纳米定位装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种纳米定位装置及系统，属于光栅刻划机械自动控制领域，解决了现有技术中纳米定位装置的摆角调节幅值上限和调节精度受性能参数限制，纳米定位系统的数据采集控制模块开发难度大的技术问题。本发明专利技术的纳米定位装置包括基座，宏定位平台，第一导向导轨，第二导向导轨，微定位平台，压电陶瓷，第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构；所述压电陶瓷的一端固定于宏定位平台，另一端与微定位平台摩擦接触，宏定位平台沿第一导向导轨和第二导向导轨滑动，压电陶瓷驱动微定位平台产生位移量。本发明专利技术还提供应用上述纳米定位装置的纳米定位系统。本发明专利技术的纳米定位装置与系统具有较大的摆角调节幅值上限和调节灵活度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种纳米定位装置及系统，属于光栅刻划机械自动控制领域，解决了现有技术中纳米定位装置的摆角调节幅值上限和调节精度受性能参数限制，纳米定位系统的数据采集控制模块开发难度大的技术问题。本专利技术的纳米定位装置包括基座，宏定位平台，第一导向导轨，第二导向导轨，微定位平台，压电陶瓷，第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构；所述压电陶瓷的一端固定于宏定位平台，另一端与微定位平台摩擦接触，宏定位平台沿第一导向导轨和第二导向导轨滑动，压电陶瓷驱动微定位平台产生位移量。本专利技术还提供应用上述纳米定位装置的纳米定位系统。本专利技术的纳米定位装置与系统具有较大的摆角调节幅值上限和调节灵活度。【专利说明】纳米定位装置及系统
本专利技术涉及一种纳米定位装置及系统，属于光栅刻划机械自动控制领域。
技术介绍
纳米定位技术广泛应用于超精加工、微电子工程、生物工程、纳米技术等各个领域。纳米定位系统用于光栅机械刻划过程中时，纳米定位系统的运动方向与光栅刻刀运动方向保持垂直。由于纳米定位系统存在摆角误差，导致光栅各刻线不平行，即存在光栅刻线摆角误差，从而直接导致光栅质量下降、光栅杂散光增大。现有技术中纳米定位装置一般采用两个或多个压电陶瓷对双层工作台(双层工作台包括包括宏定位平台(也即工作台外台)和微定位平台(也即工作台内台))的摆角误差进行校正，但其摆角调节幅值上限和调节精度有时受到纳米定位装置具体性能参数(如刚度和质量等)的影响和制约，不能消除微定位平台与光栅刻刀的位置误差与角度误差，且角校正过程中需进行多压电陶瓷情况下的位置角度解耦运算，增加了纳米定位系统的数据采集控制模块开发难度，大幅度增加现有光栅刻划机改造的成本和周期。
技术实现思路
为解决现有技术中纳米定位装置的摆角调节幅值上限和调节精度受性能参数限制，纳米定位系统的数据采集控制模块开发难度，光栅刻划机改造的成本、周期高的技术问题，本专利技术提供一种纳米定位装置及系统。本专利技术的纳米定位装置，包括:基座；宏定位平台；对称设定于宏定位平台下表面左右两端的第一导向导轨和第二导向导轨；设定于宏定位平台上表面的微定位平台；压电陶瓷； 平行设置的第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构；所述第一导向导轨，第二导向导轨，第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构均固定于基座上，所述宏定位平台与所述微定位平台通过弹簧片固定连接，所述压电陶瓷的一端固定于宏定位平台，另一端与微定位平台摩擦接触，所述宏定位平台能够沿第一导向导轨和第二导向导轨滑动，所述压电陶瓷驱动微定位平台产生位移量。进一步的，所述宏定位平台与所述微定位平台之间还设有第一弹性连接机构和第二弹性连接机构，所述第一弹性连接机构和第二弹性连接机构平行设定于压电陶瓷的两边。进一步的，所述第一弹性连接机构和第二弹性连接机构均为拉簧。进一步的，所述第一激光干涉位移检测机构包括第一激光干涉仪和第一测量镜，所述第二激光干涉位移检测机构包括第二激光干涉仪和第二测量镜，第一激光干涉仪和第二激光干涉仪固定于基座上，第一测量镜和第二测量镜固定于微定位平台上。进一步的，所述纳米定位装置还设有用于调整第一测量镜的第一二维调整架和用于调整第二测量镜的第二二维调整架。进一步的，所述宏定位平台包括台体和设定于台体两边的第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和第二夹持部在第一平面呈倒U形，所述第一平面为垂直于台体所在平面且与第一导向导轨和第二导向导轨长度方向垂直，所述第一夹持部和第二夹持部在垂直于第一平面方向设有一导通槽。进一步的，所述台体下侧有一凸起部，用以放置压电陶瓷。进一步的，所述第一导向导轨和第二导向导轨的材料均为熔融石英玻璃。本专利技术还提供应用上述纳米定位装置的纳米定位系统，包括:宏驱动模块，用于驱动宏定位平台沿第一导向导轨和第二导向导轨运动；数据采集控制模块，用于采集第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构所得数据并控制所述宏驱动模块和压电陶瓷；所述宏驱动模块与所述宏定位平台连接，所述宏驱动模块、压电陶瓷，第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构均与所述数据采集控制模块连接。进一步的，所述微定位平台采用BP神经网络实时调节PID参数来实现纳米定位。本专利技术的有益效果:(I)本专利技术的纳米定位装置采用一个压电陶瓷作为微定位驱动器，在进行光栅刻划时，压电陶瓷根据光栅刻刀的位置实时调节微定位平台，消除微定位平台与光栅刻刀的位置误差与角度误差，角校正过程中无需进行多压电陶瓷情况下的位置角度解耦运算，并且具有较大的摆角调节幅值上限和调节灵活度，相比采用两个或多个压电陶瓷的纳米定位装置，该纳米定位装置可有效降低现有光栅刻划机改造的成本和周期；而且装置采用BP神经网络实时调节PID控制参数(即BP-PID)算法对微定位平台进行实时调节，降低了系统非线性对微定位平台纳米定位精度的影响；(2)本专利技术的纳米定位系统用宏定位平台实现系统大行程、高速、高加速度微米级精度定位，当进入微定位平台工作行程时启动压电陶瓷，以高频动态补偿系统的定位误差，实现纳米级的分辨率和定位精度，且由于纳米定位装置角校正过程中无需进行多压电陶瓷情况下的位置角度解耦运算，大大降低了数据采集控制模块开发难度。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位装置结构示意图；图2为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位装置俯视图；图3为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位装置宏定位平台俯视图；图4为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位装置宏定位平台主视图；图5为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位装置的工作原理参考图；图6为本专利技术【具体实施方式】中任意时刻ts的金刚石刻刀位移示意图；图7为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位系统结构框图；图8为本专利技术【具体实施方式】的纳米定位系统工作流程图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1和图2所示，本实施方式的纳米定位装置包括基座100，宏定位平台10，第一导向导轨41，第二导向导轨42，微定位平台20，压电陶瓷30，第一激光干涉位移检测机构71和第二激光干涉位移检测机构72，其中，第一导向导轨41和第二导向导轨42的材料可以为熔融石英玻璃；光栅毛坯200位于微定位平台20上，纳米定位装置的运动方向与光栅刻刀运动方向保持垂直；第一导向导轨41和第二导向导轨42分别位于宏定位平台10下表面左右两端,第一导向导轨41和第二导向导轨42固定于基座100上,宏定位平台10可在第一导向导轨41和第二导向导轨42上滑动，亦即宏定位平台10可沿第一导向导轨41和第二导向导轨42移动；宏定位平台10和微定位平台20通过弹簧片固定连接，弹簧片的数量不限，可以根据需要进行选择，在本实施方式中弹簧片的个数为四，分别为第一弹簧片51、第二弹簧片52、第三弹簧片53和第四弹簧片54，对称设置于宏定位平台10上下边缘的左右两边；本实施方式中的弹簧片可增加宏定位平台10和微定位平台20的连接刚度，确保在压电陶瓷30伸缩过程中宏定位平台10和微定位平台20之间沿光栅刻线方向无相对旋转，使得纳米定位装置具有较好的频域动态响应特性和抗干扰能力；压电陶瓷30的一端固定于宏定位平台10，另一端与微定位平台20摩擦接触，通过压本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米定位装置，包括：基座(100)；宏定位平台(10)；对称设定于宏定位平台(10)下表面左右两端的第一导向导轨(41)和第二导向导轨(42)；设定于宏定位平台(10)上表面的微定位平台(20)；压电陶瓷(30)；平行设置的第一激光干涉位移检测机构(71)和第二激光干涉位移检测机构(72)；所述第一导向导轨(41)，第二导向导轨(42)，第一激光干涉位移检测机构(71)和第二激光干涉位移检测机构(72)均固定于所述基座(100)上，所述宏定位平台(10)与所述微定位平台(20)通过弹簧片固定连接，所述压电陶瓷(30)的一端固定于宏定位平台(20)，另一端与微定位平台(20)摩擦接触，所述宏定位平台(10)沿所述第一导向导轨(41)和第二导向导轨(42)滑动，所述压电陶瓷(30)驱动微定位平台(20)产生位移量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于海利，李晓天，唐玉国，齐向东，于宏柱，杨超，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
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