[發(fā)明專利]電機位移平臺運動平整度的非接觸式測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710125859.9
• 申請日: 2017-03-05
• 公開（公告）號: CN106840051B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白震;梁鑫;魏勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種利用非接觸式測量裝置進行電機位移平臺運動平整度的測量方法，該非接觸式測量裝置，包括計算機(1)、控制器(2)、激光器(3)、擴束準直器(4)、1/2波片(5)、四象限探測器(6)、像散透鏡(7)、偏振分光棱鏡(8)、1/4波片(9)、反射鏡(10)、固定在壓電陶瓷(12)上的聚焦物鏡(11)，以及供鋁膜樣品(13)放置的二維電機位移平臺(14)；激光器(3)發(fā)出的光，經(jīng)過擴束準直器(4)變成平行光，然后依次經(jīng)過1/2波片(5)，偏振分光棱鏡(8)，1/4波片(9)，經(jīng)反射鏡(10)反射之后入射到聚焦物鏡(11)，最后聚焦到鋁膜樣品(13)上，經(jīng)過鋁膜樣品(13)反射，沿光路返回，然后被偏振分光棱鏡(8)反射，經(jīng)過像散透鏡(7)匯聚到四象限探測器(6)上；所述四象限探測器(6)的輸出端與所述控制器(2)的輸入端相連，四象限探測器采集到的信號傳入控制器(2)中，該控制器(2)的輸出端分別與壓電陶瓷(12)和二維電機位移平臺(14)相連，且該控制器(2)與所述計算機(1)進行通訊，其特征在于，該測量方法包括以下步驟：

步驟1)用磁控濺射方法在玻璃基底上鍍上一層鋁薄膜作為鋁膜樣品(13)；

步驟2)設(shè)計四象限探測器電路：

a)將四象限探測器的四個象限依次設(shè)為A,B,C,D，采用電流電壓轉(zhuǎn)換器將四個象限采集到的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，設(shè)測得四個象限的電壓值分別為V_A、V_B、V_C、V_D；

b)利用加法器、減法器和除法器，計算聚焦誤差電壓信號FES：

c)將聚焦誤差電壓信號FES傳入控制器(2)；

步驟3)調(diào)節(jié)壓電陶瓷(12)和鋁膜樣品(13)的距離，即使鋁膜樣品(13)表面從聚焦物鏡(11)的近焦向遠焦移動，通過四象限探測器測量壓電陶瓷(12)每一位置的四個象限電壓值，計算并記錄各位置對應(yīng)的聚焦誤差電壓信號FES，并根據(jù)FES值繪制成S曲線；

步驟4)根據(jù)S曲線的線性區(qū)域的中值所對應(yīng)的FES值作為基準值SP；

步驟5)利用數(shù)字PID控制器算法，

其中，e(k)為輸入偏差，e(k)＝SP-PV；u(k)為輸出變量，即聚焦物鏡上壓電陶瓷的伸縮量；K_p、T_i、T_d分別為比例系數(shù)，積分時間和微分時間；T為采樣周期，遵循奈奎斯特采樣定律，設(shè)置采樣頻率大于信號頻率的兩倍以上；

步驟6)控制器控制二維電機位移平臺(14)移動，通過四象限探測器此刻的四個象限電壓值，計算并記錄所對應(yīng)的聚焦誤差電壓信號FES作為輸入?yún)?shù)PV；

步驟7)依次調(diào)節(jié)比例參數(shù)K_p、積分參數(shù)T_i和微分參數(shù)T_d，使e(k)盡可能接近0；

步驟8)控制器控制二維電機位移平臺(14)移動，實時計算壓電陶瓷的伸縮量，同時，控制器將二維電機位移平臺(14)當(dāng)前位置和對應(yīng)的壓電陶瓷的伸縮量一并傳輸至計算機，計算機根據(jù)二維電機位移平臺(14)移動位置和伸縮量進行圖形繪制，并利用最小二乘法將圖像進行線性擬合，得到二維電機位移平臺(14)的運動平整度曲線圖。