第三四象限光电探测器16。所述第二四象限光电探测器13位于微/纳米定位平台Y轴上，其与Y轴推杆27固连，所述第三四象限光电探测器16位于微/纳
米定位平台X轴上，其与X轴推杆26固连。由半导体激光器1发射的光经过第二分光棱镜4时，第二部分反射的光到达第三直角反射镜10(第三直角反射镜10与第二直角反射镜7的连线与微/纳米定位平台Y轴平行)，经第四直角反射镜11后进入第三分光棱镜12，分为透射光和反射光两部分：其中透射光到达第二四象限光电探测器1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台，其特征在于，所述的微/纳米定位平台包括二维工作台、及位于二维工作台上方的空间误差测量系统、位移反馈系统、控制系统；二维工作台用于实现微/纳米定位平台的运动，空间误差测量系统位于二维工作台上方，用于测量微/纳米定位平台在运动过程中的空间误差，位移反馈系统与空间误差测量系统位于同一平面，用于测量微/纳米定位平台的实时位置，控制系统用于控制微/纳米定位平台的实时运动。2.根据权利要求1所述的一种集成空间误差自测量和自补偿功能的微/纳米定位平台，其特征在于，所述的微/纳米定位平台具体如下：所述的二维工作台包括运动台(25)、X轴推杆(26)、Y轴推杆(27)、第一Y轴导轨(28)、第一X轴导轨(29)、第一X轴滑块(30)、第一Y轴滑块(31)、第二X轴导轨(32)、第二Y轴导轨(33)、第二X轴滑块(38)、第二Y轴滑块(39)、X轴超声电机(40)、Y轴超声电机(41)、运动台基板(42)；所述的第一Y轴导轨(28)、第一X轴导轨(29)、第二X轴导轨(32)和第二Y轴导轨(33)放置在运动台基板(42)平面上形成共平面，运动台基板(42)位于可调节平面水平度的平台上，用于调节微/纳米定位平台的水平度：第一Y轴导轨(28)与第二X轴导轨(32)、第二Y轴导轨(33)与第一X轴导轨(29)均相互垂直；所述第一Y轴导轨(28)与第一Y轴滑块(31)、第一X轴导轨(29)与第一X轴滑块(30)、第二X轴导轨(32)与第二X轴滑块(38)、第二Y轴导轨(33)与第二Y轴滑块(39)分别配合组成移动副；所述的X轴推杆(26)与第一Y轴滑块(31)和第二X轴滑块(38)固连，Y轴推杆(27)与第一X轴滑块(30)和第二Y轴滑块(39)固连；通过X轴超声电机(40)与Y轴超声电机(41)分别带动X轴推杆(26)、Y轴推杆(27)移动，进而使四个滑块在四条导轨上进行移动，完成微/纳米定位平台的双轴运动，且微/纳米定位平台X轴正方向为X轴推杆(26)远离运动台(25)的方向，微/纳米定位平台Y轴正方向为Y轴推杆(27)远离运动台(25)的方向；在测量微/纳米定位平台垂直度时，五角棱镜(36)放置于运动台(25)中心，第二激光器(37)放置于X轴推杆(26)的中心线上，第二四象限光电探测器(13)固定在Y轴推杆(27)的中心线上，测量结束后取下五角棱镜(36)和第二激光器(37)；所述的空间误差测量系统包括俯仰角和偏摆角误差测量单元、直线度误差测量单元和垂直度误差测量单元三部分，具体的：所述俯仰角和偏摆角误差测量单元采用激光自准直的原理，测量单元包括半导体激光器(1)、第一直角反射镜(2)、第一分光棱镜(3)、第二分光棱镜(4)、第一四分之一波片(5)、第一平面反射镜(6)、第二直角反射镜(7)、第一平凸透镜(8)、第一四象限光电探测器(9)、第七直角反射镜(17)、第八直角反射镜(18)、第四分光棱镜(19)、第二四分之一波片(20)、第二平面反射镜(21)、第九直角反射镜(22)、第二平凸透镜(23)、第四四象限光电探测器(24)；其中第一平面反射镜(6)与第二平面反射镜(21)分别安装在运动台(25)的相邻侧边上，第一四分之一波片(5)贴在第二分光棱镜(4)上，第二四分之一波片(20)贴在第四分光棱镜(19)上；由半导体激光器(1)发射的光经过第一直角反射镜(2)进入第一分光棱镜(3)中，分为透射光和反射光两部分：其中的透射光进入第二分光棱镜(4)再次进行分光，透射光经过第一四分之一波片(5)到达第一平面反射镜(6)进行反射，反射光到达第二分光棱镜(4)时分为两部分反射光，一部分再次进行反射到达第二直角反射镜(7)，再经过第一平凸透镜(8)后到达第一四象限光电探测器(9)，用于测量微/纳米定位平台X轴的俯仰角和偏摆角误差；经过第一分光棱镜(3)时发生反射的光经第七直角反射镜(17)与第八直角反射镜
(18)后到达第四分光棱镜(19)，其透射光经过第二四分之一波片(20)到达第二平面反射镜(21)进行反射，反射光到达第四分光棱镜(19)时再次进行反射到达第九直角反射镜(22)，经过第二平凸透镜(23)后到达第四四象限光电探测器(24)，用于测量微/纳米定位平台Y轴的俯仰角和偏摆角误差；所述直线度误差测量单元包括水平直线度误差测量模块以及竖直直线度误差测量模块；所述竖直直线度误差测量模块采用激光准直原理，竖直直线度误差测量模块包括第三直角反射镜(10)、第四直角反射镜(11)、第三分光棱镜(12)、第二四象限光电探测器(13)、第五直角反射镜(14)、第六直角反射镜(15)、第三四象限光电探测器(16)；所述第二四象限光电探测器(13)位于微/纳米定位平台Y轴上，其与Y轴推杆(27)固连，所述第三四象限光电探测器(16)位于微/纳米定位平台X轴上，其与X轴推杆(26)固连；由半导体激光器(1)发射的光经过第二分光棱镜(4)时，第二部分反射的光到达第三直角反射镜(10)，经第四直角反射镜(11)后进入第三分光棱镜(12)，分为透射光和反射光两部分：其中透射光到达第二四象限光...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡引娣，张泽广，杨炀，朱祥龙，康仁科，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：