[發明專利]納米定位裝置及系統

無效

• 申請號: 201310384594.6
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103481321A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 于海利;李曉天;唐玉國;齊向東;于宏柱;楊超
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B26D7/00
• 分類號: B26D7/00;B26D5/00;B26D3/08
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術領域

本發明涉及一種納米定位裝置及系統，屬于光柵刻劃機械自動控制領域。

背景技術

納米定位技術廣泛應用于超精加工、微電子工程、生物工程、納米技術等各個領域。納米定位系統用于光柵機械刻劃過程中時，納米定位系統的運動方向與光柵刻刀運動方向保持垂直。由于納米定位系統存在擺角誤差，導致光柵各刻線不平行，即存在光柵刻線擺角誤差，從而直接導致光柵質量下降、光柵雜散光增大。

現有技術中納米定位裝置一般采用兩個或多個壓電陶瓷對雙層工作臺(雙層工作臺包括包括宏定位平臺(也即工作臺外臺)和微定位平臺(也即工作臺內臺))的擺角誤差進行校正，但其擺角調節幅值上限和調節精度有時受到納米定位裝置具體性能參數(如剛度和質量等)的影響和制約，不能消除微定位平臺與光柵刻刀的位置誤差與角度誤差，且角校正過程中需進行多壓電陶瓷情況下的位置角度解耦運算，增加了納米定位系統的數據采集控制模塊開發難度，大幅度增加現有光柵刻劃機改造的成本和周期。

發明內容

為解決現有技術中納米定位裝置的擺角調節幅值上限和調節精度受性能參數限制，納米定位系統的數據采集控制模塊開發難度，光柵刻劃機改造的成本、周期高的技術問題，本發明提供一種納米定位裝置及系統。

本發明的納米定位裝置，包括：

基座；

宏定位平臺；

對稱設定于宏定位平臺下表面左右兩端的第一導向導軌和第二導向導軌；

設定于宏定位平臺上表面的微定位平臺；

壓電陶瓷；

平行設置的第一激光干涉位移檢測機構和第二激光干涉位移檢測機構；

所述第一導向導軌，第二導向導軌，第一激光干涉位移檢測機構和第二激光干涉位移檢測機構均固定于基座上，所述宏定位平臺與所述微定位平臺通過彈簧片固定連接，所述壓電陶瓷的一端固定于宏定位平臺，另一端與微定位平臺摩擦接觸，所述宏定位平臺能夠沿第一導向導軌和第二導向導軌滑動，所述壓電陶瓷驅動微定位平臺產生位移量。

進一步的，所述宏定位平臺與所述微定位平臺之間還設有第一彈性連接機構和第二彈性連接機構，所述第一彈性連接機構和第二彈性連接機構平行設定于壓電陶瓷的兩邊。

進一步的，所述第一彈性連接機構和第二彈性連接機構均為拉簧。

進一步的，所述第一激光干涉位移檢測機構包括第一激光干涉儀和第一測量鏡，所述第二激光干涉位移檢測機構包括第二激光干涉儀和第二測量鏡，第一激光干涉儀和第二激光干涉儀固定于基座上，第一測量鏡和第二測量鏡固定于微定位平臺上。

進一步的，所述納米定位裝置還設有用于調整第一測量鏡的第一二維調整架和用于調整第二測量鏡的第二二維調整架。

進一步的，所述宏定位平臺包括臺體和設定于臺體兩邊的第一夾持部和第二夾持部，所述第一夾持部和第二夾持部在第一平面呈倒U形，所述第一平面為垂直于臺體所在平面且與第一導向導軌和第二導向導軌長度方向垂直，所述第一夾持部和第二夾持部在垂直于第一平面方向設有一導通槽。

進一步的，所述臺體下側有一凸起部，用以放置壓電陶瓷。

進一步的，所述第一導向導軌和第二導向導軌的材料均為熔融石英玻璃。

本發明還提供應用上述納米定位裝置的納米定位系統，包括：

宏驅動模塊，用于驅動宏定位平臺沿第一導向導軌和第二導向導軌運動；

數據采集控制模塊，用于采集第一激光干涉位移檢測機構和第二激光干涉位移檢測機構所得數據并控制所述宏驅動模塊和壓電陶瓷；

所述宏驅動模塊與所述宏定位平臺連接，所述宏驅動模塊、壓電陶瓷，第一激光干涉位移檢測機構和第二激光干涉位移檢測機構均與所述數據采集控制模塊連接。

進一步的，所述微定位平臺采用BP神經網絡實時調節PID參數來實現納米定位。

本發明的有益效果：

(1)本發明的納米定位裝置采用一個壓電陶瓷作為微定位驅動器，在進行光柵刻劃時，壓電陶瓷根據光柵刻刀的位置實時調節微定位平臺，消除微定位平臺與光柵刻刀的位置誤差與角度誤差，角校正過程中無需進行多壓電陶瓷情況下的位置角度解耦運算，并且具有較大的擺角調節幅值上限和調節靈活度，相比采用兩個或多個壓電陶瓷的納米定位裝置，該納米定位裝置可有效降低現有光柵刻劃機改造的成本和周期；而且裝置采用BP神經網絡實時調節PID控制參數(即BP-PID)算法對微定位平臺進行實時調節，降低了系統非線性對微定位平臺納米定位精度的影響；