[發(fā)明專利]大行程二維納米伺服平臺(tái)及采用光柵的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510819077.6
• 申請(qǐng)日: 2015-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN105345760B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張震;王鵬;汪昌明;閆鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B25H1/02
• 分類號(hào): B25H1/02;B23Q1/25;B23Q5/28;G01B11/02
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11201
• 代理人: 黃德海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大行程二維納米伺服平臺(tái)，還涉及一種采用光柵的測(cè)量方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的精密傳感器多數(shù)是在保證非軸向偏移很小情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量件軸向運(yùn)動(dòng)高精度大行程測(cè)量。因而，對(duì)于小行程(小于200微米)的平面運(yùn)動(dòng)可采用光柵直接測(cè)量終端平臺(tái)的平面運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于大行程精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)平面運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，由于超過了光柵傳感器非軸向的幾何限制，無法對(duì)終端平臺(tái)直接測(cè)量。

密歇根大學(xué)的Awtar教授提出的一種測(cè)量方法：利用光柵傳感器與電容傳感器通過多次補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)終端平臺(tái)平面位移的測(cè)量。但這種測(cè)量方需要2類傳感器(電容傳感器價(jià)格高于光柵傳感器)，而且這種多次測(cè)量的方法存在安裝調(diào)試復(fù)雜的缺陷(由光柵傳感器測(cè)量用于固定電容傳感器的中間平臺(tái)，再由電容傳感器測(cè)量終端平臺(tái)的位移)，使得不確定的因素增多，誤差更不宜控制。從Awtar教授的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，這種測(cè)量方法誤差很大。

現(xiàn)有的高端儀器設(shè)備中，雙頻激光干涉儀可以測(cè)量平面大行程，但成本高，安裝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)是基于發(fā)明人對(duì)以下事實(shí)和問題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)作出的：大行程二維納米伺服平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要同測(cè)量相結(jié)合考慮。而現(xiàn)有的大行程精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未與測(cè)量相結(jié)合考慮。

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、便于使用、便于測(cè)量終端平臺(tái)的平面位移的優(yōu)點(diǎn)的大行程二維納米伺服平臺(tái)。

本發(fā)明還提出一種采用光柵的測(cè)量方法，所述采用光柵的測(cè)量方法用于測(cè)量所述大行程二維納米伺服平臺(tái)的終端平臺(tái)的平面位移。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的大行程二維納米伺服平臺(tái)包括：基座；終端平臺(tái)，所述終端平臺(tái)位于所述基座的邊沿的內(nèi)側(cè)；X向驅(qū)動(dòng)器和Y向驅(qū)動(dòng)器；第一X向剛性連接件和第一Y向剛性連接件，所述第一X向剛性連接件沿X向延伸且與所述X向驅(qū)動(dòng)器相連，所述第一Y向剛性連接件沿Y向延伸且與所述Y向驅(qū)動(dòng)器相連；第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且分別與所述終端平臺(tái)和所述第一X向剛性連接件相連，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延伸且分別與所述終端平臺(tái)和所述第一Y向剛性連接件相連；第一X向柔性導(dǎo)向件和第二X向柔性導(dǎo)向件，所述第一X向柔性導(dǎo)向件和所述第二X向柔性導(dǎo)向件沿X向間隔開地設(shè)置，所述第一X向柔性導(dǎo)向件和所述第二X向柔性導(dǎo)向件中的每一個(gè)沿Y向延伸且分別與所述基座和所述第一X向剛性連接件相連以便約束所述第一X向剛性連接件的非X向運(yùn)動(dòng)；第一Y向柔性導(dǎo)向件和第二Y向柔性導(dǎo)向件，所述第一Y向柔性導(dǎo)向件和所述第二Y向柔性導(dǎo)向件沿Y向間隔開地設(shè)置，所述第一Y向柔性導(dǎo)向件和所述第二Y向柔性導(dǎo)向件中的每一個(gè)沿X向延伸且分別與所述基座和所述第一Y向剛性連接件相連以便約束所述第一Y向剛性連接件的非Y向運(yùn)動(dòng)；以及用于測(cè)量所述第一X向剛性連接件在X向上的位移的X向光柵和用于測(cè)量所述第一Y向剛性連接件在Y向上的位移的Y向光柵。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大行程二維納米伺服平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、便于使用、便于測(cè)量終端平臺(tái)的平面位移等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述X向光柵包括設(shè)在所述第一X向剛性連接件的上表面上的X向光柵尺以及用于測(cè)量所述X向光柵尺在X向上的位移的X向光柵傳感器，所述Y向光柵包括設(shè)在所述第一Y向剛性連接件的上表面上的Y向光柵尺以及用于測(cè)量所述Y向光柵尺在Y向上的位移的Y向光柵傳感器。

根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的大行程二維納米伺服平臺(tái)的采用光柵的測(cè)量方法包括以下步驟：A)利用所述X向光柵測(cè)量所述第一X向剛性連接件在X向上的位移，利用所述Y向光柵測(cè)量所述第一Y向剛性連接件在Y向上的位移；和B)根據(jù)所述第一X向剛性連接件在X向上的位移和所述第一Y向剛性連接件在Y向上的位移，計(jì)算得到所述終端平臺(tái)的平面位移。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用光柵的測(cè)量方法步驟簡(jiǎn)單，可以方便地、容易地、精確地測(cè)量出終端平臺(tái)的平面位移，且無需使用昂貴、復(fù)雜的測(cè)量?jī)x器，也無需對(duì)測(cè)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行繁復(fù)的補(bǔ)償。